关于波速测试技术在岩土工程勘察中的应用

2023-08-28谢林成

建材与装饰 2023年26期

谢林成

（贵州省建筑设计研究院有限责任公司，贵州贵阳 550001）

0 引言

近年来，岩土工程勘察技术快速发展，被广泛应用于工业建筑、民用建筑、水利水电工程等，获得了不错的成效。工程建设环境比较复杂，做好岩土工程勘察，对地质条件有着一定的了解，做好工程设计的优化和过程的质量控制，保障工程的效益目标实现。从勘察实际分析，波速测试技术的应用，可满足勘察工作的技术需求，助力勘察工作高质量开展，具有推广应用价值。

1 波速测试技术概述

从技术的原理分析，波速测试主要是根据波速的规律，了解地基土的物理性质，为先进的勘察技术，被广泛应用于岩土工程勘察项目。一般来说，常用的波速测试技术主要为Riley 波技术、横波技术以及压缩波技术等（图1）。按照波速试验的结果，对岩土工程进行分类。实际应用中对于动力参数的设置，要求综合分析阻尼和压缩等各类参数，提高工作的质量。采用波速测试技术手段，辅助勘察工作的开展，可全面了解地震参数，准确判断岩土的周期，实现科学合理划分。

图1 常用的波速测试技术

2 岩土工程勘察中波速测试技术的应用实例分析

2.1 案例概述

以某工程项目为例，场地地层从上到下分别为第四系全新统、第四系上更新统、下第三系定远群。在岩土工程勘察环节中，采用波速测试技术开展勘察，目的是获得场地类别和卓越周期。现结合技术的应用实践，分析具体操作方法和流程以及效果。

2.2 仪器设备的准备

按照波速测试的需求，本次作业准备了基桩动测仪，井下测量探头（JBT-2 型号），笔记本计算机。其中，探头包括2 个水平检波器与1 个垂直检波器。事前，对使用的仪器设备进行全面检查，严格把控技术操作的影响，保障波速测试结果的准确性，防范问题的出现。

2.3 测试的方法

采取波速测试技术，需进行土层剪切波的检测。本次作业中，采用的是单孔速度检测法。根据检测方案，在孔口1~3m 位置，且和孔口连线重点垂直位置，布置启震板。将重量超过500kg 的重物，放置到起震板上，分别锤击木板中点和井口的连线的点以及木板两端，在土层中激发剪切波，获得数据信息。操作时，记录钻孔中传感器的数据信息，获得质点运动时程曲线，并且通过孔内的三分量传感器进行数据信息的传输，上传到系统后经过计算机软件分析与计算，得到各个点位剪切波速以及土层剪切波速，最终得到场地类别与卓越周期。此次波速测试中，采用单孔检测法进行测试，得到的剪切波为横波的水平分量，传播速度和横波相同，能够确定横波的传播速度。操作时，将准备的探头放入待测点深度底部，且逐步提升探头，测量波速大小，并且做好记录。场区内，对钻孔进行土层剪切波速测试，获得测量数据，结合工程勘察资料，绘制土层剪切波速-深度曲线，同时根据规范进行计算，获得地面以下20m 内等效剪切波速值和地面以下25m 内卓越周期。

2.4 应用效果

2.4.1 场地类别

按照技术标准，场地类别与岩土类型划分依据如下：①等效剪切波速为＞800m/s，为岩石。②等效剪切波速为500~800m/s，为坚硬土或者软质岩石。③等效剪切波速为250~500m/s，场地覆盖层厚度＜5m，则为Ⅰ类中硬土，若厚度≥5m，则为Ⅱ类中硬土。④等效剪切波速为50~150m/s，场地覆盖层厚度＜3m，则为Ⅰ类中软土，若厚度为3~50m，则为Ⅱ类中软土，若厚度＞50m 则为Ⅲ类中软土。⑤等效剪切波速≤150m/s，场地覆盖层厚度＜3m，则为Ⅰ类软弱土，若厚度为3~15m，则为Ⅱ类软弱土，若厚度为15~80m，则为Ⅲ类软弱土，若厚度＞80m则为Ⅳ类软弱土。

本次波速测试中，获得的20m 内测孔等效剪切波速结果如下：①XA-Q9。测试深度为25m，等效剪切波速为228.5m/s。②XZ-Q-47。测试深度为25m，等效剪切波速为212.8m/s。③XZ-Q-66。测试深度为25m，等效剪切波速为233.0m/s。

2.4.2 卓越周期计算

波速测试中，孔卓越周期的计算，使用的公式如下：

式中：T——卓越周期；hi——第i 土层的厚度；Vsi——第i 土层的剪切波速；n——测试深度内地层的层数。

计算时，取地表下25m 内的钻孔测试数据，获得最终的结果。XZ-Q-47 孔的卓越周期为0.4576s；XZQ-66 孔的周期结果为0.4246s。XZ-Q-9 孔的卓越周期为0.4315s。

