劉建新

（錦州鐵道勘察設(shè)計院有限公司，遼寧 錦州 121000)

1 概述

目前，在我國的主要鐵路干線正在全面提速，提速鐵路面臨的首要問題是現(xiàn)有路基能否滿足提速要求，這就需要在提速前對既有線路基有關(guān)參數(shù)進行測試，給出路基的物理及力學指標，為提速線路的改建設(shè)計提供科學的依據(jù)。對于壓實系數(shù)、孔隙率等物理指標，可采用核子密度儀、灌砂法、灌水法等試驗方法測得，而對既有線基床強度的檢測也是一個非常重要的指標，既有路基基床檢測主要采用瞬態(tài)瑞利波法、地質(zhì)雷達法、Evd動態(tài)平板載荷試驗法。實踐證明，采用瞬態(tài)瑞利波法、地質(zhì)雷達法、Evd動態(tài)平板載荷試驗法檢測速度快、測試結(jié)果準確且不影響行車，為準確的檢測出既有線路基基床的強度，為既有線路改造以及增建二線提供準確的物理力學指標。

2 技術(shù)原理

2.1 瞬態(tài)瑞雷波法

地震波分為兩類，即體波和面波，體波包括縱波(P)和橫波(S)。當介質(zhì)中存在分界面時，體波在一定條件下會相互干涉并迭加產(chǎn)生出一種頻率較低、能量較強的次生波，因其主要沿介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑ィ史Q為面波。面波分為兩類，即瑞雷波和勒夫波，目前主要是利用瑞雷波進行工程勘察。

瑞雷波在介質(zhì)中傳播存在以下幾個特性：

在分層介質(zhì)中，瑞雷波在介質(zhì)表面具有頻散特性，即不同頻率的波具有不同的傳播速度，利用該特性可以進行介質(zhì)分層。

瑞雷波的能量占全部波動能量的 2/3，絕大部分能量集中在距震源的第一個半波長之內(nèi)。當瑞雷波的波動傳播到一個波長的深度時，能量幾乎全部衰減。由半波長理論可知，瑞雷波的測試深度為半個波長。

瑞雷波的波長不同，其穿透介質(zhì)的深度也不同。波長越長，穿透的地層深度越大。因此，根據(jù)波長與頻率的關(guān)系，可通過改變激震頻率來測定不同深度介質(zhì)的平均瑞雷波速度Vr，當速度不變時，頻率越低，測試深度就越大。

從能量衰減特性來看，縱波和橫波的振幅反比于波傳播的距離，衰減與1/r（r是波的傳播距離）成正比，而瑞雷波的振幅衰減與1/成正比。因此，瑞雷波的能量衰減要比橫波和縱波慢得多，這是瑞雷波測試技術(shù)的優(yōu)越性之一，可以很好的用來識別瑞雷波。

瑞雷波的傳播速度與介質(zhì)的物理力學性質(zhì)密切相關(guān)。瑞雷波傳播速度的大小直接反映了地層的“軟”“硬”程度，能方便地劃分軟弱地層的深度及范圍。

由上可知，瑞雷波相對縱波、橫波而言，具有能量較強、速度較低、頻率較低、容易分辨等特點。

2.2 地質(zhì)雷達法

地質(zhì)雷達（Ground Penetrating Rader簡稱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測儀器，屬于電磁波法應用的范疇，它是利用電磁波在不同介質(zhì)中的傳播與反射特性來進行探測的。電磁波脈沖由發(fā)射天線發(fā)出，被地下介質(zhì)界面（或異常體）反射，然后由接收天線接收，并以實時成像方式顯示地下結(jié)構(gòu)剖面，探測結(jié)果一目了然，分析、判釋直觀方便。

由于其具有分辨率高、圖象直觀、工作效率高、無破壞性等優(yōu)點，在工程檢測領(lǐng)域已得到越來越多的應用。

2.3 Evd動態(tài)平板荷載試驗

Evd動態(tài)平板荷載試驗是采用動態(tài)變形模量測試儀來監(jiān)控檢測土體承載力指標-動態(tài)變形模量Evd的試驗方法。它通過落錘試驗和沉陷測定來直接反映土體動態(tài)特性的指標Evd，計量單位為Mpa。

Evd動態(tài)平板荷載試驗適于粒徑不大于荷載板直徑1/4的各類土和土石混合填料，測試有效深度范圍為400～500mm。

3 數(shù)據(jù)采集與工作情況

根據(jù)要求，瑞雷波數(shù)據(jù)和Evd數(shù)據(jù)在既有線任一側(cè)路肩進行采集，地質(zhì)雷達數(shù)據(jù)在線路任一側(cè)道碴上（軌枕端）采集。

3.1 瑞雷波法

瑞雷波法采用國產(chǎn)SWS-Ⅰ型地震儀和美國產(chǎn)S-12淺層地震儀及配套電纜和檢波器進行野外數(shù)據(jù)采集。根據(jù)測試段落長短，測試點距分別選用30m和50m，每個測點采用12道4Hz低頻檢波器接收，道間距0.5m，偏移距為0.5m、3.0m，震源采用18磅大錘和60 kg落錘，錘擊墊板，單邊激發(fā)。采樣間隔250μs，記錄點1024個，記錄長度256ms，每測點記錄2次。

