边坡支挡的重要圬工工程.doc

弹性波频谱分析对比法检测浆砌片石挡墙质量 钟世航 摘要：大量的浆砌片石挡墙需要作快速质量检测，作者比较了利用弹性波速、瑞利面波和弹性波频谱分析法后，认为后者分辨率高，方法简单，并作了几百个点的检测，得到了成功。 关键词：浆砌片石挡墙；频谱分析；弹性波 用水泥砂浆将片石粘结而构成的浆砌片石挡墙，是铁路和公路边坡支挡的重要圬工工程，许多高填路基也用重力式浆砌片石路肩挡墙支挡，中间填土石而构成。由于建造浆砌片石挡墙技术不复杂，沿线路工作量较大，往往采用民工队包工承建的办法。这就使得挡墙质量很不均匀。不同的承建队建筑的挡墙质量相差甚远。而挡墙是隐蔽工程，其外表面一般都被修筑得整齐美观，验收时难以发现其内部的隐患，监理工作也难免有被钻空子的时候，因而，不乏通车后挡墙坍垮的事故，甚至发生过列车在铁路高填路基段行车时，挡墙突然坍垮，车头翻下十几米高坡的车毁人亡重大事故。随着我国基础设施的大规模建设，浆砌片石挡墙的质量问题愈益引起人们注意。 笔者于90年代初为图珲铁路挡墙评价及加固设计在30km的线路范围内进行了总延长5km的挡墙检测，解决了方法技术问题并得到了好的结果。但感工作量尚小，拟再作一些工作后总结成文。但以后一直因各种原因未得机会。鉴于大量挡墙检测提到日程，故先将有关资料、技术在本文提出，供同行参考，促使这项技术更快地发展。 浆砌片石挡墙质量问题所在及无损检测的地球物理技术方案 浆砌片石挡墙的质量不好，主要反映为粘结片石的水泥砂浆的质量不好。一种情况是粘结的水泥砂浆不饱满，甚至由于采用干砌后灌浆的方式，使得片石间的粘结极差；一种情况是水泥砂浆的质量不好，没有粘结性，其原因是水泥量过少或冬季施工保温不好。它们的物理表现是在坚硬、密度大的片石间夹有空洞（无水泥砂浆）或近似空洞（水泥砂浆质量太差）。表现在地球物理性质上是波阻抗的不均匀、波速的降低。为此，可考虑选择3个方案： （1）利用弹性波速降低来判定质量不好的挡墙。可以选用直达波法、瑞利波法（稳态或瞬态）。这是基于片石和质量好的水泥砂浆的波阻抗高，质量不好的水泥砂浆或空洞的波阻抗低，质量差的挡墙段必然导致弹性波波速降低。 利用雷达波的波速增高来判定质量不好的段。 利用宽频带的弹性波穿过不同质量挡墙后频谱发生变化，将激震子波与反射波的频谱相对比，而判定挡墙质量。 为此，作者在现场试验了（1）、（3）两种方法，结论是两种方法均可行。但基于波速变化的方法灵敏度较低，而且片石本身的材质（如灰岩、花岗岩、砂岩等）、水泥的品牌及砂浆的配比等可较大地影响波速，因此，只能以同一种材料的挡墙作为一个单元体来制定检测标准。故作者未继续深入研究这些方法，而选用了方案（3）。 以频谱分析方法检测挡墙质量的原理 采用锤击激发方式在挡墙外表面产生弹性波，在激发点旁设宽频检波器接收。首先接收到的是直达波，然后接受到挡墙内表面的反射波。在激震点旁的直达波反映的是激震子波。如果向挡墙内的入射波及内面反射波在其旅行路程中经过的水泥砂浆饱满密实，则反射波的频谱与激震子波没有什么变化。如果波的旅行途中有“空洞”存在，波的高频成分就会被散射，低频成分可以透过，所接受到的反射波中低频成分比例就会增多。“空洞”越多，反射波中的高频成分损失得越多。将反射波的频谱与激震子波的频谱对比，就可以判定挡墙的质量。实际上，研究频谱的变化是利用波的动力学特性。众所周知，它比应用运动学特性可能灵敏度更高，而且是测点自身的激震子波与反射波相对比，不同测点使用的片石、水泥砂浆等的材质不同不存在什么影响。 作者是对比二者的功率谱中优势频率的变化和低端频的变化，以两个参数来作挡墙内部质量评定的。 、 现场资料采集 采用陆地声纳仪（FY-20，现已改进投产为第4代仪器LSD-1型）及配套的压电式超短余振检波器。检波器在3Hz～4kHz范围内，其频率特征曲线为与横轴（频率）平行的直线，即在所测频率范围内，不存在频率失真干扰。仪器接收时选用50Hz～4kHz带通频段。接受系统为无余振系统，即所测的反射波与子波相同，约为1.5个周期。 用锤击震源，震--检距约为20cm，不作垂直迭加。检波器用黄油与墙面耦合，用手按紧即可。 图1 频谱法检测现场数据采集 资料处理及应用 资料处理 对每一测点的时间曲线，取其前段（0～2ms）及中间的反映挡墙内面的反射波段（3.5～5.5ms,挡墙厚2～3m）分别作FFT，绘出功率谱图，选出低端频率（fD）和优势频率(fU)（有不止一个优势频率者则取几个值），进行对比。 资料应用 根据对比结果划分为8个级别： A级： fD和fU均无变化； B级： 反射波的fD和fU低于激震波10%～20%； C级：