關(guān)于波速測試技術(shù)在巖土工程勘察中的應(yīng)用

謝林成

（貴州省建筑設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，貴州貴陽 550001）

0 引言

近年來，巖土工程勘察技術(shù)快速發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)建筑、民用建筑、水利水電工程等，獲得了不錯的成效。工程建設(shè)環(huán)境比較復(fù)雜，做好巖土工程勘察，對地質(zhì)條件有著一定的了解，做好工程設(shè)計的優(yōu)化和過程的質(zhì)量控制，保障工程的效益目標(biāo)實現(xiàn)。從勘察實際分析，波速測試技術(shù)的應(yīng)用，可滿足勘察工作的技術(shù)需求，助力勘察工作高質(zhì)量開展，具有推廣應(yīng)用價值。

1 波速測試技術(shù)概述

從技術(shù)的原理分析，波速測試主要是根據(jù)波速的規(guī)律，了解地基土的物理性質(zhì)，為先進(jìn)的勘察技術(shù)，被廣泛應(yīng)用于巖土工程勘察項目。一般來說，常用的波速測試技術(shù)主要為Riley 波技術(shù)、橫波技術(shù)以及壓縮波技術(shù)等（圖1）。按照波速試驗的結(jié)果，對巖土工程進(jìn)行分類。實際應(yīng)用中對于動力參數(shù)的設(shè)置，要求綜合分析阻尼和壓縮等各類參數(shù)，提高工作的質(zhì)量。采用波速測試技術(shù)手段，輔助勘察工作的開展，可全面了解地震參數(shù)，準(zhǔn)確判斷巖土的周期，實現(xiàn)科學(xué)合理劃分。

圖1 常用的波速測試技術(shù)

2 巖土工程勘察中波速測試技術(shù)的應(yīng)用實例分析

2.1 案例概述

以某工程項目為例，場地地層從上到下分別為第四系全新統(tǒng)、第四系上更新統(tǒng)、下第三系定遠(yuǎn)群。在巖土工程勘察環(huán)節(jié)中，采用波速測試技術(shù)開展勘察，目的是獲得場地類別和卓越周期?，F(xiàn)結(jié)合技術(shù)的應(yīng)用實踐，分析具體操作方法和流程以及效果。

2.2 儀器設(shè)備的準(zhǔn)備

按照波速測試的需求，本次作業(yè)準(zhǔn)備了基樁動測儀，井下測量探頭（JBT-2 型號），筆記本計算機(jī)。其中，探頭包括2 個水平檢波器與1 個垂直檢波器。事前，對使用的儀器設(shè)備進(jìn)行全面檢查，嚴(yán)格把控技術(shù)操作的影響，保障波速測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，防范問題的出現(xiàn)。

2.3 測試的方法

采取波速測試技術(shù)，需進(jìn)行土層剪切波的檢測。本次作業(yè)中，采用的是單孔速度檢測法。根據(jù)檢測方案，在孔口1~3m 位置，且和孔口連線重點(diǎn)垂直位置，布置啟震板。將重量超過500kg 的重物，放置到起震板上，分別錘擊木板中點(diǎn)和井口的連線的點(diǎn)以及木板兩端，在土層中激發(fā)剪切波，獲得數(shù)據(jù)信息。操作時，記錄鉆孔中傳感器的數(shù)據(jù)信息，獲得質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動時程曲線，并且通過孔內(nèi)的三分量傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸，上傳到系統(tǒng)后經(jīng)過計算機(jī)軟件分析與計算，得到各個點(diǎn)位剪切波速以及土層剪切波速，最終得到場地類別與卓越周期。此次波速測試中，采用單孔檢測法進(jìn)行測試，得到的剪切波為橫波的水平分量，傳播速度和橫波相同，能夠確定橫波的傳播速度。操作時，將準(zhǔn)備的探頭放入待測點(diǎn)深度底部，且逐步提升探頭，測量波速大小，并且做好記錄。場區(qū)內(nèi)，對鉆孔進(jìn)行土層剪切波速測試，獲得測量數(shù)據(jù)，結(jié)合工程勘察資料，繪制土層剪切波速-深度曲線，同時根據(jù)規(guī)范進(jìn)行計算，獲得地面以下20m 內(nèi)等效剪切波速值和地面以下25m 內(nèi)卓越周期。

