專利名稱：地質(zhì)雷達(dá)量測(cè)復(fù)雜地基沉降變形的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種測(cè)試復(fù)雜地基沉降的一種方法，屬于交通運(yùn)輸工程中地基測(cè)試的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
公路工程中路堤荷載作用下地基變形是公路修建過程中關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)，尤其是在以下三種地基工況時(shí)，圖1為橫向不均勻地基，即沿著路堤橫向地基具有一定的坡度，在該處修建的公路會(huì)在軟弱地基的一側(cè)產(chǎn)生較大的變形(邊坡失穩(wěn)或者產(chǎn)生橫向裂縫)從而影響路堤的使用功能；圖2為縱向不均勻地基，即沿路線走向上土層特性較大(如地基土層變化加大路段、橋頭過渡段和不同地基處理路段)；第三種工況為在樁體式加強(qiáng)地基時(shí)，樁土地基差異不能確認(rèn)。在上面修筑路堤時(shí)，如果地基沉降不能得到合理控制，則易使路基路面產(chǎn)生裂縫或坡度有較大的突變從而產(chǎn)生跳車現(xiàn)象。
為此公路的修建過程中，需要加強(qiáng)施工過程路基沉降變形的觀測(cè)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)施工以減小公路的工后沉降，達(dá)到減小建成公路的病害。目前公路施工過程中進(jìn)行變形觀測(cè)主要采用沉降板進(jìn)行觀測(cè)，在一些橫向不對(duì)稱的地基中還有采用水平沉降管的量測(cè)路基橫向的沉降盆。
沉降板進(jìn)行沉降觀測(cè)時(shí)，需要在地基的頂部首先埋設(shè)沉降板，然后隨著填高增加重新接管，每次測(cè)量采用水準(zhǔn)儀量測(cè)沉降板的沉降。采用該方法測(cè)量地基的變形存在以下幾個(gè)問題1)每次觀測(cè)的工作量大；2)路基填筑過程中容易將沉降板破壞，從而導(dǎo)致沉降數(shù)據(jù)不連續(xù)；3)公路從路基層施工到路面層時(shí)，許多沉降板將不可避免遭受破壞，從而導(dǎo)致路面施工時(shí)沉降數(shù)據(jù)無法進(jìn)行繼續(xù)觀測(cè)；4)公路通車后運(yùn)營期沉降觀測(cè)時(shí)監(jiān)測(cè)人員存在較大的危險(xiǎn)；5)對(duì)于樁體處理的地基，如攪拌樁地基和碎石樁地基等，欲測(cè)量樁沉降和樁間土沉降時(shí)，由于目前沉降板底部尺寸較大，不能很好地描述處地基改種復(fù)雜地基的沉降變形特性。
而某些路段采用水平沉降管觀測(cè)路基橫向沉降盆時(shí)，存在以下問題1)需要預(yù)先埋設(shè)PVC沉降管，在路堤荷載作用下PVC管會(huì)發(fā)生變形，從而導(dǎo)致測(cè)斜儀不能很好地通過PVC管。實(shí)際的觀測(cè)中發(fā)生過測(cè)斜儀卡在PVC管中的現(xiàn)象。
2)在大面積量測(cè)地基的變形時(shí)，不坑大面積埋設(shè)PVC沉降管。
針對(duì)沉降板和水平測(cè)斜儀不能很好量測(cè)復(fù)雜地基的沉降變形這一特性，本發(fā)明通過研究提出采用地質(zhì)雷達(dá)來測(cè)試地基沉降變形。
地質(zhì)雷達(dá)是利用超高頻脈沖電磁波(106-109Hz)在地下介質(zhì)中傳播規(guī)律來研究介質(zhì)特征、地下結(jié)構(gòu)的一種地球物理方法。地質(zhì)雷達(dá)工作原理是發(fā)射天線以寬頻帶短脈沖方式向地下發(fā)射超高頻電磁波，當(dāng)電磁波遇到與周圍介質(zhì)介電常數(shù)有差異地層或目標(biāo)體時(shí)，部分能量反射回地面被接收天線所接收。電磁波在介質(zhì)中傳播路徑，電磁波強(qiáng)度與波形隨所通過介質(zhì)電性質(zhì)及其幾何形態(tài)變化而變化。通過時(shí)域波形處理與分析，可確定地下界面或地質(zhì)體空間位置及地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)，見圖3。