3.2 地質(zhì)雷達法

地質(zhì)雷達測試采用SIR-20型地質(zhì)雷達（美國GSSI公司產(chǎn)）和400MHz屏蔽天線進行采集。時窗范圍：50～60ns，采樣率：512樣/掃描，掃描率：10掃描/秒，疊加32次。測量方式采用連續(xù)測量，每隔10m打一標碼。

3.3 Evd動態(tài)平板荷載試驗

Evd動態(tài)平板荷載試驗采用德國產(chǎn)Evd動態(tài)變形模量測試儀 HMP LFG，在路肩指定里程點測試。測試時，荷載板保持水平，導向桿保持垂直。反復進行三次預沖擊后，正式進行三次沖擊，記錄下沉量作為正式測試記錄。

4 資料處理與成果分析

4.1 資料處理

4.1.1 瑞雷波法

瑞雷波勘察數(shù)據(jù)處理是從野外采集的多道地震數(shù)據(jù)中提取瑞雷波的頻散數(shù)據(jù)，再由頻散數(shù)據(jù)進一步反演出地層的瑞雷波速等值線斷面圖。通過對比道碴厚度曲線進行分析，以此評價路基。

瑞雷波勘察數(shù)據(jù)處理是利用相關(guān)軟件進行下列三步處理：

由多道地震數(shù)據(jù)記錄文件開始，在時間距離(X-T)域設(shè)置面波時距窗口和頻率范圍。用合適的時距窗口，排除其他干擾波的影響，將多道地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻率波數(shù)譜。

在頻率波數(shù)(F-K)域的譜圖上，圈定基階面波的能量峰脊，計算出頻散數(shù)據(jù)，組成頻散數(shù)據(jù)文件。

用取得的頻散數(shù)據(jù)，在深度速度(Z-V)域，經(jīng)過人機聯(lián)作，設(shè)置初始地層參數(shù)，再優(yōu)化擬合，得出采集排列下部地層瑞雷波速的分層斷面。

4.1.2 地質(zhì)雷達法

地質(zhì)雷達資料的處理過程就是抑制隨機的和有規(guī)律的干擾，最大限度地提高雷達剖面圖像上的分辨能力，通過提取電磁回波的各種有用參數(shù)，來解釋不同介質(zhì)的物理特征。

一般的，數(shù)據(jù)處理分五個步驟進行：數(shù)據(jù)預處理，包括文件編輯、文件巡視等；技術(shù)性處理，包括數(shù)字濾波、反褶積、偏移及希爾伯特變換等；拾取反射層；確定介電常數(shù)，計算速度，進行時深轉(zhuǎn)換，形成深度剖面；判釋異常界面，繪制成果（道碴厚度）曲線。

4.1.3 Evd動態(tài)平板荷載試驗

Evd動態(tài)平板荷載試驗可直接獲得測點Evd值，對每個里程點的5個測點Evd值進行平均，得到Evd算術(shù)平均值，作為基床評價依據(jù)。

也可通過經(jīng)驗公式K30=3.10×Evd+14.3換算出K30值，作為基床評價參考。

4.2 成果分析4.2.1判釋原則

成果分析主要通過分析各剖面的瑞雷波速等值線斷面圖和地質(zhì)雷達檢測道碴厚度曲線，從瑞雷波速度和道碴厚度變化的角度對基床狀態(tài)的穩(wěn)定性進行評價，其判釋原則分別為：

A針對瑞雷波速速度，主要判釋原則為：

VR＜130m/s，基床土密實度低，基床狀態(tài)差；VR=130～160m/s，基床土密實度稍低，基床狀態(tài)稍差；VR=160～190m/s，基床土密實度較高，基床狀態(tài)一般；VR=190～250m/s，基床土密實度高，基床狀態(tài)好；VR＞250m/s，基床土密實度高，基床狀態(tài)良好。

B針對瑞雷波速速度斷面形態(tài)，主要判釋原則為：瑞雷波速有低速區(qū)域，分布較大，表明基床土軟弱，密實度低；瑞雷波速分布雜亂，高低速區(qū)域分布無規(guī)律。表明基床土密實度分布不均勻；存在低速區(qū)域延伸至基床深部的情況，表明局部基床土密實度低；瑞雷波呈近似層狀分布，表層局部的低速區(qū)域?qū)儆谡Ｇ闆r，一般不作為異常。

C根據(jù)道碴厚度曲線，判釋基床沉降有兩方面依據(jù)：

道碴厚度偏厚，高于實際量測值；道碴厚度曲線變化劇烈。

5 結(jié)論

瞬態(tài)瑞利波法、地質(zhì)雷達法、Evd動態(tài)平板載荷試驗法綜合運用野外數(shù)據(jù)采集準確完整，根據(jù)成果資料的分析，基床穩(wěn)定性差的段落推斷為病害基床，檢測判定結(jié)果與工務(wù)段提供的既有路基病害段落基本一致，資料的定性分析及定量解釋方法準確合理。為為準確的檢測出既有線路基基床的強度，為既有線路改造以及增建二線提供準確的物理力學指標。

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