建筑工程质量多道瞬态面波勘察技术规程建筑工程质量无损检测仪器公路

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1、建筑工程质量多道瞬态面波勘察 技术规程建筑工程质量无损检测 仪器公路 建筑工程质量多道瞬态面波勘察 技术规程建筑工程质量无损检测 仪器公路 中华人民共和国行业标准 多道瞬态面波勘察技术规程 Technical specifications of multi-channel transient surface wave investigation 中华人民共和国行业标准 多道瞬态面波勘察技术规程 Technical specifications of multi-channel transient surface wave investigation JGJ/T143-2004 J370-200

2、4 2004 北京 中华人民共和国建设部公告第 260 号 中华人民共和国建设部公告第 260 号 建设部关于发布行业标准多道瞬态面波勘察技术规程的公告建设部关于发布行业标准多道瞬态面波勘察技术规程的公告 现批准多道瞬态面波勘察技术规程为行业标准，编号为 JGT/T143-2004,自 2004 年 12 月 1 日起实施。 本规程由建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。 中华人民共和国建设部 2004 年 8 月 18 日 前 言前 言 根据建设部建标200284 号文的要求，规程编制组在广泛调查研究，认真总结实践经验，参考有关国际先进标准，并在广泛征求意见的 基础上，制定了本

3、规程。 本规程的主要技术内容是：1 总则；2 术语和符号；3 基本规定；4 仪器设备与处理软件的要求；5 现场采集；6 数据资料处理；7 成果 报告编写。 本规程由建设部负责管理，由主编单位负责具体技术内容的解释。 本规程主编单位：北京市水电物探研究所（地址：北京市东城区东中街 58 号美惠大厦 A902 室；邮政编码：100027）。 本规程参编单位： 建设综合勘察研究设计院 福建省建筑设计研究院 中航勘察设计研究院 中交第一公路勘察设计研究院 北京市地震局震害防御与工程地震研究所 本规程主要起草人员：刘云祯 梅汝吾 任书考 李哲生 刘金光 刘运平 胡 平 目 次目 次 1 总则 2 术语和

4、符号 2.1 术语 2.2 符号 3 基本规定 4 仪器设备与处理软件的要求 4.1 仪器设备 4.2 处理软件 5 现场采集 5.1 现场试验 5.2 测线、测点布设 5.3 正式采集 5.4 采集记录质量评价 6 数据资料处理 6.1 资料处理的主要内容 6.2 数据资料处理 6.3 面波资料的分析论证 7 成果报告编写 7.1 一般规定 7.2 成果报告的基本要求 本规程用词说明 条文说明 1 总 则 1.0.1 为了规范多道瞬态面波勘察方法，保证勘察成果的精度和可靠性，提高工程投资效益、环境效益和社会效益，制定本规程。 1.0.1 面波勘察方法是近年来发展很快的一种物探方法，大致可分为

5、稳态方法和瞬态方法两大类。 这句话含有三层内容：1 为什么需要面波勘察方法？2 什么是稳态面波方法？3 什么是瞬态面波方法？ 1 为什么需要面波勘察方法？ 这是由于面波勘察成果具有地层高分辨的特点，同时获得地层物性的参数。面波勘察方法与以前的弹性波勘察方法相比较：例如与折射 波方法、反射波方法。 折射波方法的适用条件要求下伏地层的速度一定要高于其上层地层的速度，而且探查地层要有一定厚度，否则因层厚较小，造成时间距 离曲线上折射波段难于识别。折射波方法测线的长度是探察地层深度的 35 倍以上。 反射波方法用于浅地层探查，由于近震源处直达波、折射波、和面波的干扰，使得在地表以下约 20 米范围内的

6、反射波无法识别，造成反 射波方法用于岩土勘察的困难。反射波方法对地层的分辨能力依赖采集的反射波频率，例如：地层纵波速度为 7001500 米/秒，可采集到反 射波频率为 60100 赫兹，则其波长为 1020 米，以四分之一波长或八分之一波长的可分辨计算，其可分辨地层也需要几米的的厚度。对地层 的分辨能力也是制约反射波方法应用的问题。 瑞雷面波方法用于岩土勘察，与以往的弹性波勘察方法差别在于，它应用的不时纵波和横波，而是以前视为干扰的面波。其原理是，面 波具有频散的特性，其传播的相速度随频率的改变而改变。这种频散特性可以反映地下岩土介质的特性。瑞雷面波的特点： 瑞雷面波易于激发 瑞雷面波速度最

