關于波速測試技術在巖土工程勘察中的應用

謝林成

（貴州省建筑設計研究院有限責任公司，貴州貴陽 550001）

0 引言

近年來，巖土工程勘察技術快速發展，被廣泛應用于工業建筑、民用建筑、水利水電工程等，獲得了不錯的成效。工程建設環境比較復雜，做好巖土工程勘察，對地質條件有著一定的了解，做好工程設計的優化和過程的質量控制，保障工程的效益目標實現。從勘察實際分析，波速測試技術的應用，可滿足勘察工作的技術需求，助力勘察工作高質量開展，具有推廣應用價值。

1 波速測試技術概述

從技術的原理分析，波速測試主要是根據波速的規律，了解地基土的物理性質，為先進的勘察技術，被廣泛應用于巖土工程勘察項目。一般來說，常用的波速測試技術主要為Riley 波技術、橫波技術以及壓縮波技術等（圖1）。按照波速試驗的結果，對巖土工程進行分類。實際應用中對于動力參數的設置，要求綜合分析阻尼和壓縮等各類參數，提高工作的質量。采用波速測試技術手段，輔助勘察工作的開展，可全面了解地震參數，準確判斷巖土的周期，實現科學合理劃分。

圖1 常用的波速測試技術

2 巖土工程勘察中波速測試技術的應用實例分析

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、第四系上更新統、下第三系定遠群。在巖土工程勘察環節中，采用波速測試技術開展勘察，目的是獲得場地類別和卓越周期?，F結合技術的應用實踐，分析具體操作方法和流程以及效果。

2.2 儀器設備的準備

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

2.3 測試的方法

采取波速測試技術，需進行土層剪切波的檢測。本次作業中，采用的是單孔速度檢測法。根據檢測方案，在孔口1~3m 位置，且和孔口連線重點垂直位置，布置啟震板。將重量超過500kg 的重物，放置到起震板上，分別錘擊木板中點和井口的連線的點以及木板兩端，在土層中激發剪切波，獲得數據信息。操作時，記錄鉆孔中傳感器的數據信息，獲得質點運動時程曲線，并且通過孔內的三分量傳感器進行數據信息的傳輸，上傳到系統后經過計算機軟件分析與計算，得到各個點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，將準備的探頭放入待測點深度底部，且逐步提升探頭，測量波速大小，并且做好記錄。場區內，對鉆孔進行土層剪切波速測試，獲得測量數據，結合工程勘察資料，繪制土層剪切波速-深度曲線，同時根據規范進行計算，獲得地面以下20m 內等效剪切波速值和地面以下25m 內卓越周期。

2.4 應用效果

2.4.1 場地類別

按照技術標準，場地類別與巖土類型劃分依據如下：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 內測孔等效剪切波速結果如下：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——測試深度內地層的層數。

計算時，取地表下25m 內的鉆孔測試數據，獲得最終的結果。XZ-Q-47 孔的卓越周期為0.4576s；XZQ-66 孔的周期結果為0.4246s。XZ-Q-9 孔的卓越周期為0.4315s。

2.4.3 項目效果評定

按照工程設計規范，結合巖土工程現場鉆探，以及現場波速測試結果，展開綜合判定，獲得最終的結果。綜合評定結果如下：①XZ-Q-9 孔。20m 土層的等效剪切波速結果為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。根據勘察的資料分析，場地20m 土層等效剪切波速結果為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應用質量控制策略

3.1 優選測試方法

巖土工程勘察中波速測試技術的應用效果控制，優選測試方法，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間的平均波速。在實際應用中，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，孔底法多逐點測試。為保證測試結果的真實性和準確性，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計的深度位置孔內，同時要靠近孔壁。試驗土層剪切波的激發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試驗孔中心，距離孔口大約1~3m，同時設置一個重物。根據技術原理，板的兩端使用錘子水平撞擊，經過板與地面的摩擦，將會產生水平剪切波。2 組極性相反的剪切波，通過2 次相反方向的沖擊得到。根據技術操作流程和方法，實現對操作的規范性控制，保證數據的準確性。單孔法如圖2 所示，單孔法現場工作方式如圖3 所示。

圖2 單孔法

圖3 單孔法現場工作方式

（2）跨孔法。巖土工程勘察中波速測試，還可以采用跨孔法。在測試現場設置2 個平行的鉆孔，將振動源布置在一個孔的各個深度，并且將準備的檢波器布置在另外鉆孔對應深度位置。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，獲得精準的結果。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，保證孔距的計算結果準確性。一般來說，測試孔的平面布置可為2 個孔，或者為多邊形，即一個孔激發和多孔接收，做到檢驗復核[2]。為有效防范振動源裝置以及波傳播路徑的不良影響，每組設置3 個鉆孔，要求處于一條直線。對于鉆孔的間距，需要結合試驗精度和振源容量等的綜合分析確定。結合巖土工程勘察現場的實際情況，優選適宜的測量方法，保障測量結果的準確性，嚴格控制技術的應用效果。跨孔法如圖4 所示，跨孔法現場作業如圖5 所示。

圖4 跨孔法

圖5 跨孔法現場作業

3.2 落實規范化操作

首先，編制完善的測試技術方案。巖土工程勘察中波速測試，要按照技術規范和標準操作，把關測試技術的應用效果，防范問題的出現，保證測試技術的應用價值實現[3]。結合測試現場的實際情況，展開全面的分析，分析影響波速測試技術的因素，并且結合影響程度，提出應對和控制措施。認真落實技術方案，強化測試技術操作質量的控制，杜絕巖土工程勘察數據質量問題的出現。

其次，做好測試的準備工作。根據波速測試技術方案，結合測試工作的安排，事前做好測試準備。結合測試的需求，準備所需的人力和機械設備，有序推進測試的實施[4]。對使用的機械設備進行全面檢查，消除潛在的影響和隱患，保障波速測試結果真實性和準確性，防范技術應用問題出現，發揮波速測試技術的應用價值。對測試現場進行處理，為測試作業的開展提供有效的支持，保障測試技術的應用效益實現。整個操作期間，要求做到規范化，避免技術應用不合理，影響到巖土工程勘察中波速測試技術的應用效果，造成勘察結果不準確，防范各類風險的出現[5]。

最后，認真核驗測量的數據信息。巖土工程勘察中波速測試技術的應用，測試的數據信息質量，直接影響到勘察報告的質量，因此，需要做好嚴格的控制。結合波速測試技術的應用方案，將測試質量與巖土工程勘察相互結合，圍繞測試全過程實施嚴格控制，嚴格把控測試數據信息的質量，防范測試技術應用問題的出現，獲得高質量的勘察報告。對測試得到的數據信息，進行全面的核驗，精準排查風險和隱患，促使測試技術高效化運用[6]。

4 結語

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