2.4.3 项目效果评定

按照工程设计规范，结合岩土工程现场钻探，以及现场波速测试结果，展开综合判定，获得最终的结果。综合评定结果如下：①XZ-Q-9 孔。20m 土层的等效剪切波速结果为228.5m/s，场地土类型为中软土，场地覆盖层厚度为3~50m，场地属于Ⅱ类。②XZ-Q-47 孔。剪切波速结果为212.8m/s，场地土为中软土，覆盖层厚度为3~50m，属于Ⅱ类场地。③XA-Q-66 孔。根据勘察的资料分析，场地20m 土层等效剪切波速结果为233.0m/s，土属于中软土，场地覆盖层厚度为3~50m，属于Ⅱ类场地。

3 岩土工程勘察中波速测试技术应用质量控制策略

3.1 优选测试方法

岩土工程勘察中波速测试技术的应用效果控制，优选测试方法，具有重要的意义[1]。一般来说，常用的方法如下。

（1）单孔法。对钻孔利用单孔法开展测试，获得的波速是地面和测点间的平均波速。在实际应用中，多用于土层软硬度变化很大或者土层水平很小的地层。组织开展波速测试时，在地面上激振，通过孔底接收，则为下孔法；激振在孔底，接收在地面，则为上孔法。实际操作时，可沿着孔向上或者向下开展测试，孔底法多逐点测试。为保证测试结果的真实性和准确性，要求钻孔尽量垂直，声波探头或者三分量探测器要求布置在设计的深度位置孔内，同时要靠近孔壁。试验土层剪切波的激发振源的装置的木板大小为2000mm×300mm×50mm。将板长方向的垂直线对准试验孔中心，距离孔口大约1~3m，同时设置一个重物。根据技术原理，板的两端使用锤子水平撞击，经过板与地面的摩擦，将会产生水平剪切波。2 组极性相反的剪切波，通过2 次相反方向的冲击得到。根据技术操作流程和方法，实现对操作的规范性控制，保证数据的准确性。单孔法如图2 所示，单孔法现场工作方式如图3 所示。

图2 单孔法

图3 单孔法现场工作方式

（2）跨孔法。岩土工程勘察中波速测试，还可以采用跨孔法。在测试现场设置2 个平行的钻孔，将振动源布置在一个孔的各个深度，并且将准备的检波器布置在另外钻孔对应深度位置。测量得到的波速为2 孔之间的地层传播速度，多用于均匀土层或者多层地层。操作时，必须要保证振动源孔和检测孔的平行，获得精准的结果。如果测量深度＞15m，则要测量每个孔的倾角与倾斜方位，控制好精度，保证孔距的计算结果准确性。一般来说，测试孔的平面布置可为2 个孔，或者为多边形，即一个孔激发和多孔接收，做到检验复核[2]。为有效防范振动源装置以及波传播路径的不良影响，每组设置3 个钻孔，要求处于一条直线。对于钻孔的间距，需要结合试验精度和振源容量等的综合分析确定。结合岩土工程勘察现场的实际情况，优选适宜的测量方法，保障测量结果的准确性，严格控制技术的应用效果。跨孔法如图4 所示，跨孔法现场作业如图5 所示。

图4 跨孔法

图5 跨孔法现场作业

3.2 落实规范化操作

首先，编制完善的测试技术方案。岩土工程勘察中波速测试，要按照技术规范和标准操作，把关测试技术的应用效果，防范问题的出现，保证测试技术的应用价值实现[3]。结合测试现场的实际情况，展开全面的分析，分析影响波速测试技术的因素，并且结合影响程度，提出应对和控制措施。认真落实技术方案，强化测试技术操作质量的控制，杜绝岩土工程勘察数据质量问题的出现。

其次，做好测试的准备工作。根据波速测试技术方案，结合测试工作的安排，事前做好测试准备。结合测试的需求，准备所需的人力和机械设备，有序推进测试的实施[4]。对使用的机械设备进行全面检查，消除潜在的影响和隐患，保障波速测试结果真实性和准确性，防范技术应用问题出现，发挥波速测试技术的应用价值。对测试现场进行处理，为测试作业的开展提供有效的支持，保障测试技术的应用效益实现。整个操作期间，要求做到规范化，避免技术应用不合理，影响到岩土工程勘察中波速测试技术的应用效果，造成勘察结果不准确，防范各类风险的出现[5]。

最后，认真核验测量的数据信息。岩土工程勘察中波速测试技术的应用，测试的数据信息质量，直接影响到勘察报告的质量，因此，需要做好严格的控制。结合波速测试技术的应用方案，将测试质量与岩土工程勘察相互结合，围绕测试全过程实施严格控制，严格把控测试数据信息的质量，防范测试技术应用问题的出现，获得高质量的勘察报告。对测试得到的数据信息，进行全面的核验，精准排查风险和隐患，促使测试技术高效化运用[6]。