巖土物探在公路路基填方數(shù)量檢測中的應用

本文以珠江三角洲某段路基填砂工程為實例，介紹了運用巖土工程勘察中的地質(zhì)雷達法、瑞雷面波法和靜力觸探法等物探手段檢測路基填方數(shù)量的新辦法。1工程概況在建的廣東省南海市南北三線K7+487～K17+963段，全長10.5km，地處珠江三角洲腹地，沿線河網(wǎng)縱橫，魚塘密布。在施工中常采用不排水填砂擠淤的施工工藝對魚塘等軟基路段進行處理。由于填筑砂對淤泥的擠壓、下沉不一致，致使底界面起伏變化較大，造成類似的工程項目中業(yè)主單位、質(zhì)監(jiān)單位和施工單位對于擠淤效果和填筑方量的問題爭議較多。對于這類爭議以前通常采用地質(zhì)抽芯的方法進行仲裁，以每隔一定距離鉆一排孔來校核填砂層的厚度。這種方法存在以下不足之處：①在填砂層中不易取芯，難以取得較準確的填砂層底界面深度；②沿路基軸線相隔較大距離(一般為20m或更大)用鉆孔來控制填層的底界面，對于填方底界面起伏較大的地段，誤差較大；③在具體操作上容易出現(xiàn)不公正現(xiàn)象(人為因素多)；④抽芯費時、費力、檢測成本高。為了克服以上存在問題，本文介紹采用巖土工程勘察中的靜力觸探、地質(zhì)雷達、瑞雷面波三種方法互相結合進行檢測試驗的方法。通過試驗確定適用于珠江三角洲公路路基填方檢測的物探方法及其組合，并檢驗其是否滿足工程檢測精度要求。為了驗證物探法應用于公路路基填方檢測的適用性和有效性，本文選取了南海市南北三線一級公路西樵百東至丹灶K11+790～K11+940和K12+070～K12+420兩個具有代表性填方路段作為試驗段。試驗路段路基的填層及下伏地層由上至下為素填土層、細砂填層以及下伏層的淤泥層(或耕植土、粘土等)。2物探方法技術2.1地質(zhì)雷達法圖1地質(zhì)雷達探測原理及記錄示意圖地質(zhì)雷達的檢測原理(見圖1)是利用高頻電磁波以寬頻帶短脈沖的形式，在地面通過發(fā)射天線(T)將信號傳入地下，經(jīng)地層界面或目的體反射后返回地面，再由接收天線(R)接收其電磁波反射信號，通過對電磁反射信號的時頻特征和振幅特征進行分析，便能了解到地下地層或目的體的特征信息。當電磁波在地下介質(zhì)中的傳播速度已知時(可根據(jù)經(jīng)驗、通過對具體介質(zhì)標定或與已知資料的對比來確定)，就可將測到的電磁波反射信號的時間值，換算成反射體的深度值。其換算公式為：式中：t—電磁波反射信號的雙程放行時間；z—探測目的體的埋深；x—天線距；v—電磁波在介質(zhì)中的傳播速度。當x相對于z較小時，有t=2z/v，z=tv/2。罷結合已知府的地質(zhì)資料及謙現(xiàn)場的實際情鋒況，可對電磁繼波反射界面及貫分層作出地質(zhì)墓解釋，從而達旅到探測目的。擠本文地質(zhì)雷達桑檢測所使用的霞儀器為加拿大否探頭及軟件公誰司繼(SSI痛)情生產(chǎn)份的美pulseE途KK船O沖Ⅳ蠶型探地雷達儀漿，它主要由控云制單元、發(fā)射沙天線、接收天爬線及微機四部盯分組成，發(fā)射壓與接收信號均唯由光纜傳輸。工其主要技術參拼數(shù)如下：咐指堪手①奧系統(tǒng)特性春：姿155d此B剩；斷徒磁②促可程序時窗維：圍3龍2庫～墻2048n述s猾；思輛鋒③卵可程序采樣間撲隔盈：插80憑0朽～裁8000P秋s怒；極雙崖④碼可程序疊加范付圍它：真1知～篇204還8產(chǎn)次。東2.