地质雷达在某铁路路基挡墙质量评估中的应用

1、文章编号:100926825(20080420298202地质雷达在某铁路路基挡墙质量评估中的应用收稿日期:2007210213作者简介:范志权(19732,男,工程师,广铁集团公司广州新客站工程建设指挥部,广东广州510600范志权摘要:介绍了地质雷达检测路基挡土墙墙体几何尺寸的基本原理和方法,通过地质雷达在京九铁路路基挡墙质量评估中的应用,总结了一套针对路基挡土墙检测与评估的方法和量化标准,为质量评估提供了完整、可靠的依据。关键词:地质雷达,质量评估,挡土墙,铁路中图分类号:U417.11文献标识码:A路基是铁路线路的主体工程,路基挡土墙工程所占比重较大,其对线路质量和行车安全影响也越来越

2、重要。挡土墙因砌筑质量问题和外界条件等因素的变化而引发路基病害,造成严重威胁运营安全的例子很多,以往工务检修使用钻孔取样、挖探破肚等有损检查方法,其具有速度慢、操作复杂和代表性不强,不能全面反映挡墙的真实情况和难以给出客观、合理评估等缺点,所以人们一直在探寻一种高效、无损的,能够对挡土墙质量进行全面快速的检测方法,使路基挡墙工程的隐患和病害能够及时得到治理。地质雷达这一新的检测手段正是解决这一难题的有效方法。通过对京九线(粤境段挡土墙检测的应用,并在工程实践基础上进行了详细、系统分析和经验总结,现已形成一套针对路基挡土墙质量检测与评估的办法和量化标准,势必将会受到各工程建设和监管单位的普遍关注

3、。1地质雷达检测路基挡土墙的原理和方法1.1地质雷达检测挡土墙的原理地质雷达(GPR 是利用超高频电磁波探测地下介质分布的一种地球物理勘探仪器,通过发射天线、接收天线以及仪器和计算机共同工作,由发射天线(T 向墙面上某一测点发射一定主频的电磁脉冲波,电磁脉冲波在各种介质(墙体圬工、墙后反滤层及墙后岩土中传播,遇到不同介质的物性(,r 分界面(电阻率、介电常数的差异分界面时,发生波的反射和透射,反射波由天线(R 接收,通过计算机和仪器控制,接收经电缆传输反射回波的信息,并在计算机中存储每个测点上波形序列的振幅及波的旅行时间(t ,据电磁波在介质中的传播速度(V 及波的旅行时间,用D =V t /

4、2求出反射面的深度,即可确定测点处的墙体厚度及墙体异常情况。沿墙面布置的测线(竖向等间隔匀速移动天线,可获得测线上无数测点相应的波形序列,也就形成一条完整测线的雷达剖面记录,通过对雷达剖面记录的分析与计算,可得到挡300次抗冻融循环能力设计,耐久性因数应不小于0.6,而在撒盐的道路上,耐久性因数应不小于0.8,这是抗盐冻路面混凝土的必要条件;2路面施工时,应选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,在水泥厂粉磨用的混合材料不能选用石灰石粉,因为石灰石粉会大大降低混凝土的抗冻性和抗盐剥蚀性;3由于在混凝土中引入空气气泡会使混凝土抗压强度下降,但引入合适级配及其合适尺寸的微小气泡,可使混凝土的抗折强度提高,

5、这对于道路混凝土是十分有利的,此时应根据这一特性去设计路用引气混凝土,以使强度降低达到最小值,选用高质量引气剂可以使气泡平均孔径和气泡间距较小,且气泡稳定性好,这样抗冻性能及抗盐冻性能都有相对的提高;4混凝土配合比设计时,应尽量采取防止Cl -渗透或减慢Cl -渗透的措施,这样可以采用高效减水剂降低水灰比,增加混凝土的密实度,同时也可以在混凝土中掺入硅粉、磨细粉煤灰或磨细矿渣等活性掺合料,混凝土的等级宜高于C35,且抗冻融循环能力按300次以上考虑。3结语北方冰冻地区的路桥工程,一定要以混凝土的抗盐冻性能作为控制指标,另外,混凝土只有在饱水时才会因受冻破坏,因此只要把混凝土内的饱水度控制在很低

6、的水平上,混凝土的盐冻剥蚀破坏就可以大为降低。因此,从结构设计上,应快速把路面的融化水迅速排出,合理的排水沟或埋排水管等,将对延长混凝土结构的使用寿命极为有利。参考文献:1魏和,慕儒.氯盐溶液与快速冻融共同作用混凝土的性能J .建筑技术,2003(10:18220.2李金玉,王建国,徐文雨,等.关于混凝土冻融破坏机理的研究J .水利学报,2004(1:21222.3姜双伦,姬立德,吴强.混凝土的冻融破坏与外加剂J .混凝土,2007(2:829.4张国强,覃维祖.混凝土抗盐冻剥蚀试验方法的研究J .公路交通科技,2005(2:41242.5张新平.水泥混凝土路面破坏原因及防治措施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墙的厚度及墙体几何尺寸。1.2地质雷达检测挡土墙的方法路基挡土墙分为路堑挡墙和路堤挡墙,其结构分为砌体、反滤层、回填物、岩土体四层,一般厚度为0.6m 3.0m 。检测采用美国地球物理公司生产的SIR 22型彩显地质雷达,配置100MH z ,200MHz 和500MHz 收发单置屏蔽天线。根据挡墙高度、厚度和类型的差异,选择不同频率天线检测,以提高探测深度和精度。工程正式检测前,在现场选定合适地段(砂浆胶结好的