地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)地基中各種材料的介電常數(shù)對(duì)探測(cè)結(jié)果影響非常大，即某些材料的介電常數(shù)與周圍材料區(qū)別相當(dāng)大時(shí)，地質(zhì)雷達(dá)能夠精確地探測(cè)出該材料的具體位置，并且在地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)中所測(cè)材料的介電常數(shù)與周圍材料區(qū)別越大測(cè)量結(jié)果越準(zhǔn)確。目前路用地質(zhì)雷達(dá)可以分辯的精度為1-2mm。將地質(zhì)雷達(dá)引入到復(fù)雜地基的沉降觀測(cè)中能夠很好地避免沉降板觀測(cè)與水平沉降管觀測(cè)中存在的問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是提供一種地質(zhì)雷達(dá)量測(cè)復(fù)雜地基沉降變形的方法，該方法觀測(cè)簡(jiǎn)單易行，同時(shí)能夠減小一般沉降板觀測(cè)的工作量，并且能夠得到復(fù)雜地基沉降曲面圖，從而對(duì)地基的變形有更深入的認(rèn)識(shí)并且能夠更加有益于指導(dǎo)動(dòng)態(tài)施工。
技術(shù)方案本發(fā)明的地質(zhì)雷達(dá)量測(cè)復(fù)雜地基沉降變形的方法為；1)首先選取與被測(cè)路堤土和地基土介電常數(shù)差異較大的錫箔材料，將錫箔材料大面積地或者條帶狀鋪設(shè)在待測(cè)量的區(qū)域；其中橫向不對(duì)稱地基可以沿縱斷面鋪設(shè)20-40cm的錫箔材料，縱向不對(duì)稱地基可以在中央分隔帶附近鋪設(shè)20-40cm的錫箔材料；2)在錫箔材料鋪設(shè)區(qū)域內(nèi)設(shè)定或固定一點(diǎn)，該點(diǎn)的變形已知或者可以量測(cè)，當(dāng)觀測(cè)區(qū)域附近有結(jié)構(gòu)物時(shí)，將錫箔材料與結(jié)構(gòu)物連接，結(jié)構(gòu)物一般采用樁基進(jìn)行處理，認(rèn)為該處的沉降很小或者為零，為此結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試資料可以得到地基的沉降；當(dāng)觀測(cè)區(qū)域?yàn)橐痪€形區(qū)域時(shí)，可在該區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)錫箔材料的同時(shí)在局部路段布設(shè)1-2個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，并采用水準(zhǔn)儀測(cè)量該控制點(diǎn)的變形，而后結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)的測(cè)試資料即可整體分析復(fù)雜地基的沉降資料，為此在上述兩種情況下均可將復(fù)雜地基變形精確地測(cè)定出來。所述的錫箔材料的厚度為0.05mm～0.2mm，其介電常數(shù)是被測(cè)土體的104倍以上。
有益效果地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試地基變形具有測(cè)試方便靈活，可以適用于復(fù)雜地基沉降觀測(cè)，可以大大減小現(xiàn)場(chǎng)人工測(cè)試的強(qiáng)度和成本，因而在工程實(shí)踐中具有較大的應(yīng)用價(jià)值。主要優(yōu)點(diǎn)如下(1)地質(zhì)雷達(dá)可以測(cè)試復(fù)雜地基的變形，如各種不對(duì)稱地基以及復(fù)雜地基處理后的沉降，傳統(tǒng)的沉降板式沉降觀測(cè)和水平沉降管式沉降觀測(cè)很難精確測(cè)試出復(fù)雜地基的變形。
(2)傳統(tǒng)測(cè)試方式觀測(cè)到的沉降是沿里程號(hào)方向的逐點(diǎn)沉降，而地質(zhì)雷達(dá)可以測(cè)試鋪設(shè)區(qū)域內(nèi)整個(gè)面內(nèi)的沉降，因此采用地質(zhì)雷達(dá)測(cè)出數(shù)據(jù)更完整。
(3)傳統(tǒng)沉降板沉降觀測(cè)時(shí)，沉降板容易在施工過程中容易破壞，導(dǎo)致沉降數(shù)據(jù)的不連續(xù)，而地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試前在地基頂面預(yù)先鋪設(shè)錫箔紙，在測(cè)試中該材料不會(huì)破壞，從而導(dǎo)致沉降數(shù)據(jù)不完整。
(4)路面通車后公路車流量大，此時(shí)進(jìn)行傳統(tǒng)沉降板的方式沉降觀測(cè)測(cè)量人員實(shí)施觀測(cè)人員危險(xiǎn)較大，從而使觀測(cè)難度較大。
(5)采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行沉降觀測(cè)效率遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的測(cè)量方式，車載地質(zhì)雷達(dá)每小時(shí)可以測(cè)試110km路線長(zhǎng)度的地基變形。在公路通車后采用地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試可以避免沉降觀測(cè)人員的危險(xiǎn)。


