工程物探常用技术现场试验检测操作

一．面波探测现场探测方案
前言
受中国水电四局的委托，我公司拟对深圳地铁7号线福赤盾构区间进行面波（瑞利波）法勘探。

本区间自福田河南岸的福临站北端开始，至滨河大道的赤尾站西端结束，里程桩号大致范围为：
左线ZDK20+360.117～ZDK20+845.492；
右线YDK20+347.717～YDK20+844.001。

线路下穿福田河、福临小区、滨河大道等，线路经过区地面环境复杂多变，将会给面波勘探带来诸多不便和影响，有的区段可能难以展开勘探，即使是积极创造条件勉强开展慨叹的区段，也需要投入更多的时间、人力、物力等，并且在诸多不利因素背景下所解算的成果资料的可信度会大打折扣。

为了尽可能全面地完成地质任务，编制此方案。

2、主要勘探目的
通过面波（瑞利波）勘探，揭示盾构区间隧道穿越区岩土强度的分布，提请盾构施工时提前采取相应措施。

3、方法原理
瑞利波是面波的一种。

瑞利波法是利用瑞利波的运动学特征和动力学特征来进行工程质量检测及工程地质勘察的地球物理方法。

在自由界面（如地面）上进行竖向激振时，均会在其表面附近产生各种波长的瑞利波，其二维和三维波动及传播示意图见图1和图2。

瑞利波有三个与工程质量检测和地质勘察有关的主要特征：
(1)
图1 瑞利波的椭圆极化示意图（二维）
(2)、瑞利波的波长不同，穿透深度也不同；
(3)、瑞利波的传播速度与介质的物理力学性质密切相关。

图2 三维空间的瑞利波传播示意图（三维）
各频率的瑞利波的能量主要集中在地表下一个波长的范围内，而传播速度代表着半个波长（λ
R
2）范围内介质震动的平均传播速度。

因此，一般认为瑞利波法的测试深度为半个波长。

波长与速度及频率三者有如下关系：
设瑞利波的传播速度为v
R ，频率为f
R
，则瑞利波的波长λ
R
为：
λR R
R v f =
当速度不变时，频率越低，测试深度就越大。

瑞利波波速与岩土物理力学参数密切相关，波速高介质的刚度大，同时不同波长的瑞利波，反映不同深度范围内的波速变化。

所以测试出地面以下不同深度处的瑞利波传播速度和波长，就可区分岩土体的地球物理特征，从而划分不同岩土体的界限，识别空洞、、塌陷、富含水区、孤石等。

5、测线布置
1）根据水电四局的意向和要求，本区间面波勘探的测线布置在隧道中轴线两侧各2.5m 处，左右线共布置4条测线，自左线左侧至右线右侧的测线分别命名为1#测线、2#测线、3#测线和4#测线，理论测线总长度1963m 左右。

2）遇有障碍物无法实施现场勘探时，跨过。

3）沿隧道轴线方向作业空间不足时，安排横断面或斜交断面进行面波勘探。

测线间距按照沿隧道轴线方向3m 布置，测线长度以在有限空间内尽可能揭示隧道全断面为限，并满足面波勘探现场工作方法和资料处理时扫描窗口宽度的需要。

4）隧道出福临小区后，即进入滨河大道，并呈斜交状自道路南测穿越至道路北侧，该段长度约80m 左右，东延顺行滨河大道段约120m 左右，设想两种方案如下：
（1）向交通主管部门申请，将滨河大道自皇岗路至赤尾人行天桥段全部封闭，实施时间为凌晨0时至5时，约需要两晚上。

采取本方案的缺点是：审批难度大，对交通影响大；
采取本方案的优点是：有安全保障，效率高，工作量相对小成本低，可杜绝大量的振动干扰，解算成果的可靠程度高。

（2）跨道路段部分，按照平行于滨河大道行车线方向布置斜交隧道的测线，选择凌晨0点至6点时段，逐步围挡逐步推进施工的方式穿越滨河大道，此段施工约需3晚上，后续东延顺行滨河大道段分为施工围挡内和外，约各需1个晚上。

围挡外（左线）测线仍按局部围挡逐步推进的方式施工。

采取本方案的缺点是：是安全保障难度大，效率低，工作量大，成本高，振动干扰大，解算成果可靠程度低。

采取本方案的优点是：无需专门审批道路封闭，对交通影响小；
5）测线的测放
测线的测放由施工单位完成，现场面波勘探施工时，根据施测并标记在实地的标志点，参照地形地物，根据测线定稿图，用皮尺丈量和确定。