7、低 瑞雷面波在岩土介质泊松比在 0.40.5 范围内，面波速度与横波速度关系基本接近 瑞雷面波对地层的分辨能力，决定于频率，频率高则分辨能力强。 瑞雷面波技术的开发过程瑞雷面波在以上几个方面的特点，一直引起国内外的重视和不断的研究。二十世纪 60 年代初，美国密西西比陆 军工程队水路试验所研究这种方法，由于当时的条件而未能成功。到二十世纪 80 年代，日本 VIC 株式会社推出 GR-810 后，瑞雷面波技术有 了一定进展，日本的研究是稳态瑞雷面波方法。由于该方法需要一套稳态的激震设备，因此价格昂贵，设备笨重，使该方法的应用受到一定 的限制。 此后的一些研究集中在震源激发方面，即采用大锤激震产

8、生震动，这方面的研究开辟了激发震源的思路，而探查的深度据搜集到的资料， 往往深度较小，难于满足岩土勘察工作的需要。 瑞雷面波技术成果，在地层分辨率方面的突出表现，激发进一步研究的动力。同时其成果的缺陷引发研究人员对客观事物复杂性的认识。 以上几个方面对瑞雷面波的研究，由稳态到瞬态，采用两点接收，从未见到瑞雷面波在地层介质中传播在地面所接收到的面貌，即应用中瑞 雷面波在时间空间域中的形态特点。研究处于一种理性化状态。二十世纪 90 年代中期，北京市水电物探研究所刘云祯提出多道瞬态面波勘 察与检测系统，使瑞雷面波技术的研究开创新局面，使该技术应用于岩土勘察与检测走出一条新路。 刘云祯提出的多道瞬态

9、面波方法，在震源方面：提出采用不同材质和轻重的锤子，采用落重法和炸药激振的方法；在接收方面：提出采 用地震勘探中采用的多道排列的方法，例如：道、道或更多道组成的排列。由此，瑞雷面波在瞬态激振条件下的传播特征进入可视 状态，为研究瑞雷面波的传播特征、面波频散的提取计算方法研究、认识瑞雷面波在传播过程中具有多组份波传播特征、以及应用瑞雷面波 中的干扰等问题开创了新局面，为瞬态瑞雷面波技术的推广应用奠定基础。 瑞雷面波的传播示意图： 时间空间域中可视的瑞雷面波纪录面貌： 上图为 72 道的面波采集记录： 震源在左上角，同一震源下的直达波、折射波、反射波、声波和面波遵循各自的传播规律，分布在不同的位置

10、。 面波传播的特征：近震源处发育、震幅大、传播速度低。 上图为多道细化采集的面波记录：以近震源、小道距、长采样、宽频率激发、低频率接收。 简单面波型：在地表具有一定厚度硬层条件下采集。 多轴面波型：在地表较软或较松软，而其下存在速度骤增的地层时出现。 高基阶面波发育型：1 为纵波的直达波和折射波；2 为高阶面波；3 为基阶面波。直达波、高阶面波和基阶面波源于同一震源，3 个波轴 同呈直线型且反向延伸归于震源点。 高基阶面波发育型：图中 1 为纵波；2、3、4 为面波：其中 2 为线性高阶面波，直接来源于震源；3 为非线性高阶波，来源于界面反射 ； 4 为基阶面波。 干扰面波的类型：上图中 1

11、为纵波；2 为基阶面波；3 为由界面反射回来的面波。由时距曲线图上波的旅行关系可以看出反射界面在震 源的后方；由箭头所指处的非线性可以推断反射界面与测线不垂直，有一定夹角。 干扰面波的类型：1 为基阶面波；2 为由震源后方界面反射回的面波；3 为由震源前方（排列的大号端）的界面反射回的面波。 干扰面波的类型：该纪录在软土地质条件下，排列下有空洞隐患的采集。 干扰面波的类型：该纪录在排列下有地裂缝隐患的条件下采集。 以上例举出多道排列条件下采集的面波纪录类型，在时间空间域中的面波传播表现变为可视，对于面波的传播研究和应用研究具有重大 意义！ 稳态面波勘察技术由于设备沉重、勘探深度不大，虽然经过十