滔2謙瑞雷面波法灶瑞雷面波登是沿地面表瑞層扮(江一定深抹度筋)徒傳播的表面振把動波，瑞雷面基波具有頻散特鑰性，即不同頻赤率踩(f決)算的瑞雷面波具尾有不同的穿透私深鏟度誼(h滋)被，其穿透深度塘約收為凍1拐個波普長蘋(伶λ轎)益。瞬態(tài)面波檢危測：用重錘在創(chuàng)地挎面為(網(wǎng)墊鐵舌板應)數(shù)激振，便會產(chǎn)慮生以振源為中灘心，具有豐富污頻率成份并沿降地表一定深度棒向四周傳播的瞇瑞雷面波，通養(yǎng)過在地面離振民源一定距阻離劈(蠢偏移移距梳)趴埋設一組等間恰距的檢波器，普經(jīng)電纜與面波秀儀連接接收瑞玻雷面波，并用工面波處理專用過軟件對其進行奴處理分析，從棵而可求得測試均計于算氏(與段備)及點處每一頻披率伯(fi歲)舞對應的平均瑞之雷面波速醉度興(Vpi形)扇及其對應的探蠅測深究度如(hi沾)駐。經(jīng)驗表明，積一定頻晝率傭(fi旅)酒瑞雷面波的有泰效探測深閉度趨(hi青)忌為其半波歸長證(嫂λ惠i/2永)魂，斬即厲hi=VRi塞/(2fi饅)冠。激振頻率越歌高，其探測深瘋度越淺；激振作頻率越低，其易探測深度越深轟。根據(jù)以上計仁算結果及半波停長計算探測深致度原則，可繪捎制打印瑞雷面著波速甲度屈(VR稿)栽與其對應探測其深攝度郊(H業(yè))初的嫩VR-睛H冰曲線。瑞雷面談波波關速使(VR即)芳反映了其對應膜探測深度土層作介質(zhì)的物理性種質(zhì)，通過對探巨測巖土介質(zhì)進這行一系列點的尊檢測計算，可飽繪制產(chǎn)成置VR-奶H什剖面曲線，根豬據(jù)蓄V鞏R疾層速度的相近選性顛及住VR-袍H曲剖面曲線拐點亡的連續(xù)性，可手對其進行速度尼分層，結合已遍有的地質(zhì)資料汁或綜合其它檢并測方法可對其績作出地質(zhì)解釋熔。其工作示意匆圖見廢圖使2凈。阿圖牧2昏瑞雷面波工作羽示意圖扭本次瑞雷處面波檢測使用顛的儀器是北京蘆華水物探技術辯研究所生產(chǎn)疼的簽SWS-杏1齒型多功能面波績儀，檢波器為穩(wěn)重慶地質(zhì)儀器食廠生產(chǎn)郵的悲CDJ-Z1畏0疲型垂直檢波器著。其主要技術扛指標如下：氏閃旁義(1)SWS拼-薄1隸型多功能面波峽儀掀陜罵穿①池通道數(shù)衣：形1泡2張道拼或耐2埋4非道，可選；妹只砍概②尿放大器：瞬時妄浮點放大器；堅究嶼頌③懲前放增益掏：后10匯0紐倍俱(40dB睛)莫；張豪群初④尚動態(tài)范圍乒：艇120d勒B濕；艙繳禮托⑤際通頻帶挺：跑0.傾5參～仇2000H蛛Z組；趴獲辱傾⑥這A/詠D但轉(zhuǎn)換湊：賀20bi閥t刺；饅呈物骨⑦稠采樣率恐：丙3嗎0裝μ年s(1繞2捕道播)扎～詳8ms(2商4燒道釀)數(shù)；巨艦旗令⑧降采集點數(shù)：每佛道行51選2梢～綱819仇2劍個樣點；亭夫勸劈⑨狠其它：內(nèi)吊置博48魂6催計算機。玩?zhèn)葘⒏?2)CDJ屈-Z1惱0色型垂直檢波器況樣糠滅①右固有頻率貨：摔10±0.5跨H貨Z舌；炭阿君寨②富靈敏度歉：槳0.28±填5眠％喬V/cm/鹽s乒；塊鼠盾苦③還阻尼因數(shù)：投＞忍0.亭5使；艱演銅辦④偶相位一致性：狂＜棒±1m賞s邀；遭碰選策⑤溝諧波失真：駱＜朝0.散2筒％。辟2.勢3捧靜力觸探法飯靜力觸探賠是用探桿將單悲橋應變式探頭浮壓入土層中，弊在壓入過程中蒜探頭所受壓力涌隨土層阻力的姨變化而相應變巷化，土層越硬見阻力越大，反皂之越軟阻力越苗小。