瑞雷波法在橋涵臺背填筑質量檢測中的應用研究

2018-11-26 06:36:16張向北

四川水泥 2018年11期

張向北

（中國交通建設股份有限公司總承包經營分公司，北京 100088）

0 引言

隨著我國經濟的快速發展，高等級公路建設步伐的加快，高速公路建設質量備受人們的關注。由于結構差異、施工時工程質量差、材料控制不嚴等各樣因素，橋涵與路基相接部位沉降差異顯著，導致跳車現象的出現較為頻繁，不僅危及過往車輛的舒適性和安全性，還導致公路的使用年限減少，增加了后期維護公路的費用[1]。眾多因素中，臺背回填質量不達標，導致后期沉降過大，是影響橋頭跳車現象頻繁出現的重要因素[2]。因此，選擇有效的檢測手段，及時發現填筑質量問題，從而減輕甚至避免工后沉降，極其必要。

傳統檢驗橋涵臺背回填料壓實度的常用辦法一般有灌砂法、灌水法、沉降法、觸探法、取芯法等，但受各種影響因素，均具有一定的限制。利用瑞雷波傳播特性，并應用到橋涵臺背填筑質量檢查，是近幾年來試驗檢測技術發展的新方向[3]。本文通過具體的工程應用實例，總結分析瑞雷波法在嵩昆高速公路某涵背檢測中的實際應用效果，以供公路工程質量控制參考。

1 瑞雷波工作原理及方法

1.1 瑞雷波工作原理

瑞雷波法是一種十分實用的工程質量檢測方法。瑞雷波是地震波中較為特殊的面波，可以通過面波在介質中傳播的性質來進行分析。瑞雷波質點通過自由表面進行傳播，運動的痕跡可以大致看作是一個逆時針轉動而形成的橢圓，兩條圓心軸的比例大約為2：3，強度會隨著深度而迅速減弱，但是水平方向就較為緩慢。瑞雷波是人們通過在地震發生過程中記錄下的，它頻率較低、速度能夠達到橫波的波速，而且速度衰減較為緩慢，它在地震波中因為其特殊性，可以容易就能測量[4]。

瑞雷波具有如下的特性：頻散性、波長不一樣，能夠穿透的深度也就不同、因為與橫波波速較為接近，可以通過測頻散曲線分層位，從而計算出每一層的波速，然后通過計算出的波速得出每一層瑞雷波波速與密度值的關系，可計算各層的壓實度值[5]，這就是利用瑞雷波進行橋涵臺背填筑質量檢測的基本原理。

1.2 瑞雷波工作方法

瑞雷波檢測方法分為釋放地震波、收集瑞雷波、信號分析這三個步驟，通過人工制造出地震波，采集信息得出地下的地層結構，根據地震波來源的不同，可以采用兩種方法進行探測，一種是穩態法，這種方法是根據頻率域的面波計算的。另一種是瞬態法，這種方法是根據時間域的面波計算的。兩種方法中，穩態法使用的時間比較長久，所以運用的十分熟練，但是它運用的設備儀器十分笨重，效率不高，在大范圍的工程項目中不適合。瞬態法的設備儀器十分輕巧，使用方便，效率較高，使用的采集系統容易上手，所以在短時間內就得到廣泛的應用。

瑞雷面波法的工作方法主要包括兩個方面，一是激發和采集瑞雷面波信號，另一方面是從已采集的資料中，經過處理得出各種頻率面波相對應的速度VR和波長λR，并繪制其離散分布曲線，即頻散曲線，進而通過反演，得到有關表層巖土分層的地質解釋。

2 工程應用分析

采用瑞雷波探測法對嵩昆高速某標段涵背填筑質量進行檢測。

2.1 參數的選取

瑞雷波探測的準確度受激發、接收、探測環境等方面的影響。

2.1.1 震源及激發設備的選取

震源的選擇主要以滿足檢測深度為目的，同時要求考慮場地條件、操作方便等要求。目前多采用錘擊、落重、爆炸等方式產生震源。考慮到檢測的安全及可操作性，本次采用人工錘擊方式產生震源，錘越重，激發產生的波能量越強，對應的瑞雷波最大振幅越大，主頻越小，頻譜范圍變窄，干擾波或二次波振幅與主頻振幅接近，對信號分析帶來不利影響，因此對于深度小于10m的臺背宜采用輕錘、面積小但剛度大的墊板；深度大于10m的臺背宜采用重錘、面積大但剛度小的墊板，本次檢測采用輕錘配合體積小、剛度大的墊板。

2.1.2 采集參數的選取

道間距、偏移、采樣間隔及采樣點數等參數對數據的采集有較大的影響，道間距影響接收信號的相位差，因此設置應合理，要保證接收信號有足夠的相位差，且易將面波與干擾波分離；偏移距影響各道接收信號能量大小，且對頻譜寬度存在影響。偏移距過大，可導致末道檢波器無法接收信號，且接收到的高頻部分減少、頻譜范圍變窄、淺部信息減弱；但偏移距過小，干擾波容易與面波疊加，且近震源的檢波器記錄信號質量差；較小的采樣間隔，重建信號將更精確地代表原始信號，采樣間隔過大易造成高頻成分丟失，但是可以提高頻率分辨率，采樣點數宜在明確采樣間隔后，根據采樣記錄長度的要求來確定，一般選擇為 1024或2048，在采樣間隔小但記錄長度大的情況下，需采用較大的采樣點數。

將采集的實際數據與檢測目的相結合，本次面波采集參數為：間距0.7m，偏2m，道數為24，點數2048，時間0.1ms，如圖1所示。