地質(zhì)雷達(dá)在某鐵路路基擋墻質(zhì)量評估中的應(yīng)用

1、文章編號:100926825(20080420298202地質(zhì)雷達(dá)在某鐵路路基擋墻質(zhì)量評估中的應(yīng)用收稿日期:2007210213作者簡介:范志權(quán)(19732,男,工程師,廣鐵集團(tuán)公司廣州新客站工程建設(shè)指揮部,廣東廣州510600范志權(quán)摘要:介紹了地質(zhì)雷達(dá)檢測路基擋土墻墻體幾何尺寸的基本原理和方法,通過地質(zhì)雷達(dá)在京九鐵路路基擋墻質(zhì)量評估中的應(yīng)用,總結(jié)了一套針對路基擋土墻檢測與評估的方法和量化標(biāo)準(zhǔn),為質(zhì)量評估提供了完整、可靠的依據(jù)。關(guān)鍵詞:地質(zhì)雷達(dá),質(zhì)量評估,擋土墻,鐵路中圖分類號:U417.11文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A路基是鐵路線路的主體工程,路基擋土墻工程所占比重較大,其對線路質(zhì)量和行車安全影響也越來越

2、重要。擋土墻因砌筑質(zhì)量問題和外界條件等因素的變化而引發(fā)路基病害,造成嚴(yán)重威脅運(yùn)營安全的例子很多,以往工務(wù)檢修使用鉆孔取樣、挖探破肚等有損檢查方法,其具有速度慢、操作復(fù)雜和代表性不強(qiáng),不能全面反映擋墻的真實(shí)情況和難以給出客觀、合理評估等缺點(diǎn),所以人們一直在探尋一種高效、無損的,能夠?qū)跬翂|(zhì)量進(jìn)行全面快速的檢測方法,使路基擋墻工程的隱患和病害能夠及時得到治理。地質(zhì)雷達(dá)這一新的檢測手段正是解決這一難題的有效方法。通過對京九線(粵境段擋土墻檢測的應(yīng)用,并在工程實(shí)踐基礎(chǔ)上進(jìn)行了詳細(xì)、系統(tǒng)分析和經(jīng)驗(yàn)總結(jié),現(xiàn)已形成一套針對路基擋土墻質(zhì)量檢測與評估的辦法和量化標(biāo)準(zhǔn),勢必將會受到各工程建設(shè)和監(jiān)管單位的普遍關(guān)注

3、。1地質(zhì)雷達(dá)檢測路基擋土墻的原理和方法1.1地質(zhì)雷達(dá)檢測擋土墻的原理地質(zhì)雷達(dá)(GPR 是利用超高頻電磁波探測地下介質(zhì)分布的一種地球物理勘探儀器,通過發(fā)射天線、接收天線以及儀器和計(jì)算機(jī)共同工作,由發(fā)射天線(T 向墻面上某一測點(diǎn)發(fā)射一定主頻的電磁脈沖波,電磁脈沖波在各種介質(zhì)(墻體圬工、墻后反濾層及墻后巖土中傳播,遇到不同介質(zhì)的物性(,r 分界面(電阻率、介電常數(shù)的差異分界面時,發(fā)生波的反射和透射,反射波由天線(R 接收,通過計(jì)算機(jī)和儀器控制,接收經(jīng)電纜傳輸反射回波的信息,并在計(jì)算機(jī)中存儲每個測點(diǎn)上波形序列的振幅及波的旅行時間(t ,據(jù)電磁波在介質(zhì)中的傳播速度(V 及波的旅行時間,用D =V t /

4、2求出反射面的深度,即可確定測點(diǎn)處的墻體厚度及墻體異常情況。沿墻面布置的測線(豎向等間隔勻速移動天線,可獲得測線上無數(shù)測點(diǎn)相應(yīng)的波形序列,也就形成一條完整測線的雷達(dá)剖面記錄,通過對雷達(dá)剖面記錄的分析與計(jì)算,可得到擋300次抗凍融循環(huán)能力設(shè)計(jì),耐久性因數(shù)應(yīng)不小于0.6,而在撒鹽的道路上,耐久性因數(shù)應(yīng)不小于0.8,這是抗鹽凍路面混凝土的必要條件;2路面施工時,應(yīng)選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,在水泥廠粉磨用的混合材料不能選用石灰石粉,因?yàn)槭沂蹠蟠蠼档突炷恋目箖鲂院涂果}剝蝕性;3由于在混凝土中引入空氣氣泡會使混凝土抗壓強(qiáng)度下降,但引入合適級配及其合適尺寸的微小氣泡,可使混凝土的抗折強(qiáng)度提高,

