淺談橋梁基礎地質勘察中鉆孔剪切波的應用

趙定宇

摘 要：隨著我國交通的快速發展和一帶一路政策的推動，鐵路工程建設發展的速度不斷加快，在高鐵的建設中，橋梁工程占全線的比重越來越大，大型橋梁工程建設項目做好地質勘察工作對橋梁整體結構和基礎的設計尤為重要。橋梁基礎勘察中，鉆孔剪切波的應用十分廣泛，通過該方法可以有效地判別場地的類別，為工程基礎和整體的抗震設計、承載力設計有重要的意義。本文通過介紹橋梁基礎勘察中場地鉆孔剪切波具體測量方法、原理，并探討了如何進行場地類別的劃分，此外，本文借助鉆孔剪切波在花塘村特大橋項目地質勘察中的應用，進一步論證了其該方法的適用性。希望通過本文的研究，能夠為橋梁基礎地勘提供指導和參考。

關鍵詞：鉆孔剪切波；波速；場地類別；基礎設計

中圖分類號：P624 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0141-02

近年來，隨著我國鐵路的大規模建設，大型橋梁類工程越來越多，科學的地質條件勘察是工程建設的先決條件。怎樣做好大型橋梁項目的場地類別判斷就要求全面探討鉆孔剪切波測試在工程實踐中的應用[1～2]。場地的地質條件、類別等劃分能夠有效為橋梁工程地基處理與主體結構設計等提供直接的依據，也是當前工程物探的一項重要研究課題之一。本文根據單孔層檢法對工程實踐中剪切波的測試應用進行了分析，并探討了工程實踐中場地鉆孔剪切波測試的具體應用原理、方法以及實際工程項目的應用等[3]。

1 工程概況

工點位于金華至建德鐵路浙江省蘭溪市境內，有鄉村道路通過，交通較為便利。全長2357.71m。橋式為67-32.6m簡支梁+1-24.6m簡支梁+4-32.6m簡支梁。工點地貌為蘭江沖積平原及剝蝕丘陵。工點范圍內地層巖性主要為第四系全新統人工堆積素填土，湖積淤泥，沖積粉質黏土、粉砂、細圓礫土、粗圓礫土；下伏基巖主要為白堊系上統方巖組砂質泥巖、砂巖，侏羅系上統勞村組粉砂巖、凝灰巖、砂巖。通過地質調查和采用鉆探、物探、原位試驗等勘探測試手段，結合室內試驗，詳細查明了橋址范圍內的地層分布、巖性、地下水分布規律等地質情況。

2 勘察方法選取及數據收集處理

2.1 橋梁地勘中鉆孔剪切波檢測的方法和機理

花塘村特大橋工程地質勘察過程中，主要通過剪切波測試儀器來完成剪切波速和相關參數的測定，此外，也可以選用淺層地震儀來檢測。通過配合井下三分量檢波設備來完成對剪切波的檢測。

橋梁基礎勘察常用的剪切波檢測方法為層檢法，具體順序如下：

第一步，在井口附近位置做好平整場地處理，并放置厚木板（通常選用板厚為10cm到20cm），隨后將重物放置在木板之上起到壓緊木板的作用。注意木板的放置方位，要盡可能保持木板中心位置與井口能夠跟木板的長軸方向相互垂直，通常將板控制在距離孔口1m到5m的位置。

第二步，使用大錘（盡可能選取木錘）順著水平方向敲打，敲打位置位于木板的兩端部分，同時把相同檢波器所獲取的兩張剪切波記錄進行對比，根據二者相位為反相特征，對剪切波（S波）的初至時間進行判斷。

采用上述方法檢測具有一定的優勢，如受區域和場地條件的影響較小，對于城市市區、郊區等地的勘察都能夠順利實施。此外，該方式能夠直接找出隱蔽層所在的位置，同時還能判斷該層的厚度和傳播波速。

但使用該方法也有一定的限制條件，具體如下：（1）檢波器必須緊緊依貼孔壁，同時保證木板要緊貼地面；（2）確保重錘敲打木板過程中要順著水平方向完成敲打；（3）要盡量避免在檢測波速過程中存在干擾信號的問題，由于干擾振動等造成的檢測失真問題是該方法測試剪切波所禁止的。