圖1為橫向不對(duì)稱地基上的公路，圖2為縱向不對(duì)稱地基上的公路，圖3為地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試原理圖，以上的圖中有路堤1，硬質(zhì)地基2，軟質(zhì)地基3，地表沉降線4，發(fā)射端5，接收端6，地面7，基巖8，待測(cè)材料9，探測(cè)波10，逐點(diǎn)探測(cè)曲線11。
具體實(shí)施例1)首先選取與路堤土和地基土介電常數(shù)差異較大的錫箔材料，錫箔的厚度達(dá)到0.1mm即可，其介電常數(shù)是土體的104倍以上，此時(shí)采用地質(zhì)雷達(dá)可以將路基底面和地基頂面的所在位置精確地測(cè)定出來。
2)將錫箔紙大面積地或者條帶狀鋪設(shè)在待測(cè)量的區(qū)域。其中橫向不對(duì)稱地基可以沿縱斷面鋪設(shè)20-40cm寬的錫箔紙，縱向不對(duì)稱地基可以在中央分隔帶附近鋪設(shè)20-40cm寬的錫箔紙。
3)在錫箔紙鋪設(shè)區(qū)域內(nèi)設(shè)定或固定一點(diǎn)，該點(diǎn)的變形已知或者可以量測(cè)。當(dāng)觀測(cè)區(qū)域附近有結(jié)構(gòu)物時(shí)，可以將錫箔材料與結(jié)構(gòu)物粘結(jié)，結(jié)構(gòu)物一般采用樁基進(jìn)行處理，可以認(rèn)為該處的沉降很小或者為零，結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試資料可以得到地基的沉降；當(dāng)觀測(cè)區(qū)域?yàn)檠芈坊v線一定里程號(hào)的區(qū)域時(shí)，可以在該區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)錫箔紙的同時(shí)在局部路段布設(shè)1-2個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，采用水準(zhǔn)儀測(cè)量該控制點(diǎn)的變形，而后結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)的測(cè)試資料整體分析復(fù)雜地基的沉降資料。
4)大面積測(cè)試時(shí)，可以采用車載式地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行連續(xù)性大面積長(zhǎng)距離觀測(cè)。
某公路下伏軟土地基采用攪拌樁進(jìn)行處理，路堤填筑高度為5.0m。設(shè)計(jì)中需要量測(cè)路堤荷載作用下攪拌樁地基樁土差異變形情況，從而確定攪拌樁地基設(shè)計(jì)參數(shù)。為此預(yù)先進(jìn)行試驗(yàn)段試驗(yàn)，攪拌樁施工結(jié)束地表清平后在路中首先鋪設(shè)錫箔紙?？紤]試驗(yàn)路段附近無結(jié)構(gòu)物，為此在路中埋設(shè)了2個(gè)沉降板，采用水準(zhǔn)儀觀測(cè)路堤填筑過程中對(duì)應(yīng)沉降板的沉降。
每填筑一層路堤采用地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試地基沉降曲面，并采用水準(zhǔn)儀觀測(cè)兩個(gè)沉降板的沉降。在沉降板所在位置處，采用水準(zhǔn)儀觀測(cè)的沉降與地質(zhì)雷達(dá)測(cè)得的沉降一致，為此可以將地質(zhì)雷達(dá)的沉降曲面進(jìn)行整體偏移使其在沉降板點(diǎn)處沉降等于觀測(cè)沉降。完成該工作后，即得到某個(gè)填筑高度時(shí)地基各部位沉降變形值。依次類推得到了不同填筑高度時(shí)，地基的變形面。
通過該曲面的分析，發(fā)現(xiàn)在路堤柔性荷載作用下，攪拌樁地基存在較大的樁土差異變形，尤其在填筑高度大于4m后。為此在后續(xù)的設(shè)計(jì)中，路堤填筑高度小于4m時(shí)，攪拌樁設(shè)計(jì)可以嚴(yán)格按照復(fù)合地基理論進(jìn)行設(shè)計(jì)，而當(dāng)填筑高度大于4m后，由于樁土差異變形存在，此時(shí)攪拌樁強(qiáng)度不能完全發(fā)揮，攪拌樁地基設(shè)計(jì)時(shí)攪拌樁模量經(jīng)過一定系數(shù)折減后才進(jìn)行使用。
將地質(zhì)雷達(dá)作為一種測(cè)試技術(shù)引入到復(fù)雜地基沉降變形觀測(cè)中，該測(cè)試方法不僅解決傳統(tǒng)沉降板沉降觀測(cè)和水平沉降管測(cè)試技術(shù)觀測(cè)復(fù)雜地基變形存在的不足，而且減小了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的強(qiáng)度和加快測(cè)試速度。