5、這對于道路混凝土是十分有利的,此時應(yīng)根據(jù)這一特性去設(shè)計(jì)路用引氣混凝土,以使強(qiáng)度降低達(dá)到最小值,選用高質(zhì)量引氣劑可以使氣泡平均孔徑和氣泡間距較小,且氣泡穩(wěn)定性好,這樣抗凍性能及抗鹽凍性能都有相對的提高;4混凝土配合比設(shè)計(jì)時,應(yīng)盡量采取防止Cl -滲透或減慢Cl -滲透的措施,這樣可以采用高效減水劑降低水灰比,增加混凝土的密實(shí)度,同時也可以在混凝土中摻入硅粉、磨細(xì)粉煤灰或磨細(xì)礦渣等活性摻合料,混凝土的等級宜高于C35,且抗凍融循環(huán)能力按300次以上考慮。3結(jié)語北方冰凍地區(qū)的路橋工程,一定要以混凝土的抗鹽凍性能作為控制指標(biāo),另外,混凝土只有在飽水時才會因受凍破壞,因此只要把混凝土內(nèi)的飽水度控制在很低

6、的水平上,混凝土的鹽凍剝蝕破壞就可以大為降低。因此,從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上,應(yīng)快速把路面的融化水迅速排出,合理的排水溝或埋排水管等,將對延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命極為有利。參考文獻(xiàn):1魏和,慕儒.氯鹽溶液與快速凍融共同作用混凝土的性能J .建筑技術(shù),2003(10:18220.2李金玉,王建國,徐文雨,等.關(guān)于混凝土凍融破壞機(jī)理的研究J .水利學(xué)報(bào),2004(1:21222.3姜雙倫,姬立德,吳強(qiáng).混凝土的凍融破壞與外加劑J .混凝土,2007(2:829.4張國強(qiáng),覃維祖.混凝土抗鹽凍剝蝕試驗(yàn)方法的研究J .公路交通科技,2005(2:41242.5張新平.水泥混凝土路面破壞原因及防治措施J .山西建筑

7、,2005,31(1:1222123.Main measures to improve deicer scaling damage of cement concrete pavementZHANG Jing 2yanAbstract :It analyzes the mechanism of concrete damaged by deicing salt corrosion from physical and chemical function ,proposes main measures to improve deicer scaling resistance of concrete ,

8、and points out that only by controlling the saturation degree inside concrete on a low level can man reduce deicer scaling damage of concrete ,in order to offer ex perience for the construction and maintenance of cement concretepavement in the future.K ey w ords :cement concrete pavement ,deicer sca

9、ling damage ,saturation degree ,pressure of crysstal892第34卷第4期2008年2月山西建筑SHANXI ARCHITECTURE墻的厚度及墻體幾何尺寸。1.2地質(zhì)雷達(dá)檢測擋土墻的方法路基擋土墻分為路塹擋墻和路堤擋墻,其結(jié)構(gòu)分為砌體、反濾層、回填物、巖土體四層,一般厚度為0.6m 3.0m 。檢測采用美國地球物理公司生產(chǎn)的SIR 22型彩顯地質(zhì)雷達(dá),配置100MH z ,200MHz 和500MHz 收發(fā)單置屏蔽天線。根據(jù)擋墻高度、厚度和類型的差異,選擇不同頻率天線檢測,以提高探測深度和精度。工程正式檢測前,在現(xiàn)場選定合適地段(砂漿膠結(jié)好的

10、墻體、砂漿膠結(jié)不良的墻體進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)檢測,測定各種情況墻體、墻后反濾層及巖土、空隙的標(biāo)準(zhǔn)電阻率和介電常數(shù)。據(jù)實(shí)測及驗(yàn)證資料分析,漿砌片石墻體的相對介電常數(shù)值r =48,巖土的相對介電常數(shù)值r =916,空隙(空氣的相對介電常數(shù)值r =1,水的相對介電常數(shù)r =81,幾者物性差異較大,可以滿足地質(zhì)雷達(dá)探測擋墻尺寸的地球物理基本前提條件。外業(yè)測線布置一般采用橫斷面(豎向形式,原則上測線沿?fù)鯄v向間距6m 10m ,將天線、電纜聯(lián)結(jié)好,并使天線在相應(yīng)測線位置緊貼擋墻墻面,一切準(zhǔn)備就緒后,操作儀器,沿測線勻速移動天線即可連續(xù)密集搜索檢測,并獲得完整測線的雷達(dá)剖面記錄。1.3速度提取及擋墻厚度的計(jì)算電磁波在

11、擋墻內(nèi)的傳播速度取決于墻體的相對介電常數(shù)r 。標(biāo)準(zhǔn)的r 的確定由已知墻體的厚度D 反演求得,電磁波在墻體內(nèi)的平均傳播速度V =0.13m/ns ;對于砂漿不飽和墻體的電磁波傳播速度則在0.13m/ns 0.24m/ns 之間。墻體厚度計(jì)算步驟:首先依據(jù)雷達(dá)圖像特征確定目標(biāo)體(墻體與非目標(biāo)體(巖土體及回填層的分界面,并將擬讀取的目標(biāo)體的介電常數(shù)r輸入計(jì)算機(jī),然后依次讀取反射界面上各點(diǎn)的反射波雙程走時t i (i =1,2,3,最后依據(jù)公式D i =v t i /2(i =1,2,3,求得該反射界面上各點(diǎn)的深度,該深度即為墻體上各點(diǎn)對應(yīng)的厚度。1.4評估前要對雷達(dá)圖像進(jìn)行識別1掌握地質(zhì)雷達(dá)反射波組