2.2 花塘村特大橋收集數據與數據處理

（1）收集剪切波的運算。

根據野外實體檢測的剪切波設備所記錄的剪切波的特性，并按照地層厚度完成檢測土層的各部分剪切波（Vsi）。

上述公式中：表示檢測土層的厚度大小，單位為m；

表示的是檢測土層的第i層土層的埋置深度，單位為m；

通過上述公式可以計算出不同土層的平均剪切波速Vs，運用該方法在花塘村特大橋檢測各土層的剪切波速Vs見表1所示。

（2）場地等效剪切波速的運算。

上述公式中：表示測試土層的等效剪切波速的大小；

表示的是土層的計算深度大小，同時要參照規范要求確定；

t表示的是剪切波從地面到計算深度部分之間傳播所需要的時長；

表示的是計算土層埋深范疇之內，第i層土體的厚度大小；

表示的是在一定深度范圍之內，第i層體的剪切波傳播速度大小；

通過上述公式對華唐村特大橋項目的鉆孔土層進行計算結果見表1所示。

（3）卓越周期的計算Tg。

關于卓越周期主要運算方式包括兩種，即各子土層的求和方式和加權平均計算方式，具體介紹如下：

①運用子層計算的方式進行周期求和。

子土層求和計算的公式如下：

各項參數可以根據表1中的計算結果選取，并計算出Tg大小。

②運用加權平均法求土層的卓越周期。

均值法計算地層卓越周期的公式如下：

各項參數可以根據表1中的計算結果選取，并計算出Tg大小。

3 項目場地類別的判斷

通常判斷橋梁建設項目的場地類別方法多式多樣，各種方法均有其所適用的范疇和注意事項。對于橋梁工程的場地類別判斷主要根據等效剪切波速Vse和場地的特征周期進行判斷，同時還參考剪切波速的均值來判斷其場地的種類見表2所示。

（1）根據計算深度內地層的等效剪切波速度值劃分鐵路工程的場地類別：

屬于Ⅰ類場地土的情況：通常為巖石和密實的碎石類土，如塊石土、巖石等，等效剪切波速。

屬于Ⅱ類場地土的情況：通常為中密、稍密的碎石土，密實、中密的礫、粗、中砂、的粘性土和粉土、堅硬黃土，等效剪切波速在之間的。

屬于Ⅲ類場地土的情況：通常為稍密的礫、粗、中砂，除松散外的細、粉砂，的粘性土、粉土，和可塑性黃土（），等效剪切波速在之間的。

屬于Ⅳ類場地土的情況：通常為淤泥和淤泥質土，松散的砂，新近沉積的粘性土、粉土和流塑黃土，f的填土，等效剪切波在以下。

根據計算結果，花塘村特大橋建設項目的覆蓋土層的剪切波速大小在250m/s～500m/s之間，由此可見，該項目所在場地屬于II類場地。

（2）卓越周期（TG）判斷法：

通過子層周期求和的方法對Tg進行求解，通過數據運算可得：

TG2=0.3485s；TG7=0.3242s；TG11=0.3106s；TG17 =0.3088s。

根據上述公式運算，該項目的Tg在之間，因此可以判斷該項目所在的倉底為II類場地類型。

由此可見，在采用上述兩種方法受到限制時，可以根據周邊項目的等效剪切波速、覆蓋層厚度等信息來判斷場地的類別。

4 結語

現代大型橋梁工程項目建設對地質勘察的準確性要求越來越高，綜合性的地質勘察能夠更詳細了解工程項目的地基土層條件，鉆孔剪切波在地勘中的應用越來越廣，根據地勘鉆孔剪切波速的大小來對項目所在的場地類別進行劃分，進一步保證項目的基礎設計、抗震設計等符合項目上部結構和規范的需求。對于鉆孔剪切波檢測的具體方法、原理和場地類別的劃分，本文通過花塘村特大橋項目進行了具體分析和計算，準確的判斷了該項目所在區域的場地類別。希望本文的研究能夠為類似項目提供一定的參考。

參考文獻

[1]龔思禮.建筑抗震設計手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，1994.

[2]王振東.淺層地震勘探應用技術[M].北京：地質出版社，1988.