（北京中铁瑞威工程检测有限责任公司，北京，730000）
【摘 要】高铁路桥过渡段病害规模往往都比较小，高铁路桥过渡段病害检测一直是一个难题，通常采用钻芯法，但它费时、费力并可能对高铁结构造成破坏，影响行车安全。因此，急需一种快速、全面、准确的高铁路桥过渡段病害检测的方法。本文结合某高铁路桥过渡段病害检测案例来介绍小/微道间距瞬态面波法在高铁路桥过渡段检测的可行性。
【关键词】高铁路桥过渡段；小/微道间距；瞬态面波；检测
1．前言
多道瞬态面波法是对一个共炮点排列进行数据处理，获得一定深度范围内的面波频散特性，通过对频散曲线的反演解释，得到不同深度地层的横波速度VR值。利用其频散特性及横波速度VR值了解地下地质构造的有关性质并计算相应地层的动力学特征参数，达到岩土工程勘察之目的。近年来，瞬态面波法已广泛用于岩土工程勘察和工程质量检测中，其频散曲线的反演解释主要利用基阶模态面波。由于高铁路桥过渡段的表面都有高速的混凝土封闭层，高阶模态面波占优势，在这种情况下需利用多阶模态组合频散曲线进行解释可获得更好效果。本文作者结合高铁路桥过渡段结构图直接利用面波频散曲线特征点进行解析，获得一定效果。
2．瞬态面波法原理
在均匀介质中完全弹性半空间条件下面波的波动方程，表达形式如下：
其解是用复变函数表示的，面波方程中没有周期和频率等参数，在均匀介质中的面波速度vR= 0.95vS，说明面波速度比横波慢。以上，面波传播速度vR是相速度，与频率、周期、相位等因素无关。在实际介质中，地层总是不均匀的，在这种条件下瑞利面波的传播速度与波的周期、频率等其它因素有关。这就是面波勘探的实质—面波的频散。
依据面波的频散特性，通过测定不同频率的面波速度vR，即可了解地下地质构造的有关性质并计算相应地层的动力学特征参数，达到岩土工程勘察的目的。
3．数据采集与处理
高铁路桥过渡段检测由于要求精度高，故高铁路桥过渡段检测采用小/微道间距瞬态面波法的数据采集方式。针对高铁路桥过渡段特点，为提高瞬态面波法分辨率将通常采用的4.5Hz检波器改用60Hz检波器。
现场数据采集时，在地面沿波的传播方向，以一定的道间距Δx设置n+1个检波器，就可以检测到nΔx长度范围内的传播过程。 正式采集之前首先进行干扰波调查及偏移距试验。高铁路桥过渡段检测的参数：0.6米偏移距，0.2米道间距，1米测点距；检测方法采用单端激振法，采样率0.1ms，采样点数为1024样点。为保证检波器与混凝土地面接触良好，去掉检波器尾锥，另接铁板块，采用粘泥粘接使检波器与混凝土地面耦合，克服水泥面安装检波器的困难，并用一条带子将12道检波器和敲击板连接在一起，形成整体移动。震源采用小锤、轻敲。
在面波数据资料处理方面，高铁路桥过渡段表层为高速层，地层中并有软弱层，在频率波数域出现很强的高阶模态干扰，形成复杂频散曲线。需要利用基阶和高阶组合频散曲线进行解释。
4．高铁路桥过渡段病害探查实例
4.1高铁过渡段型地层
某路桥过渡段断面如图1。紧挨桥台的便是过渡段，其形态为倒梯形，构成材料是级配碎石掺5%水泥。与其相邻的是路基本体，路基本体采用桩基础加固，桩顶设有筏板。高铁路桥过渡段探查主要内容有两个：一是路桥过渡段由于施工质量原因过渡段尺寸小或强度低；二是路基筏板下由于雨水冲刷作用常形成脱空病害。
图1 路桥过渡段断面结构图
瞬态面波法检测高铁过渡段型地层地球物理前提：在有面波频散的介质，面波传播速度VR将由介质的刚度决定：地层刚度大，瑞雷面波波速高；反之则低。路桥过渡段由于掺有5%水泥，过渡段的面波速度高于路基段速度。当地层中有脱空或土洞时，瑞雷面波波速降低，频散曲线出现负频散或出现频点散乱，因此利用所测得的瑞雷面波频散曲线和波速值便可探测路基病害情况。
4.2检测结果分析
1）高铁过渡段地层
高铁过渡段表层都有混凝土盖层，为高速地层，其横波速度是下层的2～3倍，过渡段底部为低速层。高铁过渡段型地层结构如表1。
表1 高铁过渡段地层表
2）高铁过渡段地层的面波记录
高铁过渡段地层的面波记录见图2（a），属多同相轴记录。表层为高速地层，在F-K域谱图中呈一轴为主，它轴为辅的形态，见图2（b），面波能量团出现跳跃式的分布特征，高价模影响明显。在速度-深度域中表层介质为高速，其下存在相对低速地层，见图2（c）。与实际地层断面有较好对应。
图2 高铁过渡段面波记录及处理成果图
3）实测高铁过渡段地层频散曲线
图3 为某路桥过渡段小/微道间距瞬态面波检测成果图。图中测点1-测点4的频散曲线形态属于同一种类型：表层0-1m为高速层，横波波速在1000m/s左右；中部1-2.5m横波波速在800 m/s左右；下部2.5-5m横波波速在500 m/s左右，横波波速呈现依次倒转现象。频散曲线形态方面：顶部1m左右出现回转；中部出现多次重复、曲线回折、振荡；深部面波信号振荡等现象。这部分测点与过渡段形态相对应。测点5-测点9的曲线形态属于另一种频散曲线类型：曲线相对平缓，皆分别在深度1m、2m出现两个折点，经与断面图对比，与路基段相对应。其中测点7、测点9深度2-2.7m位置有低速层，推断为筏板下疑似脱空。解释结果见图4。该结果与探地雷达探测结果相一致。
5．结束语
通过小/微道间距瞬态面波对高铁路桥过渡段检测应用实例，得到如下认识：
1）小/微道间距瞬态面波对于高铁路桥过渡段检测，在合适激发、接收条件下小/微道间距瞬态面波可在一定深度范围内识别异常目标，如过渡段的形态、强度、筏板下疑似脱空等。
2）在高铁过渡段检测中现场采集高分辨率数据难度较大，为降低多道面波频散曲线的不确定性，在数据处理上尝试采用高、基阶模态联合提取频散曲线，一定程度上提高了分辨率。现场应用表明，利用该方法检测高铁路桥过渡段病害具有一定效果。
参考文献：
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论文作者:王彦佳,何振起
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿
论文发表时间:2015/10/15
标签：铁路桥论文; 散曲论文; 地层论文; 波速论文; 检波器论文; 病害论文; 间距论文; 《工程建设标准化》2015年6月总第199期供稿论文;