12、的特點(diǎn)。2掌握地質(zhì)條件、擋墻結(jié)構(gòu)和巖土工程等資料,識別干擾波。3利用測線剖面的直觀性和范圍大的特點(diǎn),重點(diǎn)研究強(qiáng)振幅、能長距離連續(xù)追蹤波形穩(wěn)定的特征波,以識別剖面的主要特點(diǎn)。4識別擋墻可視目標(biāo)體和非目標(biāo)體的反射,并進(jìn)行地質(zhì)解釋。2路基擋土墻檢測京九線粵境段300多km 范圍內(nèi),共檢測擋墻(墻高大于6m 計(jì)259處,累計(jì)長度30.336km ,地質(zhì)雷達(dá)剖面2294條,其中路肩擋墻40處、路堤擋墻3處、路塹擋墻216處。擋墻主要為重力式路塹墻、重力式路肩墻、衡重式路肩墻和重力式路堤墻,墻身大部分為M7.5號漿砌片石砌筑,少量為片石混凝土灌注。擋墻墻體截面厚度(含砂漿不飽和層與設(shè)計(jì)相符或接近的計(jì)152

13、處,占檢測擋墻總數(shù)的58.8%;有107處墻體厚度較設(shè)計(jì)值偏薄,占總數(shù)的41.3%,尤其以K2010+907等24處工點(diǎn)相差較大。墻體砌筑質(zhì)量較好,砂漿飽滿的有156處,其中厚度尺寸較設(shè)計(jì)值偏小的計(jì)85處;存在砂漿不飽滿層及空隙的有95處,有空洞的計(jì)8處。砂漿不飽滿層及空隙或空洞主要存在于墻體后半部范圍。從被檢測的擋墻分析,砌材強(qiáng)度、砂漿飽滿度、墻體坡度、墻體厚度以及反濾層等未按設(shè)計(jì)施工的,都將直接影響擋墻的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。3擋土墻質(zhì)量的綜合評估綜合評估按三擋四級評估:基本穩(wěn)定(A 級:施工質(zhì)量良好,或外觀、內(nèi)在質(zhì)量局部存在欠缺,但對擋墻整體穩(wěn)定性無大的影響,不需進(jìn)行工程處理的;欠穩(wěn)定(B 級:

14、擋墻穩(wěn)定性不足,墻體外觀或內(nèi)在質(zhì)量存在明顯缺陷,擋墻處于欠穩(wěn)定狀態(tài),需建立觀測監(jiān)視其變化動態(tài),部分工點(diǎn)需進(jìn)行適當(dāng)工程處理;不穩(wěn)定(C 級,D 級:外觀和內(nèi)在質(zhì)量均較差,截面尺寸和整體穩(wěn)定性嚴(yán)重不足,目前已出現(xiàn)明顯位移、外傾、鼓脹或裂損等現(xiàn)象,已直接危及線路安全,需及時分期,逐步整治。檢測與評估的工點(diǎn)中,其中A 級153處,占59.1%,B 級77處,占29.7%,C 級11處,占4.6%,D 級18處,占6.6%。本著工程處理輕重緩急的原則,就檢測擋墻的工點(diǎn),需及時整治(D 級的有18處,可分期、逐步整治(C 級的有11處,需局部修補(bǔ)、邊坡處理或加強(qiáng)排水(B 級的有34處,并提出了初步加固處理

15、意見。其他A 級和部分B 級工點(diǎn)不需處理,B 級工點(diǎn)均應(yīng)加強(qiáng)觀測,監(jiān)視變化動態(tài)。4結(jié)語地質(zhì)雷達(dá)檢測與綜合評估這一新的科技手段應(yīng)用于路基擋土墻質(zhì)量檢測與評判,能快速準(zhǔn)確地查清擋墻的缺陷和隱患,以及墻后反濾層、墻背回填、巖土性質(zhì)和充水等相關(guān)情況。在此基礎(chǔ)上對擋墻的穩(wěn)定性和安全度進(jìn)行綜合評估是切實(shí)可行、卓有成效的科學(xué)方法。地質(zhì)雷達(dá)檢測擋墻的幾何尺寸(含缺陷具有圖像清晰、直觀等特點(diǎn),而且精度高,其誤差率一般在2%7%之間,可滿足檢測精度要求。鑒于這一方法剛開始在路基擋土墻上應(yīng)用,雖然取得了良好的效果,但仍存在諸多不足,有待在今后工程實(shí)踐中不斷充實(shí)、完善,使檢測與綜合評估更趨于合理。參考文獻(xiàn):1李大心.

16、地質(zhì)雷達(dá)方法與應(yīng)用M .北京:地質(zhì)出版社,1994.2劉康和.地質(zhì)雷達(dá)在水利工程質(zhì)量檢測中的應(yīng)用J .長江職工大學(xué)學(xué)報(bào),2001,18(1:10213.3Thomas J Fenner.Application of subsurface radar (SIR in lime 2stone.GSSI IncJ .Technical Literature ,1985(8:2216.4Davis J L ,Annan A P.Ground penetrating radar for high resolu 2tion mapping of soil and rock stratigraphy J .

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