通過探頭安內(nèi)的阻力傳感虜器，選將土層的阻力梨轉(zhuǎn)換為傳感器留的應變量，然激后由靜態(tài)電阻想應變儀測量出證來，并由人工巨以一定的壓入辯深度間距對應椅變量進行登錄它。然后將應變堂量換算為土層笨的比貫入阻力誘值鴨Ps(Ps=第k鬧ζ辯，凈k緊為探頭的率定小系數(shù)繞，尚ζ傲為應變瞇量央)霧，據(jù)此可作出養(yǎng)土的比貫入阻聞力耳(Ps濱)塊隨深都度百(h披)佩的變化曲線圖敬，依產(chǎn)據(jù)忍Ps-盛h骨曲線的變化特淘征灣及偉P錢s典值的大小，可下對其進行土層欲阻力分層，結決合已知的地質(zhì)卡資料及實地土挽層結構，可對滴阻力分層作出鉤地質(zhì)解釋。公靜力觸探噴法檢測采用上蘿海新遠電訊廠騾生產(chǎn)仰的橡YJ-X凳1存靜態(tài)電阻應變余儀，所用應變堡式探頭的率定麥數(shù)槐為閃0.0066左35MPa半/口μ克ζ選，貫入速度控同制在刑1m絲/mi鄙n話左右。資料整葵理是依據(jù)鐵道聯(lián)部《靜力觸探雙技術規(guī)則》的葵方法，將現(xiàn)場披測讀的應變量張換算為土層的微比貫入阻力，蓋即究Ps=0.0眼663糖5責ζ阿式中酷：曲P欄s援—埋土層的比貫入符阻力涉，填MP浴a驕；泄臭蜘功ζ譜—著應變量桂，集μ瑞ζ妹。書草根據(jù)上述投換算結果，可薦以作出各觸探挖孔土層的比貫猴入阻力隨深度如的變化曲線圖挺，邁P黑猴s艦值的大小可對仙其進行阻力分濕層，再按經(jīng)驗濫對照地層結構糞層次和地質(zhì)鉆貧探資料作出各殺層地質(zhì)比較。介3準測線和測點團布設勵采用瑞雷羅面波法和地質(zhì)牧雷達法進行試炎驗時，兩個試恩驗段沿公路路樓基共布設獻了葡6礦條縱測線，即衰各試驗吊段咱3辭條，線距為宿11m天，在垂直于軸鄰線方向共布設飾了棉2和6脊條橫測線，線氣距爹1牽0磨、窩2哀0饑、烘30藝m贏不等。鋒約瑞雷面波呆法檢測時，脅在蘭K11+79乘0毒～蔽K11+94勵0廈的路男段拳3危條縱測線上的滿檢測點間距為丟5.0m身，聾在陽K12+07產(chǎn)0斗～什K12+42尊0鋤路市段冰3咐條縱測線上的料檢測點間距為吩10.0m抹，共布設遺了閉18咐8衣個檢測點，剖箏面總長達蜂1500m織。量似地質(zhì)雷達池法檢測時，縱到橫絞共瓦3斗2桑條測線，測點后間距飲0.5m泉，共布設杜了頑456題0窗個測點，剖面墻總長達擾2280m劈。秒蚊靜力觸探勤法檢測時，共雁選私1貝5篩個孔，分層測炕點間距取絡5cm夜，共布設奶了染456部0糕個測點，剖面況總長達灑65.0m恨。裙4術檢測結果分杰析漫為了對比弦瑞雷面波、地失質(zhì)雷達相對于些靜力觸探的檢級測精度，現(xiàn)將毫同一檢測捎點雖3煌種方法所檢測劑的填砂層底界蠅面深度列于票表淘1暢。免蒸從勉表庫1寇的計算對比可立以看出：瑞雷罪面波相對于靜敲力觸探檢測分律層的相對誤差洽范圍值腎為誓-0.1冒7血～漸0裝.12m通，其算術平均光相對誤差漏為抽±租0.03m領；地質(zhì)雷達相勾對于靜力觸探暢檢測分層的相朗對誤差范圍值宮為訂-0.1淘9株～昆0滑.05m量，其算術平均毯相對誤差榜為盆±選0.038m梳。靜力觸探的故分層精度可控御制欣在刃±殘0.05m話以內(nèi)。因此，仿可以認為瑞雷飽面波、地質(zhì)雷掙達兩種物探方踐法的探測路基驗細砂填層底界披面的誤怨差鼻≤梨0.10m緣。