瑞雷波法在桥涵台背填筑质量检测中的应用研究

2018-11-26张向北

四川水泥 2018年11期

张向北

（中国交通建设股份有限公司总承包经营分公司，北京 100088）

0 引言

随着我国经济的快速发展，高等级公路建设步伐的加快，高速公路建设质量备受人们的关注。由于结构差异、施工时工程质量差、材料控制不严等各样因素，桥涵与路基相接部位沉降差异显著，导致跳车现象的出现较为频繁，不仅危及过往车辆的舒适性和安全性，还导致公路的使用年限减少，增加了后期维护公路的费用[1]。众多因素中，台背回填质量不达标，导致后期沉降过大，是影响桥头跳车现象频繁出现的重要因素[2]。因此，选择有效的检测手段，及时发现填筑质量问题，从而减轻甚至避免工后沉降，极其必要。

传统检验桥涵台背回填料压实度的常用办法一般有灌砂法、灌水法、沉降法、触探法、取芯法等，但受各种影响因素，均具有一定的限制。利用瑞雷波传播特性，并应用到桥涵台背填筑质量检查，是近几年来试验检测技术发展的新方向[3]。本文通过具体的工程应用实例，总结分析瑞雷波法在嵩昆高速公路某涵背检测中的实际应用效果，以供公路工程质量控制参考。

1 瑞雷波工作原理及方法

1.1 瑞雷波工作原理

瑞雷波法是一种十分实用的工程质量检测方法。瑞雷波是地震波中较为特殊的面波，可以通过面波在介质中传播的性质来进行分析。瑞雷波质点通过自由表面进行传播，运动的痕迹可以大致看作是一个逆时针转动而形成的椭圆，两条圆心轴的比例大约为2：3，强度会随着深度而迅速减弱，但是水平方向就较为缓慢。瑞雷波是人们通过在地震发生过程中记录下的，它频率较低、速度能够达到横波的波速，而且速度衰减较为缓慢，它在地震波中因为其特殊性，可以容易就能测量[4]。

瑞雷波具有如下的特性：频散性、波长不一样，能够穿透的深度也就不同、因为与横波波速较为接近，可以通过测频散曲线分层位，从而计算出每一层的波速，然后通过计算出的波速得出每一层瑞雷波波速与密度值的关系，可计算各层的压实度值[5]，这就是利用瑞雷波进行桥涵台背填筑质量检测的基本原理。

1.2 瑞雷波工作方法

瑞雷波检测方法分为释放地震波、收集瑞雷波、信号分析这三个步骤，通过人工制造出地震波，采集信息得出地下的地层结构，根据地震波来源的不同，可以采用两种方法进行探测，一种是稳态法，这种方法是根据频率域的面波计算的。另一种是瞬态法，这种方法是根据时间域的面波计算的。两种方法中，稳态法使用的时间比较长久，所以运用的十分熟练，但是它运用的设备仪器十分笨重，效率不高，在大范围的工程项目中不适合。瞬态法的设备仪器十分轻巧，使用方便，效率较高，使用的采集系统容易上手，所以在短时间内就得到广泛的应用。

瑞雷面波法的工作方法主要包括两个方面，一是激发和采集瑞雷面波信号，另一方面是从已采集的资料中，经过处理得出各种频率面波相对应的速度VR和波长λR，并绘制其离散分布曲线，即频散曲线，进而通过反演，得到有关表层岩土分层的地质解释。

2 工程应用分析

采用瑞雷波探测法对嵩昆高速某标段涵背填筑质量进行检测。

2.1 参数的选取

瑞雷波探测的准确度受激发、接收、探测环境等方面的影响。

2.1.1 震源及激发设备的选取

震源的选择主要以满足检测深度为目的，同时要求考虑场地条件、操作方便等要求。目前多采用锤击、落重、爆炸等方式产生震源。考虑到检测的安全及可操作性，本次采用人工锤击方式产生震源，锤越重，激发产生的波能量越强，对应的瑞雷波最大振幅越大，主频越小，频谱范围变窄，干扰波或二次波振幅与主频振幅接近，对信号分析带来不利影响，因此对于深度小于10m的台背宜采用轻锤、面积小但刚度大的垫板；深度大于10m的台背宜采用重锤、面积大但刚度小的垫板，本次检测采用轻锤配合体积小、刚度大的垫板。

2.1.2 采集参数的选取

道间距、偏移、采样间隔及采样点数等参数对数据的采集有较大的影响，道间距影响接收信号的相位差，因此设置应合理，要保证接收信号有足够的相位差，且易将面波与干扰波分离；偏移距影响各道接收信号能量大小，且对频谱宽度存在影响。偏移距过大，可导致末道检波器无法接收信号，且接收到的高频部分减少、频谱范围变窄、浅部信息减弱；但偏移距过小，干扰波容易与面波叠加，且近震源的检波器记录信号质量差；较小的采样间隔，重建信号将更精确地代表原始信号，采样间隔过大易造成高频成分丢失，但是可以提高频率分辨率，采样点数宜在明确采样间隔后，根据采样记录长度的要求来确定，一般选择为 1024或2048，在采样间隔小但记录长度大的情况下，需采用较大的采样点数。

将采集的实际数据与检测目的相结合，本次面波采集参数为：间距0.7m，偏2m，道数为24，点数2048，时间0.1ms，如图1所示。