10、墙体、砂浆胶结不良的墙体进行标准检测,测定各种情况墙体、墙后反滤层及岩土、空隙的标准电阻率和介电常数。据实测及验证资料分析,浆砌片石墙体的相对介电常数值r =48,岩土的相对介电常数值r =916,空隙(空气的相对介电常数值r =1,水的相对介电常数r =81,几者物性差异较大,可以满足地质雷达探测挡墙尺寸的地球物理基本前提条件。外业测线布置一般采用横断面(竖向形式,原则上测线沿挡墙纵向间距6m 10m ,将天线、电缆联结好,并使天线在相应测线位置紧贴挡墙墙面,一切准备就绪后,操作仪器,沿测线匀速移动天线即可连续密集搜索检测,并获得完整测线的雷达剖面记录。1.3速度提取及挡墙厚度的计算电磁波在

11、挡墙内的传播速度取决于墙体的相对介电常数r 。标准的r 的确定由已知墙体的厚度D 反演求得,电磁波在墙体内的平均传播速度V =0.13m/ns ;对于砂浆不饱和墙体的电磁波传播速度则在0.13m/ns 0.24m/ns 之间。墙体厚度计算步骤:首先依据雷达图像特征确定目标体(墙体与非目标体(岩土体及回填层的分界面,并将拟读取的目标体的介电常数r输入计算机,然后依次读取反射界面上各点的反射波双程走时t i (i =1,2,3,最后依据公式D i =v t i /2(i =1,2,3,求得该反射界面上各点的深度,该深度即为墙体上各点对应的厚度。1.4评估前要对雷达图像进行识别1掌握地质雷达反射波组

12、的特点。2掌握地质条件、挡墙结构和岩土工程等资料,识别干扰波。3利用测线剖面的直观性和范围大的特点,重点研究强振幅、能长距离连续追踪波形稳定的特征波,以识别剖面的主要特点。4识别挡墙可视目标体和非目标体的反射,并进行地质解释。2路基挡土墙检测京九线粤境段300多km 范围内,共检测挡墙(墙高大于6m 计259处,累计长度30.336km ,地质雷达剖面2294条,其中路肩挡墙40处、路堤挡墙3处、路堑挡墙216处。挡墙主要为重力式路堑墙、重力式路肩墙、衡重式路肩墙和重力式路堤墙,墙身大部分为M7.5号浆砌片石砌筑,少量为片石混凝土灌注。挡墙墙体截面厚度(含砂浆不饱和层与设计相符或接近的计152

13、处,占检测挡墙总数的58.8%;有107处墙体厚度较设计值偏薄,占总数的41.3%,尤其以K2010+907等24处工点相差较大。墙体砌筑质量较好,砂浆饱满的有156处,其中厚度尺寸较设计值偏小的计85处;存在砂浆不饱满层及空隙的有95处,有空洞的计8处。砂浆不饱满层及空隙或空洞主要存在于墙体后半部范围。从被检测的挡墙分析,砌材强度、砂浆饱满度、墙体坡度、墙体厚度以及反滤层等未按设计施工的,都将直接影响挡墙的强度和稳定性。3挡土墙质量的综合评估综合评估按三挡四级评估:基本稳定(A 级:施工质量良好,或外观、内在质量局部存在欠缺,但对挡墙整体稳定性无大的影响,不需进行工程处理的;欠稳定(B 级:

14、挡墙稳定性不足,墙体外观或内在质量存在明显缺陷,挡墙处于欠稳定状态,需建立观测监视其变化动态,部分工点需进行适当工程处理;不稳定(C 级,D 级:外观和内在质量均较差,截面尺寸和整体稳定性严重不足,目前已出现明显位移、外倾、鼓胀或裂损等现象,已直接危及线路安全,需及时分期,逐步整治。检测与评估的工点中,其中A 级153处,占59.1%,B 级77处,占29.7%,C 级11处,占4.6%,D 级18处,占6.6%。本着工程处理轻重缓急的原则,就检测挡墙的工点,需及时整治(D 级的有18处,可分期、逐步整治(C 级的有11处,需局部修补、边坡处理或加强排水(B 级的有34处,并提出了初步加固处理

15、意见。其他A 级和部分B 级工点不需处理,B 级工点均应加强观测,监视变化动态。4结语地质雷达检测与综合评估这一新的科技手段应用于路基挡土墙质量检测与评判,能快速准确地查清挡墙的缺陷和隐患,以及墙后反滤层、墙背回填、岩土性质和充水等相关情况。在此基础上对挡墙的稳定性和安全度进行综合评估是切实可行、卓有成效的科学方法。地质雷达检测挡墙的几何尺寸(含缺陷具有图像清晰、直观等特点,而且精度高,其误差率一般在2%7%之间,可满足检测精度要求。鉴于这一方法刚开始在路基挡土墙上应用,虽然取得了良好的效果,但仍存在诸多不足,有待在今后工程实践中不断充实、完善,使检测与综合评估更趋于合理。参考文献:1李大心.

16、地质雷达方法与应用M .北京:地质出版社,1994.2刘康和.地质雷达在水利工程质量检测中的应用J .长江职工大学学报,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 .

17、G eophysical prospecting ,1987(3:37239.5Daniels D J ,et al.Introduction to subsurface radarJ .IEE Pro 2ceeding ,1988,135(4:67268.The application of geologic radar in earth retaining w all s quality evaluation of one rail w ay bedFAN Zhi 2qu anAbstract :The basic principle and method utilizing geologic radar in detection the geometric size of earth retaining wall of railway bed are intro 2duced.Through the application of this technique in quality evaluation of earth retaining wal