2.4 應(yīng)用效果

2.4.1 場地類別

按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，場地類別與巖土類型劃分依據(jù)如下：①等效剪切波速為＞800m/s，為巖石。②等效剪切波速為500~800m/s，為堅硬土或者軟質(zhì)巖石。③等效剪切波速為250~500m/s，場地覆蓋層厚度＜5m，則為Ⅰ類中硬土，若厚度≥5m，則為Ⅱ類中硬土。④等效剪切波速為50~150m/s，場地覆蓋層厚度＜3m，則為Ⅰ類中軟土，若厚度為3~50m，則為Ⅱ類中軟土，若厚度＞50m 則為Ⅲ類中軟土。⑤等效剪切波速≤150m/s，場地覆蓋層厚度＜3m，則為Ⅰ類軟弱土，若厚度為3~15m，則為Ⅱ類軟弱土，若厚度為15~80m，則為Ⅲ類軟弱土，若厚度＞80m則為Ⅳ類軟弱土。

本次波速測試中，獲得的20m 內(nèi)測孔等效剪切波速結(jié)果如下：①XA-Q9。測試深度為25m，等效剪切波速為228.5m/s。②XZ-Q-47。測試深度為25m，等效剪切波速為212.8m/s。③XZ-Q-66。測試深度為25m，等效剪切波速為233.0m/s。

2.4.2 卓越周期計算

波速測試中，孔卓越周期的計算，使用的公式如下：

式中：T——卓越周期；hi——第i 土層的厚度；Vsi——第i 土層的剪切波速；n——測試深度內(nèi)地層的層數(shù)。

計算時，取地表下25m 內(nèi)的鉆孔測試數(shù)據(jù)，獲得最終的結(jié)果。XZ-Q-47 孔的卓越周期為0.4576s；XZQ-66 孔的周期結(jié)果為0.4246s。XZ-Q-9 孔的卓越周期為0.4315s。

2.4.3 項目效果評定

按照工程設(shè)計規(guī)范，結(jié)合巖土工程現(xiàn)場鉆探，以及現(xiàn)場波速測試結(jié)果，展開綜合判定，獲得最終的結(jié)果。綜合評定結(jié)果如下：①XZ-Q-9 孔。20m 土層的等效剪切波速結(jié)果為228.5m/s，場地土類型為中軟土，場地覆蓋層厚度為3~50m，場地屬于Ⅱ類。②XZ-Q-47 孔。剪切波速結(jié)果為212.8m/s，場地土為中軟土，覆蓋層厚度為3~50m，屬于Ⅱ類場地。③XA-Q-66 孔。根據(jù)勘察的資料分析，場地20m 土層等效剪切波速結(jié)果為233.0m/s，土屬于中軟土，場地覆蓋層厚度為3~50m，屬于Ⅱ類場地。

3 巖土工程勘察中波速測試技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量控制策略

3.1 優(yōu)選測試方法

巖土工程勘察中波速測試技術(shù)的應(yīng)用效果控制，優(yōu)選測試方法，具有重要的意義[1]。一般來說，常用的方法如下。

（1）單孔法。對鉆孔利用單孔法開展測試，獲得的波速是地面和測點(diǎn)間的平均波速。在實際應(yīng)用中，多用于土層軟硬度變化很大或者土層水平很小的地層。組織開展波速測試時，在地面上激振，通過孔底接收，則為下孔法；激振在孔底，接收在地面，則為上孔法。實際操作時，可沿著孔向上或者向下開展測試，孔底法多逐點(diǎn)測試。為保證測試結(jié)果的真實性和準(zhǔn)確性，要求鉆孔盡量垂直，聲波探頭或者三分量探測器要求布置在設(shè)計的深度位置孔內(nèi)，同時要靠近孔壁。試驗土層剪切波的激發(fā)振源的裝置的木板大小為2000mm×300mm×50mm。將板長方向的垂直線對準(zhǔn)試驗孔中心，距離孔口大約1~3m，同時設(shè)置一個重物。根據(jù)技術(shù)原理，板的兩端使用錘子水平撞擊，經(jīng)過板與地面的摩擦，將會產(chǎn)生水平剪切波。2 組極性相反的剪切波，通過2 次相反方向的沖擊得到。根據(jù)技術(shù)操作流程和方法，實現(xiàn)對操作的規(guī)范性控制，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。單孔法如圖2 所示，單孔法現(xiàn)場工作方式如圖3 所示。