12、余年的实践，但进展不快。而以北京市水电物探研究所生产的 SWS 系列为 代表的多道瞬态面波仪，却以其轻便、高效、勘探深度大、重复性好、可靠性高等优势受到业界的普遍好评，呈现出了良好的发展态势。为 提高工程投资效益和社会效益做出了贡献。但是，由于各仪器厂家以及使用单位，对仪器的性能指标的要求以及对方法技术本身的理解、掌 握程度不一致，也出现了不注重应用条件，没有科学严谨、统一的数据处理以及解释方法，给物探方法本身带来负面影响的情况。因此，制 定本规程是适时和必要的。 1.0.2 本规程适用于各行业利用多道瞬态面波方法进行的各类岩土工程勘察、检测。可应用于探查覆盖层厚度、划分松散地层沉积层序；探

13、查基岩埋深和基岩界面起伏形态，划分基岩的风化带；探测构造破碎带；探测地下隐埋物体、古墓遗址、洞穴和采空区；探测非金属地下管 道；探测滑坡体的滑动带和滑动面起伏形态；地基动力特性测试；地基加固效果检验等。 本条强调规程的范围：适用于各行业利用多道瞬态面波方法进行的各类岩土工程勘察、检测。 1 探查覆盖层厚度、划分松散地层沉积层序； 上图为：某建筑场地勘察成果图 由面波频散曲线成果图划分 8 个地层： 第一层：厚度 2.69 米，横波速度 86 米/秒，岩性为亚粘土； 第二层：厚度 2.26 米，横波速度 127 米/秒，岩性为亚沙土； 第三层：厚度 3.66 米，横波速度 181 米/秒，岩性为

14、粘土；（软） 第四层：厚度 5.45 米，横波速度 217 米/秒，岩性为粘土；（硬） 第五层：厚度 4.87 米，横波速度 252 米/秒，岩性为粘土；（半坚硬） 第陆层：厚度 8.18 米，横波速度 324 米/秒，岩性为细沙； 第七层：厚度 7.38 米，横波速度 348 米/秒，岩性为含砾中细沙； 第八层：厚度 18.59 米，横波速度 388 米/秒，岩性为砾沙； 成果图中面波频散曲线具有以下特征： 1 面波频散曲线拐点明确； 2 面波频散曲线的层斜率就有明显差异； 3 面波频散曲线上频散点的疏密变化明显。 场地土类别的判断： 15 米以上地层的平均横波速度为： (2.69*86+2

15、.26*127+3.66*181+5.45*217+0.94*252)/15=173(米/秒) 根据岩土工程勘察规范，该波速 Vs=173 米/秒大于 140 米/秒，小于 250 米/秒，场地土类别应定为中软场地土。 上图采集地点为：甘肃兰州北九州开发区，采集地点照片见右上图。 采集记录的场地条件：原先为冲沟，是照片右上角“箭头处”所指冲沟的下段，经挖坡上黄土回填整平。 左上彩色图为 15 个测点的面波频散曲线，经过 SWS 多道瞬态面波处理软件处理，绘制的等速度物性彩色剖面。左下图为物性彩色剖面图 的地质解释成果图。解释成果与原冲沟地貌完全一致。回填黄土的密实度有差异，下部密实些，上部密实

16、性稍差，在地质解释图上也可以分 辨出来。 2 基岩埋深和基岩界面起伏形态的探查 上图为大连七台合热电厂勘察成果图。图中的照片为地基开挖形成的剖面，箭头处为老回填土与强风化基岩的界限。上图中的彩色图为 面波物性彩色剖面图，图中黄色与绿色界限的形态与照片箭头所指处的基岩界面起伏形态完全相似，彩色图解释的基岩埋深与现场实地测量 基本吻合。 3 划分基岩的风化带；探测构造破碎带； 上图资料的采集地点为：云南思茅-小勐养线高速公路隧道勘察，隧道岩性为花岗岩。 仪器采集参数为：采样点数：1024；采样间隔：0.5ms; 测 线 布 置 为：测线沿隧道轴线布置，在隧道的进口与出口段面波测点间距是 12 米；在隧道的洞深段面波测点间距是 24 米； 激发震源方式为：炸药激震方式，控制勘察深度 80 米。 彩色等速度剖面解释：视速度小于 500 米/秒解释