CN110485396A - 下水井周边路基密实度检测及补强方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种下水井周边路基密实度检测及补强方法，以下水井中心为圆心，在下水井***环状布设均匀分布且成对的地震波激励点和传感器接收点并记录其方位角坐标；在震源点激发地震波，利用地震传感器与路面耦合接收地震波；绕井一周完成地震波采集波列，将采集波列按方位角展开呈示，对不同方位角的采集信号进行各自震动响应频谱分析，依据响应频谱幅度异常且低频响应幅度较大的信号特征判断该方位角上路基存在松散或脱空隐患，对该部位进行待补强标记。该方法能够快速的检测出下水井周边路基是否密实，进而在下水井周边路面下沉、开裂之前进行隐患检测，并根据隐患检测结果进行针对性的补强修复，保障下水井处相关结构的健康状态。

Description

下水井周边路基密实度检测及补强方法

技术领域

本发明属于公路维护技术领域，尤其涉及一种下水井周边路基密实度检测及补强方法。

背景技术

作为一种必要的排水设施，公路上广泛存在下水井。驾车行进在公路上，不论城市大小，井旁存在沉降、塌陷的现象非常普遍，不仅影响道路美观，行车平顺，还存在一定的安全隐患；治理时开挖回填还要封路作业，施工也极不方便；即使完成了修补，由于施工面积极小，在井旁还是会留下“疤痕”，影响道路美观。

下水井自上而下由井盖、支座、井墙和排水管组成，该结构物对周围公路结构介质来说是异型结构，尽管下水井材料构件和工艺目前有了较大提升，但下水井周边的公路路面和路基结构与之相比存在明显的力学性能差异，路面运行一段时间后，还是普遍存在局部下沉、开裂等伤损现象，尤其是局部不均匀下沉严重时会导致下水井机构破坏。下水井周边路面下沉、开裂影响道路美观，对行车平顺安全带来较大影响，是城市路面的一大污点。后期即便可以采用各种修补方法，但都很难标本兼治。最好的办法是能提前检测井旁结构隐患，有针对性地提前治理。

近地表隐蔽目标探测主要采用地球物理勘探类技术方法，对于上述隐患，可以选择的技术方法包括电法、地震勘探、地质雷达等等，但井盖、支座或井墙可能含有金属构件，电法和地质雷达存在技术障碍，地震勘探方法通常采用直线测线，在圆形井盖周围不好实施，也缺乏有效的信息对比解释手段。

因此，亟待开发一种能够在下水井周边路面下沉、开裂之前进行隐患检测，并根据隐患检测结果进行针对性的补强修复，保障路面、下水井等相关结构的长期健康运行的方法。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一在于提供一种下水井周边路基密实度检测及补强方法。该方法能够快速的检测出下水井周边路基是否密实，进而在下水井周边路面下沉、开裂之前进行隐患检测，并根据隐患检测结果进行针对性的补强修复，保障路面、下水井等相关结构的长期健康状态。

为解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案：

下水井周边路基密实度检测及补强方法，包括如下步骤：

步骤一：以下水井中心为圆心，在下水井周边路基上环状布设成对的地震波激励点和传感器接收点并记录其方位角坐标；

步骤二：依次用激励震源在地震波激励点上敲击路面激发地震波，利用地震仪同步地用地震传感器与传感器接收点耦合接收地震波；

步骤三：绕井一周完成地震波采集波列，将采集波列按方位角展开呈示，对不同方位角的采集信号进行各自震动响应信号频谱分析，基于相同地球物理背景下地震波激发响应信号相近的原则，若频谱分析显示某方位角上对应的信号特征响应频谱幅度异常且低频响应幅度较大，则可以判断该方位角上路基存在松散或脱空隐患，在该方位角上成对激励点和接收点之间的路面上做待补强标记；

步骤四：对上述待补强标记位置处路基进行补强。

进一步的，成对的地震波激励点和传感器接收点在下水井周边均匀分布且位于同一个半径的检测环上。

进一步的，所述检测环在所述下水井外间隔设置多个，每个检测环上均设有所述地震波激励点和传感器接收点。

通过在井体外设置多个检测环，与仅仅设置单个检测环相比，可以对井体周边一定范围内的路基密实度进行测量，而且通过对环与环之间间距的控制，可以对缺陷的中心位置进行更加精确的确认。

