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物探方法在漯駐高速公路建設(shè)中的應(yīng)用試驗(yàn)
1 前言近年來我國(guó)高速公路建設(shè)發(fā)展迅速,公路工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)也隨之發(fā)展。傳統(tǒng)的鉆探取芯、開挖取樣檢測(cè)手段不但效率低,代表性差,成本高,而且具有破壞性。目前世界各國(guó)都在發(fā)展快速、高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的工程量無損檢測(cè)技術(shù)。為此在漯河至駐馬店高速公路建設(shè)中進(jìn)行了淺層地震反射法、瑞雷面波法及地質(zhì)雷達(dá)法的聯(lián)合檢測(cè)試驗(yàn),旨在檢測(cè)地下異常體(如:軟基、洞穴等)、路基土碾壓密度等。為進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控尋找有效地?zé)o損檢測(cè)手段,經(jīng)具體實(shí)施和驗(yàn)證,取得了比較滿意的效果。
2 檢測(cè)原理
淺層地震反射法是根據(jù)地下介質(zhì)的波組抗差異,利用縱波勘探的一種人工地震探測(cè)方法;靥钔僚c原狀土,洞穴與圍土等之間均存在明顯的物性差異,具有較好地震地質(zhì)條件。該法主要用于檢測(cè)地下異常體(如洞穴、回填土疏松體)、淺層土質(zhì)縱橫向變化與分層等。
瑞雷面波法是根據(jù)地下介質(zhì)的物性差異,利用瑞雷面波勘探的一種人工地震勘探方法,瑞雷面波具有能量大、衰減慢、在不同介質(zhì)中其傳播速度差異較大的特點(diǎn)。瑞雷而波在傳播過程中遇到密度變化或介質(zhì)異常體時(shí),就會(huì)出現(xiàn)頻散現(xiàn)象,速度突然變化,在頻散曲線上出現(xiàn)突變。該法可用于檢測(cè)地下異常體及路基碾壓密度的變化情況。
地質(zhì)雷達(dá)是根據(jù)地下介質(zhì)的電性差異,利用電磁波檢測(cè)地下異常體或路基分層的一種快速無損檢測(cè)方法。天線中心頻率不同,其探測(cè)深度及分辨率也不同,可根據(jù)實(shí)際需要選擇不同頻率天線。地下異常體與圍土、路基土碾壓前后電性差異變化,為地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)提供了前提條件。該方法可用于公路建設(shè)的全過程質(zhì)量監(jiān)控,具有快速、高效、準(zhǔn)確、成本低、無破壞等優(yōu)點(diǎn)。
3 檢測(cè)方法
3.1 淺層地震反射法
野外數(shù)據(jù)采集采用三次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng),其主要采集參數(shù)為
記錄道數(shù):N=24道
道間距:dx=1.0m
偏移距:x0=9-14m
采樣間隔:dt=0.5ms
記錄長(zhǎng)度:r1=500ms
激發(fā)方式:錘擊
室內(nèi)資料處理、解釋流程(如圖1所示)。
3.2 瑞雷面波法
野外數(shù)據(jù)采集采用二次覆蓋觀測(cè)系統(tǒng),其主要采集參數(shù)為:
記錄道數(shù):N=24道
道間距:dx=1.0m
偏移距:dx0=5-7m
采樣間隔:dt=0.5ms
記錄長(zhǎng)度:r1=500ms
激發(fā)方式:錘擊
3.3 地質(zhì)雷達(dá)法
野外數(shù)據(jù)采集采用64次垂直疊加等偏移觀測(cè),其主要參數(shù)為:
點(diǎn)間距:dx=0.5-1.0m
天線間距:x0=2.0m
記錄長(zhǎng)度:r=200ms
記錄點(diǎn)數(shù):mp=512、1024
天線頻率:fq=50、100MHz
4 檢測(cè)效果分析
在漯河至駐馬店高速公路建設(shè)中,我們根據(jù)實(shí)際需要,選取了三個(gè)試驗(yàn)段,有針對(duì)性地選取淺層地震反射波法、瑞雷面波法、地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行了檢測(cè)試驗(yàn),并進(jìn)行了開挖或取樣驗(yàn)證,吻合較好,F(xiàn)將各種方法的檢測(cè)效果分析如下:
4.1 淺層地震反射法
本次主要用該方法對(duì)地下異常體的空間分布及埋藏深度進(jìn)行了檢測(cè),可以看到有兩處明顯異常體,其頂部埋深分別為6.6m和1.8m左右,沿測(cè)線方向的分布范圍為8m和7m左右,其波組特征為同相軸錯(cuò)斷和呈眼球狀,異常2反射能量較異常1強(qiáng),說明異常2與圍土間物性差異與異常1大,經(jīng)開挖驗(yàn)證,均為墓穴。
4.2 瑞雷面波法
首先,用該方法進(jìn)行了面波速度檢測(cè)。該段剖面與上述淺層地震反射波法檢測(cè)的位置相同,異常2處面波速度明顯偏低,表明該處充填程度較差,與反射波法相吻合,異常1處表現(xiàn)不太明顯。
其次,用該方法對(duì)路基土碾壓過程中密實(shí)度的變化進(jìn)行了實(shí)進(jìn)檢測(cè)。常規(guī)碾壓后表層密實(shí)度仍存在不均勻性,密實(shí)度為91%的等值線在深度方向變化也較大,振沖碾壓后,表層密實(shí)度提高較大,密度度為91%的等值線明顯下移,在深度方向變化較平緩,表層密實(shí)度明顯增大,且較均勻。經(jīng)人工取樣驗(yàn)證,瑞雷面波法獲取的密實(shí)度較為準(zhǔn)確,可見該法是一種無損檢測(cè)路基回填土密實(shí)度的新方法,在公路路基修建的過程中可進(jìn)行實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)測(cè)具有推廣價(jià)值。
4.3 地質(zhì)雷達(dá)法
地質(zhì)雷達(dá)也可準(zhǔn)確檢測(cè)地基含水量的變化情況。正常地基剖面同相軸均勻連續(xù),當(dāng)?shù)鼗枯^大時(shí)剖面上淺層波的頻率明顯提高,且同相軸出現(xiàn)錯(cuò)為,反映其含水量明顯提高。經(jīng)鉆孔取芯、十字板剪切試驗(yàn)證明為軟基。需要進(jìn)行有效處理。
在淺層地震反射法試驗(yàn)地段也做了地質(zhì)雷檢測(cè)剖面。異常1和異常2均有明顯顯示,異常2深部振蕩同相軸能量比異常1強(qiáng),相位個(gè)數(shù)明顯增多,這與反射波法結(jié)果一致。另外在稍淺部門還發(fā)現(xiàn)了多處異常體,這是另外兩種方法解釋沒有發(fā)現(xiàn)的,經(jīng)開挖驗(yàn)證為厚度7—8的空洞。可見地質(zhì)雷達(dá)在檢測(cè)地下異常體方面是簡(jiǎn)便、快捷、效果好,且分辨率高。
5 結(jié)論
5.1 淺層地震反射法勘探能比較有效地尋找地下異常體的位置與埋深,勘探深度較大,但比地質(zhì)雷達(dá)分辨率低,勘探周期長(zhǎng)且投資大,用于配合工程地質(zhì)進(jìn)行路線天然地基勘查。
5.2 瑞雷面波法能獲取面波速度及物性參數(shù),反演干容重和承載力等,其成果直觀可靠,是高速公路建設(shè)中值得研究推廣的實(shí)時(shí)無損監(jiān)測(cè)新技術(shù)。
5.3 地質(zhì)雷達(dá)對(duì)淺層異常體、介質(zhì)分層、含水性檢測(cè)有較高的分辨率,且勘探周期短、效率高、成本低、效果較好。高速公路建設(shè)過程中進(jìn)行無損檢測(cè)具有廣闊的應(yīng)用前景。
5.4 各種物探方法相互配合,取長(zhǎng)補(bǔ)短,是公路質(zhì)量無損檢測(cè)技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。
參考文獻(xiàn)
1 何樵登《地震勘探原理和方法》,地質(zhì)出版社,1986
2 楊成林《瑞雷波勘探》,地質(zhì)出版社,1993
3 王慶!稖\層地震勘探》,地質(zhì)出版社,1991
4 李修忠等 地質(zhì)雷達(dá)在高速公路建設(shè)中的應(yīng)用,《河南交通科技》,Vo1.19,No4,1999
5 詹毅、李修忠等用連續(xù)小波變換分析探地雷達(dá)回波信號(hào),《物探與化探》,Vo1.23,No6,1999
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