樸5胞路基填方量惡計算第結合試驗言路段路售基晉3秩種方法的檢測桿結果，可以繪巧出各測線綜合殲地質(zhì)解釋剖面奴圖，并根據(jù)分離析結果依各測俘線所跨的地形軋、地物情況和請所檢測劃分的產(chǎn)填砂層界面趨北勢添畫淤泥砂稀過渡帶底界面屈。再根據(jù)試驗規(guī)路段綜合地質(zhì)機解釋剖面圖所扮反映的各測點穿填砂底界面的價深度數(shù)據(jù)，可煤以生成試驗段汁路基填方砂層皂底界面的等深愁線圖和立體示許意圖。從圖中匯可獲得兩個試吐驗路段路基填論砂層的底界面嫂深度變化范圍貧，雅即題K11+79碎0浩～摸K11+94層0擋路段滿為趙0.賣9滲～齡2落.1m預；項K12+07聾0攜～械K12+42民0內(nèi)路段椅為禿0.躬8桂～膀3捏.2m錯，厚度變化較憶大。架單位膽：驚m退三種方愿法填砂層底界宇面深度結果比廢較殃表諒1方法靜力觸探檢測深度h地質(zhì)雷達瑞雷面波檢測點號根嘴探測深預度治h1相對誤差△h1場揭瑞雷深聲度蜓h2相對誤差△h2熱K12+38片0-5(N1跪)0.900.950.050.970.07笨K12+33宋0-4(N2接)1.451.38-0.071.28-0.17旦K12+33進0-6(N3簡)3.203.230.033.14-0.06箱K12+24手0-4(N4嫌)1.901.900.001.930.03乳K12+24掀0-5(N5腸)2.252.22-0.032.280.03歇K12+24墊0-6(N6倍)2.051.92-0.132.050.00芝K12+14減0-4(N7寄)2.202.230.032.14-0.06招K12+14你0-5(N8須)2.402.35-0.052.33-0.07朗K12+14禮0-6(N9陷)2.252.06-0.192.11-0.14前K11+90被0-1(N1猾0)1.851.850.001.73-0.12磚K11+90褲0-2(N1項1)1.951.93-0.021.980.03理K11+90懸0-3(N1鋼2)1.851.860.011.950.01征K11+82巨0-1(N1輔3)1.401.410.011.520.12澡K11+82怨0-2(N1寇4)1.301.22-0.081.16-0.14銀K11+82旁0-3(N1富5)1.651.52-0.131.57-0.08誤差范圍窮-0.1豬9燦～誤0.05眨-0.1僚7此～賢0.12魔算術平均相對牛誤烏差羊±1/1廣5聽∑落△佳h突±0.03予8鴉±0.03娃0凝圖棍3儉路基填方量計異算示意圖芳根據(jù)上述爛填方底界面的糾埋深數(shù)據(jù)，結詠合實際路基填催方橫斷席面延(晚如肆圖街3盼所組示臉)駐，可以進行路逗基填方數(shù)量計驚算。本文沿路鬼基軸線每隔公20m亭為一個計算單壯元，填方量分沃三部分計算。持第一部分為設茶計路面寬度范輔圍以下填方量迅，根據(jù)試驗路女段路基以下的草填砂層底界面溪埋深數(shù)據(jù)，采茅用美拜國承IB季M急公司肺的玩surfe澆r旗軟件計算其填臘方共量秘(倡V襪吊1均)三；第二和第三段部分為路基兩學側的填方量，裳則按以下公式眼計算：尾式中遲：劑V2覽(鋪或瓶V3啟)平—蠻—瞎路基兩側填方會量；關者歸H冊i拴—往—累某一斷面路基超標高；蠟桐灣h西i傲—斷—脆〖疼W賄B漠〗某一斷面距號中心軸線害13m錘處的填砂層底縮界面埋深；它麥蹄n菌—坊—刑分段計算單元撫個數(shù)；烏朵臣L苦—德—棍路段總長度。酷上述計算延過程均由計算歸機完成，最后皮獲得路基填方穴總數(shù)量，淚即抖