进一步的，成对的地震波激励点和传感器接收点在下水井周边均匀分布且分别位于半径不同的一对检测环上，每对激励点和接收点与井中心在同一直线上。

进一步的，所述检测环在所述下水井外间隔设置多对，每对检测环上均设有所述地震波激励点和传感器接收点。

通过在井体外设置多对检测环，每对检测环上其中一检测环上设有地震波激励点，另一检测环上设置传感器接收点，与仅仅设置一对检测环相比，不仅可以对井体周边一定范围内的路基密实度进行测量，而且可以对缺陷的中心位置进行更加精确的确认。

上述技术方案中，步骤四的具体过程为：在标示有补强标记的位置上进行小直径钻孔，深达路基基层，在钻孔中***注浆管，采用控制压强注浆方式由深到浅，在钻孔中注入加固材料，将存在松散或脱空隐患的路基进行补强处理。

进一步的，震源激发前在路面上的激发点垫硬质垫板，地震传感器与路面通过机械耦合或空气耦合感应振动信号。

进一步的，利用车载方式承载震源和地震传感器。

进一步的，对不同方位角的采集信号进行各自震动响应频谱分析，采用傅立叶变换分析方法、概率谱分析方法或熵谱分析方法计算振幅谱。

进一步的，同一口下水井的震动响应信号作为历史信息资料保存，每间隔一段时间，对该井进行重复检测，每次检测结果按方位角进行单次对比分析，两次检测资料，或历史检测资料可进行不同时期结果参照对比，用来发现井旁路基结构的发展变化，从而分析井旁路基结构的伤损特征和演变规律。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：

本发明基于同一结构类型的下水井，每对地震波激励和接收位置相对井中心的位置相同，则地震波响应信号的频谱特征应该一致，这个一致的背景可以作为参照，用来对比分析识别井旁路基结构有隐患异常的现象。

本发明利用地震波在密实和松散介质结构中传播扩散时不同的振动响应特征来分辨隐患异常的存在部位，采用相同地球物理背景下地震波激发响应信号相近的思想，地震波激励点和传感器接收点在下水井旁环形均匀分布，如果介质结构的密实度一致，则地震波激励响应的信号也一致，也可以说是一个理想均匀的背景；若存在松散介质体，相比理想均匀的背景，其响应信号能量向低频方向移动，幅度变大，井旁路面被破坏前，在隐患方位准确检测的基础上，开展小孔注浆治理，对路面的伤损极小，快速高效，不会严重影响交通运行，是一种值得推广的成套技术方法。

本发明能够快速的检测出下水井周边路基是否密实，进而在下水井周边路面下沉、开裂之前进行隐患检测，并根据隐患检测结果进行针对性的补强修复，保障路面、下水井等相关结构的长期健康状态。

本发明适合在公路竣工验收、管养期间对下水井旁路基密实度快速检测并根据检测结果进行针对性地快速补强治理，尤其适合在市政公路建设管养中使用。

附图说明

图1是本发明实施例1的工作布置的侧视剖面示意图；

图2是本发明实施路基隐患注浆治理作业时的侧视剖面示意图；

图3是本发明实施例1地震波激励点和传感器接收点分布示意图；

图4是本发明实施例2地震波激励点和传感器接收点分布示意图；

图5为地震记录按方位展开的波列剖面图；

图6为作业检测到的地震记录按方位展开的振幅谱剖面图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种下水井周边路基密实度检测及补强方法，目的是在在下水井周边路面下沉、开裂之前进行隐患检测，并根据隐患检测结果进行针对性的补强修复，保障路面、下水井等相关结构的长期健康状态。该方法包括如下步骤：

步骤一：以下水井井盖中心为圆心，在下水井盖支座***环状布设均匀分布且成对的地震波激励点和传感器接收点并记录其方位角坐标；

步骤二：依次用激励震源在震源点上敲击路面激发地震波，利用地震仪同步地用地震传感器与路面传感器接收点耦合接收地震波；

其中，震源可以是机械式的、人工锤击；避免锤击损坏路面，震源激发在贴附于路面上的硬质垫板上；震源和地震传感器可以利用车载方式承载，完成路基密实度快速检测。

步骤三：绕井一周完成地震波采集波列，将采集波列按方位角展开呈示，对不同方位角的采集信号进行各自震动响应频谱分析，依据“响应频谱幅度异常且低频响应幅度较大”的信号特征判断该方位角上路基存在松散或脱空隐患；在该方位角上成对激励点和接收点中间做上待补强标记。