采用錫箔紙這種便宜、鋪設(shè)方便的材料，它與土質(zhì)路堤的介電系數(shù)有很大差異，地質(zhì)雷達(dá)能夠?qū)⑦@種材料從地基土中分離出來。
地質(zhì)雷達(dá)測(cè)量出來的是復(fù)雜地基的錫箔紙展現(xiàn)的曲面，該曲面是以路基表面為基準(zhǔn)面，而工程中沉降一般為不發(fā)生沉降的基準(zhǔn)點(diǎn)。將錫箔紙與不發(fā)生沉降的結(jié)構(gòu)物相連或者在觀測(cè)區(qū)域內(nèi)埋設(shè)少量的沉降板并采用水準(zhǔn)儀觀測(cè)沉降板的沉降，便可進(jìn)一步整理得到復(fù)雜地基的沉降曲面。
權(quán)利要求
1.一種地質(zhì)雷達(dá)量測(cè)復(fù)雜地基沉降變形的方法，其特征在于該方法為1)首先選取與被測(cè)路堤土和地基土介電常數(shù)差異較大的錫箔材料，將錫箔材料大面積地或者條帶狀鋪設(shè)在待測(cè)量的區(qū)域；其中橫向不對(duì)稱地基可以沿縱斷面鋪設(shè)20-40cm的錫箔材料，縱向不對(duì)稱地基可以在中央分隔帶附近鋪設(shè)20-40cm的錫箔材料；2)在錫箔材料鋪設(shè)區(qū)域內(nèi)設(shè)定或固定一點(diǎn)，該點(diǎn)的變形已知或者可以量測(cè)，當(dāng)觀測(cè)區(qū)域附近有結(jié)構(gòu)物時(shí)，將錫箔材料與結(jié)構(gòu)物連接，結(jié)構(gòu)物一般采用樁基進(jìn)行處理，認(rèn)為該處的沉降很小或者為零，為此結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試資料可以得到地基的沉降；當(dāng)觀測(cè)區(qū)域?yàn)橐痪€形區(qū)域時(shí)，可在該區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)錫箔材料的同時(shí)在局部路段布設(shè)1-2個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，并采用水準(zhǔn)儀測(cè)量該控制點(diǎn)的變形，而后結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)的測(cè)試資料即可整體分析復(fù)雜地基的沉降資料，為此在上述兩種情況下均可將復(fù)雜地基變形精確地測(cè)定出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地質(zhì)雷達(dá)量測(cè)復(fù)雜地基沉降變形的方法，其特征在于所述的錫箔材料的厚度為0.05mm～0.2mm，其介電常數(shù)是被測(cè)土體的104倍以上。
全文摘要
地質(zhì)雷達(dá)量測(cè)復(fù)雜地基沉降變形的方法為1)首先選取與被測(cè)路堤土和地基土介電常數(shù)差異較大的錫箔材料，將錫箔材料大面積地或者條帶狀鋪設(shè)在待測(cè)量的區(qū)域；2)在錫箔材料鋪設(shè)區(qū)域內(nèi)設(shè)定或固定一點(diǎn)，該點(diǎn)的變形已知或者可以量測(cè)，當(dāng)觀測(cè)區(qū)域附近有結(jié)構(gòu)物時(shí)，將錫箔材料與結(jié)構(gòu)物連接，結(jié)構(gòu)物一般采用樁基進(jìn)行處理，認(rèn)為該處的沉降很小或者為零，為此結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)測(cè)試資料可以得到地基的沉降；當(dāng)觀測(cè)區(qū)域?yàn)橐痪€形區(qū)域時(shí)，可在該區(qū)域內(nèi)鋪設(shè)錫箔材料的同時(shí)在局部路段布設(shè)1－2個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，并采用水準(zhǔn)儀測(cè)量該控制點(diǎn)的變形，而后結(jié)合地質(zhì)雷達(dá)的測(cè)試資料即可整體分析復(fù)雜地基的沉降資料，為此在上述兩種情況下均可將復(fù)雜地基變形精確地測(cè)定出來。
文檔編號(hào)G01V3/12GK101086446SQ20071002516
公開日2007年12月12日 申請(qǐng)日期2007年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月13日
發(fā)明者鄧永鋒, 羊曄, 劉松玉, 洪振舜 申請(qǐng)人:東南大學(xué)