具体测线布置图，以最终可实施及实施结果为准。

6、瑞利波法现场测试方法
（1）排列布置标准
测线定位准确，按现场试验所确定排列形式布置，以每排列6通道，前后排列搭接3通道，采用追逐法施工。

测线误差小于0.5m，排列位置误差小于0.2m，拾震点前后误差小于5cm ，左右误差小于10cm。

拾震器要求埋置准、稳、直、紧，在硬化地面区配置检波器靴。

激震点位于拾震点连线的延长线上，其前后误差小于100cm，左右误差小于50cm，激震时避开周围有影响的振动干扰，保持充足而均匀的激振能量(单一排列布设示意图3)，激震能量不小于660J。

图3 瑞利波排列布置示意图
（2）仪器设备及测试方法
本次测试采用我公司SWS-5型多功能数字图像工程物探与检测仪，现场测试的工作原理如图4所示。

P波 S波
瑞利波
图4 瑞利波法工作原理图
瑞利面波法在现场测试中采用单一电缆,每个排列6道检波器，道间距2m，激震点偏移距15～25m追逐法逐个排列向前移动采集数据，形成连续测试断面。

瑞利面波仪器及数据采集参数暂设定如表1所示。

表1 仪器及数据采集参数表
7、资料处理与解释
瑞利波测试采集到的原始资料是瑞利波沿地面传播的振动波形，对这种资料进行计算处理和解释后，才能得到所需的成果。

瑞利波资料的主要处理解释内容为：
（1）、原始记录（见图5）预处理，在预处理阶段对每一排列采集到的原始记录进行时域和频域的分析，对直达波，反射波等规则波动和不规则波动采取限制措施，以最大限度地突出瑞利波，减小其它波动的影响，达到去粗取细、去伪存真，确保客观反映岩土物理状态的原始记录进入下一道处理工序。

图5 原始记录示意图
（2）、对道间波形进行互相关
⎰+∞
∞
-
+
=dt
t
u
t
u)(
)
(
1
2
τ
γ。

（3）、利用互相关函数求出两个测点间各频率波形的相位差∆ϕ()f。

（4）、利用v f x
R
=2πϕ
∆∆计算不同频率不同深度处的瑞利波速。

（5）、绘制瑞利波频散曲线（如图6），生成瑞利波频散数据库。

图6 频散曲线示意图
（6）、对频散曲线由浅部到深层进行跟踪扫描和解释，计算出各测点自地表向下的岩土波速分布及异常位置，建立深度─波速异常数据库。

（7）、利用专业软件形成成果图件。

8、提交成果
所提交的成果资料包括：
1）瑞利波探测报告；
2）瑞利波探测解释剖面图；
3）测线布置图。

二．桩基无损检测
8.1 桩基的类型和质量问题
目前采用的桩基主要有钻孔灌注桩、成管灌注桩、挖孔桩、打入预制桩、旋喷桩、振动
碎石桩、振动挤密砂桩、砂井—水泥桩等类型，可因地区和目的的不同加以选用。

动态无损
检测法能对前面几种类型的桩基进行检测。

桩基按受力分类可分为摩擦桩、端承桩、扩底墩型桩。

摩擦桩以桩周土的摩擦力为主，
桩尖支承力为辅；端承桩的桩底坐落在坚硬的基岩上，它以桩底基岩的反向支承力为主，以
桩周摩擦力为辅。

桩基质量检测包括两方面的内容：桩基质量评价和桩基的承载力确定。

参考：3、检测步骤
（1）场地准备工作
1．疏通预埋管，在预埋管中灌满清水；
2．正确量取管间距（即AB、AC、BC距离），记录好桩号、编号方向等信息；
3．将发射和接收换能器分别小心沉入A、B管中，直到两换能器轻触管底，记录下放的长度。

然后分别接入主机发射输出和通道1。

（2）仪器相关参数输入
1.开机；
2.参数项设置；
3.修改零声时。

（3）数据采集
（4）数据存贮
（5）现场分析检测结果
1.查看测点。

2.现场曲线分析
（6）转换测试剖面
（7）测点重测和加密检测
这一步是对分析结果中存在的异常点的剖面进行重新测试，以排除认为的或其他偶然干扰因素，并可以精确确定缺陷的位置。

（六）异常情况处理
1、检测过程中仪器自行关机：检查电源供电情况。

2、检测过程中仪器自行死机：重启动主机，检查是否采集系统软件出错。

（七）数据的处理和结果判断
检测数据分析标准参照《公路工程基桩动测技术规程》(JTG/TF81-01-2004)以及中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）的有关试桩规定进行。

根据所测波形特性，结合桩的砼设计强度等级要求，将工程桩身结构的完整性按四类划分：
Ⅰ类桩：各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常；
Ⅱ类桩：某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常，无声速低于低限值异常；
Ⅲ类桩：某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常；两个或两个以上检
测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常;局部混凝土声速出现低于低限值异
常；
Ⅳ类桩：某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现明显异常；两个或两个以
上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现明显异常;桩身混凝土声速出现普遍
低于低限值异常或无法检测首波或声波接收信号严重畸变；。