其中，对不同方位角的采集信号进行各自震动响应频谱分析，采用傅立叶变换分析方法计算振幅谱。还可以是概率谱分析、熵谱分析等方法。

步骤四：后续小型钻机和注浆设备沿途查找下水井旁的补强标记，在标示有补强标记的位置上进行小直径钻孔，深达路基基层，在钻孔中***注浆管，采用控制压强注浆方式由深到浅，在钻孔中注入混凝土砂浆或其它类似加固材料，将存在强度相对较低、松散或脱空隐患的路基进行补强处理。

其中，注浆材料可以采用混凝土砂浆或聚氨酯类等化工注浆加固材料；另外需要对注浆压强进行监测控制，避免串浆损坏路面和下水井井壁；注浆时，注浆钻孔可以根据路面工程条件，将钻孔适当倾斜或直接垂直下钻；采用逐级提升注浆管口的分段注浆方式。

可以想到的是，作为本发明的一种优选方案，可以下水井井盖中心为圆心，在下水井盖支座***按不同半径环状布设均匀分布且成对的地震波激励点和传感器接收点并记录其方位角坐标，按半径不同形成多个波列，根据多个波列信号精确检测路基隐患存在的方位角和离井距离。环状布设均匀分布且成对的地震波激励点和传感器接收点，可以在一个半径的环上，也可以是激励点和接收点在不同半径的环上，激励点和接收点与井中心在同一直线上。

上述地震波激励点和传感器接收点的分布存在两种情况：

情况一：成对的地震波激励点和传感器接收点在下水井周边均匀分布且位于同一个半径的检测环上。检测环在下水井外间隔设置多个，每个检测环上均设有地震波激励点和传感器接收点。

通过在井体外设置多个检测环，与仅仅设置单个检测环相比，可以对井体周边一定范围内的路基密实度进行测量，而且通过对环与环之间间距的控制，可以对缺陷的中心位置进行更加精确的确认，根据多个波列信号精确检测路基隐患存在的方位角和离井距离。

情况二：成对的地震波激励点和传感器接收点在下水井周边均匀分布且分别位于半径不同的一对检测环上，每对激励点和接收点与井中心在同一直线上。检测环在下水井外间隔设置多对，每对检测环上均设有地震波激励点和传感器接收点。

通过在井体外设置多对检测环，每对检测环上其中一检测环上设有地震波激励点，另一检测环上设置传感器接收点，与仅仅设置一对检测环相比，不仅可以对井体周边一定范围内的路基密实度进行测量，而且可以对缺陷的中心位置进行更加精确的确认。

需要解释说明的是，在实际应用中，同一口下水井的震动响应信号可以作为历史信息资料保存，每间隔一段时间，可以对该井进行重复检测，每次检测结果可以东南西北按方位角进行单次对比分析，两次检测资料，或历史检测资料可进行不同时期结果参照对比，用来发现井旁路基结构的发展变化，从而分析井旁路基结构的伤损特征和演变规律。

以下将结合具体实施例对发明作进一步的说明。

实施例1

如图1-3所示，设下水井盖支座1外径为1m，以下水井井盖2中心为圆心，70cm为半径，按9度的方位角，在下水井盖支座1***的路基路面3上环状布设均匀分布测量点，作为地震波激励点4或传感器接收点5并记录其方位角坐标；相邻两个点分别作为震源激励点和传感器接收点，用激励震源6在震源点上敲击路面激发地震波，利用地震仪7同步地用地震传感器8与路面耦合接收地震波，地震仪7和地震传感器8通过信号线9连接，下一个激发点就是当前的接收点；按顺时针方向，绕井一周完成地震波采集波列，获得40道地震记录，将采集波列按方位角展开呈示如图5所示。此外，震源激发前在路面上的激发点垫硬质垫板10。

对不同方位角的采集信号进行各自震动响应频谱分析，如图6所示；依据“响应频谱幅度异常且低频响应幅度较大”的信号特征判断该方位角上路基存在松散或脱空隐患。

如图6所示；在该方位角上成对激励点和接收点中间做上待补强标记。

作为一次绕井测量，本例所述的激发点和接收点可以互换。

为了进一步确认隐患距离井中心的距离，将环形测量的圆环半径扩大到80cm，按上述检测流程完成类似的检测，确定路基中存在隐患的方位位置，相比前次测量结果，响应频谱幅度异常范围更宽、幅度更大的位置更接近路基隐患11的中心位置。

