利用基桩动测仪测量水底地形

2020-04-11胡胜波田永杰刘雪念

建材与装饰 2020年9期

胡胜波田永杰刘雪念

（河北中核岩土工程有限责任公司河北石家庄市 050021）

0 引言

勘察单位偶尔会遇到测量水域地形，又没有专门水深测量仪器的问题。常用的水深测量仪工作时使用换能器发射超声波，超声波在水中传播，遇到波阻抗界面（如水底）产生反射被仪器接收，利用超声波在水中的传播时间和传播速度，计算水底深度，绘制水底地形。

一般的勘察单位都有波速测试仪、基桩动测仪或地震仪等动态测试仪器，在水域地形测量时，人工激发声波，动态测试仪器接收，同样可以测得波在水面与水底间的传播时间，从而计算水底深度。当工作量不大，购置专业水深测量仪成本太高时，可以使用已有的动态测试仪器替代水深仪，进行水底地形测量工作。

本文以湖南某地水域测量为例，就如何利用基桩动测仪等比较常见的仪器设备准确测量水深进而完成水底地形测量进行探讨。

1 基本原理

用该方法测量水深时，在水面人工激发脉冲应力波，同时触发动测仪，应力波在水体中向下传播，遇到水底界面因波阻抗发生变化而产生反射，利用传感器在水面接收反射波，并用动测仪记录下来。应力波在水中的传播速度均匀且可测，传播时间可以由动测仪测量读出，利用速度、时间与距离的关系可计算出水底深度，如图1所示。

图1 测量原理

水深按式（1）～式（3）计算：

式中：h——实测水深，m；

h1——换能器距水面深度（可以由钢尺测得，本次测量为0.20m），m；

h2——换能器距水底深度，m；

X1——偏移距（本次测量为1m），m；

X2——应力波在水中旅行距离的一半，m；

V——水中应力波传播速度（该值由现场实测得到，本次测量结果为 1480m/s），m/s；

t——应力波在水中的旅行时间（可由动测仪所记录的波形读出，如图2所示），s。

2 仪器设备

湖南某地水域测量工作所用仪器设备为：

（1）接收仪器，RS-1616k（s）型基桩动测仪；

（2）接收传感器，压电陶瓷声波换能器（以下简称换能器）；

（3）震源，直径60mm、长度100cm和直径100mm、长度50cm的尼龙棒各一根以及圆头铁锤；

（4）水深比对设备，钢尺+重物。

3 仪器特点及参数设置

RS-1616k（s）型基桩动测仪（以下简称动测仪）是一种常见的动态测试仪器，可用于基桩高、低应变法检测，也可用于地基土波速测试，携带方便，性能稳定，可同时配接加速度计和速度计。

如果仪器采样长度为1024点（默认值），则水深测量时最大测量深度为（1024×采样间隔（μs）×1480m/s×10-6）/2m。比如采样间隔为 12μs时，最大测量深度为9.09m；采样间隔为30μs时，最大测试量度为22.73m。为提高测量精度，应根据预估的测量深度，采用尽量小的采样间隔。

4 工作方法与数据采集

湖南某地水域测量工区位于桃江县境内资江某段，面积约0.15km2。江宽约300m，水面比较平静，水流较慢，测量工作在一艘小船上进行，测量之前先将换能器横置于水中，入水20cm，用铁丝将其固定到船舷上。采用锤击尼龙棒作为震源，1m偏移距，确定合适的采样间隔进行测量。装置示意图见图1。使用静态GPS手持部，其下端竖立于激发点与接受点中点处，在锤击尼龙棒的瞬间存储该点坐标及高程。

实际测量中，发现水底地形起伏比较剧烈，最浅处可见礁石出露，而最深处水深20m左右，在水比较深的位置，由于波的旅行时间比较长，能量损耗比较大，使用直径60mm的尼龙棒激震时，无法接受到清晰的反射波信号，此时换用直径100mm的尼龙棒进行激震加大激震能量，从而接收到清晰的反射波信号。

沿垂直于河流流向方向布置32条测线，测线间距15m，沿河流流向方向布置20条测线，测线间距15m。