圖2 單孔法

圖3 單孔法現(xiàn)場工作方式

（2）跨孔法。巖土工程勘察中波速測試，還可以采用跨孔法。在測試現(xiàn)場設(shè)置2 個平行的鉆孔，將振動源布置在一個孔的各個深度，并且將準(zhǔn)備的檢波器布置在另外鉆孔對應(yīng)深度位置。測量得到的波速為2 孔之間的地層傳播速度，多用于均勻土層或者多層地層。操作時，必須要保證振動源孔和檢測孔的平行，獲得精準(zhǔn)的結(jié)果。如果測量深度＞15m，則要測量每個孔的傾角與傾斜方位，控制好精度，保證孔距的計算結(jié)果準(zhǔn)確性。一般來說，測試孔的平面布置可為2 個孔，或者為多邊形，即一個孔激發(fā)和多孔接收，做到檢驗復(fù)核[2]。為有效防范振動源裝置以及波傳播路徑的不良影響，每組設(shè)置3 個鉆孔，要求處于一條直線。對于鉆孔的間距，需要結(jié)合試驗精度和振源容量等的綜合分析確定。結(jié)合巖土工程勘察現(xiàn)場的實際情況，優(yōu)選適宜的測量方法，保障測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，嚴(yán)格控制技術(shù)的應(yīng)用效果?？缈追ㄈ鐖D4 所示，跨孔法現(xiàn)場作業(yè)如圖5 所示。

圖4 跨孔法

圖5 跨孔法現(xiàn)場作業(yè)

3.2 落實規(guī)范化操作

首先，編制完善的測試技術(shù)方案。巖土工程勘察中波速測試，要按照技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)操作，把關(guān)測試技術(shù)的應(yīng)用效果，防范問題的出現(xiàn)，保證測試技術(shù)的應(yīng)用價值實現(xiàn)[3]。結(jié)合測試現(xiàn)場的實際情況，展開全面的分析，分析影響波速測試技術(shù)的因素，并且結(jié)合影響程度，提出應(yīng)對和控制措施。認(rèn)真落實技術(shù)方案，強(qiáng)化測試技術(shù)操作質(zhì)量的控制，杜絕巖土工程勘察數(shù)據(jù)質(zhì)量問題的出現(xiàn)。

其次，做好測試的準(zhǔn)備工作。根據(jù)波速測試技術(shù)方案，結(jié)合測試工作的安排，事前做好測試準(zhǔn)備。結(jié)合測試的需求，準(zhǔn)備所需的人力和機(jī)械設(shè)備，有序推進(jìn)測試的實施[4]。對使用的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行全面檢查，消除潛在的影響和隱患，保障波速測試結(jié)果真實性和準(zhǔn)確性，防范技術(shù)應(yīng)用問題出現(xiàn)，發(fā)揮波速測試技術(shù)的應(yīng)用價值。對測試現(xiàn)場進(jìn)行處理，為測試作業(yè)的開展提供有效的支持，保障測試技術(shù)的應(yīng)用效益實現(xiàn)。整個操作期間，要求做到規(guī)范化，避免技術(shù)應(yīng)用不合理，影響到巖土工程勘察中波速測試技術(shù)的應(yīng)用效果，造成勘察結(jié)果不準(zhǔn)確，防范各類風(fēng)險的出現(xiàn)[5]。

最后，認(rèn)真核驗測量的數(shù)據(jù)信息。巖土工程勘察中波速測試技術(shù)的應(yīng)用，測試的數(shù)據(jù)信息質(zhì)量，直接影響到勘察報告的質(zhì)量，因此，需要做好嚴(yán)格的控制。結(jié)合波速測試技術(shù)的應(yīng)用方案，將測試質(zhì)量與巖土工程勘察相互結(jié)合，圍繞測試全過程實施嚴(yán)格控制，嚴(yán)格把控測試數(shù)據(jù)信息的質(zhì)量，防范測試技術(shù)應(yīng)用問題的出現(xiàn)，獲得高質(zhì)量的勘察報告。對測試得到的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行全面的核驗，精準(zhǔn)排查風(fēng)險和隱患，促使測試技術(shù)高效化運(yùn)用[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，巖土工程勘察實踐中采用波速測試技術(shù)，輔助勘察工作開展，可高效完成勘察任務(wù)，獲得完整的資料信息，形成高質(zhì)量的勘察報告。由于波速測試技術(shù)的應(yīng)用效果受到很多因素影響，為保障勘察結(jié)果的真實性，要嚴(yán)格控制技術(shù)操作的規(guī)范性，防范各類風(fēng)險，保障波速測試技術(shù)的應(yīng)用價值實現(xiàn)。