作为前述两个实施例的路基隐患补强方法，通过车载钻机和注浆泵机12，利用钻孔机械13钻直径为50mm的注浆孔14，利用注浆管15注浆，注浆管15直径为40mm，注浆液用混凝土砂浆；沿检测线路逐个井察看有无待补强标记，在补强标记位置垂直下钻，钻深1000mm，起钻后，注浆管下达1000mm深处，控制注浆压强2.5MPa，由深及浅注浆，注浆完成后，用高强度混凝土封堵路面钻孔，完成本处路基隐患治理。

综上，本实施例1能在现场快速准确地探测井旁隐患位置，实施效率高。

实施例2

如图4、图5和6所示，设下水井盖支座1外径为1m，以下水井井盖2中心为圆心，分别以70cm和85cm为半径，按9度的方位角，在下水井盖支座***环状布设均匀分布测量点，两个环上的成对激发、接收测量点与井中心在一条直线上，作为地震波激励点或传感器接收点并记录其方位角坐标；相邻两个点分别作为震源激励点和传感器接收点，用激励震源在震源点上敲击路面激发地震波，利用地震仪同步地用地震传感器与路面耦合接收地震波；按顺时针方向，绕井一周完成地震波采集波列，获得40道地震记录，将采集波列按方位角展开呈示如图5所示，纵坐标为地震波记录时间。

对不同方位角的采集信号进行各自震动响应频谱分析，如图6所示，纵坐标为地震波的频率；依据“响应频谱幅度异常且低频响应幅度较大”的信号特征判断该方位角上路基存在松散或脱空隐患，如图6所示；在该方位角上成对激励点和接收点中间做上待补强标记。

作为一次绕井测量，本例所述的激发点和接收点可以互换。

为了进一步确认隐患距离井中心的距离，将其中一个环形测量的圆环半径扩大和缩小，按上述检测流程完成类似的检测，确定路基中存在隐患的方位位置。相比前次测量结果，一般来说，响应频谱幅度异常范围更宽、幅度更大的位置更接近路基隐患的中心位置。

上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.下水井周边路基密实度检测及补强方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一：以下水井中心为圆心，在下水井周边路基上环状布设成对的地震波激励点和传感器接收点并记录其方位角坐标；

步骤二：用激励震源在地震波激励点激发地震波，利用地震仪同步地用地震传感器与传感器接收点耦合接收地震波；

步骤三：绕井一周完成地震波采集波列，将采集波列按方位角展开呈示，对不同方位角的采集信号进行各自震动响应信号频谱分析，基于相同地球物理背景下地震波激发响应信号相近的原则，若频谱分析显示某方位角上对应的信号特征响应频谱幅度异常且低频响应幅度较大，则可以判断该方位角上路基存在松散或脱空隐患，在该方位角上成对激励点和接收点之间的路面上做待补强标记；

步骤四：对上述待补强标记位置处路基进行补强。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：成对的地震波激励点和传感器接收点在下水井周边均匀分布且位于同一个半径的检测环上。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述检测环在所述下水井外间隔设置多个，每个检测环上均设有所述地震波激励点和传感器接收点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：成对的地震波激励点和传感器接收点在下水井周边均匀分布且分别位于半径不同的一对检测环上，每对激励点和接收点与井中心在同一直线上。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述检测环在所述下水井外间隔设置多对，每对检测环上均设有所述地震波激励点和传感器接收点。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于：步骤四的具体过程为：在标示有补强标记的位置上进行小直径钻孔，深达路基基层，在钻孔中***注浆管，采用控制压强注浆方式由深到浅，在钻孔中注入加固材料，将存在松散或脱空隐患的路基进行补强处理。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：震源激发前在路面上的激发点垫硬质垫板，地震传感器与路面通过机械耦合或空气耦合感应振动信号。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：利用车载方式承载震源和地震传感器。

9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：对不同方位角的采集信号进行各自震动响应频谱分析，采用傅立叶变换分析方法、概率谱分析方法或熵谱分析方法计算振幅谱。

10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：同一口下水井的震动响应信号作为历史信息资料保存，每间隔一段时间，对该井进行重复检测，每次检测结果按方位角进行单次对比分析，两次检测资料，或历史检测资料可进行不同时期结果参照对比，用来发现井旁路基结构的发展变化，从而分析井旁路基结构的伤损特征和演变规律。