位　樹，段曉沛，苑紅凱

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院 天津市300457）

瞬態(tài)瑞雷波法在強(qiáng)夯加固地基檢測(cè)中的應(yīng)用

位樹，段曉沛，苑紅凱

（天津市市政工程設(shè)計(jì)研究院 天津市300457）

常規(guī)檢測(cè)道路地基處理效果的方法，在進(jìn)行原位測(cè)試時(shí)往往要破壞現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)，不僅消耗大量的人力、物力，而且只能以試驗(yàn)點(diǎn)處的局部數(shù)據(jù)推斷整個(gè)工程的施工效果。瞬態(tài)瑞雷波法是一種近年來新興的工程質(zhì)量檢測(cè)方法，目前已在工程物理勘探、地層分析及地基處理效果檢測(cè)等方面推廣應(yīng)用。通過采用瞬態(tài)瑞雷面波法，對(duì)三種強(qiáng)夯加固地基方案進(jìn)行了很好的比選。

瑞雷波；地基處理；強(qiáng)夯

1　概況

強(qiáng)夯法是一種經(jīng)濟(jì)高效的地基處理方法，重錘從高處自由下落，其動(dòng)能在土體中轉(zhuǎn)化成很大的沖擊波和高應(yīng)力，從而提高地基強(qiáng)度、降低壓縮性、改善其抵抗振動(dòng)液化的能力等。同時(shí)可提高土層的均勻性，減少工后差異沉降［1］。對(duì)強(qiáng)夯加固地基效果的檢測(cè)，多以常規(guī)的鉆探、標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)、動(dòng)力觸探、靜荷載試驗(yàn)等原位測(cè)試方法進(jìn)行檢驗(yàn)與評(píng)價(jià)。無疑這些手段在地基加固效果的檢驗(yàn)和評(píng)價(jià)方面發(fā)揮了重要作用，但采用這些手段常需要較多的人力和物力，且只能對(duì)某點(diǎn)作出評(píng)價(jià)，而難以對(duì)軟土地基加固的均勻性、加固有效影響深度等作出評(píng)價(jià)［2］。

瞬態(tài)瑞雷波法是一種新型的工程物理勘探方法，因具有操作簡(jiǎn)便、探測(cè)迅速及對(duì)場(chǎng)地要求低的特點(diǎn)，而在工程質(zhì)量檢測(cè)方面得到了廣泛應(yīng)用。李嘉等［3］驗(yàn)證了瞬態(tài)瑞雷面波法能較好地實(shí)現(xiàn)對(duì)路基壓實(shí)度的無損檢測(cè)。張敬沛等［4］運(yùn)用瞬態(tài)面波法反映其可以較好地檢測(cè)袋裝砂井對(duì)軟基的處理效果。賈輝等［5］采用瞬態(tài)面波法與局部鉆探相結(jié)合的方式，大大提高了工作效率。

2　瞬態(tài)瑞雷波法原理

瞬態(tài)面波是在地表施加瞬態(tài)振動(dòng)信號(hào)，其內(nèi)包含豐富的頻率組成，來獲得不同波長(zhǎng)的瑞雷波的傳播速度。在非均勻介質(zhì)中瑞雷波的傳播速度與其波長(zhǎng)有關(guān)，即在非均勻介質(zhì)中，瑞雷波存在頻散性，瑞雷波某一波長(zhǎng)的速度，主要與深度小于1/2波長(zhǎng)范圍內(nèi)的地層物性有關(guān)，這就是用一定波長(zhǎng)的瑞雷波速度來表征一定深度地層物性的基礎(chǔ)［6，7］。多道瞬態(tài)面波法相較于傳統(tǒng)方法，既能降低成本、擴(kuò)大檢測(cè)面，又能提高檢測(cè)速度和精度。

3　工程實(shí)例

濱海旅游區(qū)內(nèi)某城市道路路基擬采用強(qiáng)夯法加固地基，道路等級(jí)為主干道，紅線寬34m。選取試驗(yàn)段進(jìn)行試夯，以便確定各項(xiàng)強(qiáng)夯參數(shù)。由南往北分3個(gè)試驗(yàn)段，各試驗(yàn)段長(zhǎng)120m。各試驗(yàn)段的強(qiáng)夯方案如表1：

表1　

其中，點(diǎn)夯的夯點(diǎn)排列采用正方形布置，夯點(diǎn)間距約5m，滿夯搭接0.2倍錘徑，并采用瞬態(tài)面波法對(duì)試驗(yàn)段強(qiáng)夯加固地基效果進(jìn)行檢測(cè)。為了解夯擊過程中路基的壓實(shí)狀況，檢驗(yàn)地面下10m深度范圍內(nèi)波速的變化情況，以便為各項(xiàng)夯擊參數(shù)的確定提供依據(jù)。

（1）面波測(cè)線布置

布置3條面波測(cè)線，路中線一條、左右幅各一條。每條測(cè)線12個(gè)測(cè)點(diǎn)，共布置瞬態(tài)面波測(cè)點(diǎn)36個(gè)，即每個(gè)試驗(yàn)段內(nèi)設(shè)12個(gè)測(cè)點(diǎn)。試夯開始前對(duì)36個(gè)點(diǎn)位的面波波速進(jìn)行采集，以后3次夯擊，每次夯擊完成后均對(duì)所有測(cè)點(diǎn)進(jìn)行面波采集，共采集面波數(shù)據(jù)144組。面波道間距控制在2m，偏移距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與計(jì)算分析確定為5m。

（2）物探設(shè)備

本次測(cè)試所使用的儀器設(shè)備為重慶地質(zhì)儀器廠DZQ48型高分辨地震測(cè)試系統(tǒng)：包括DZQ48型地震儀主機(jī)，4Hz高精度面波檢波器，重錘錘擊裝置、錘擊墊板、信號(hào)線等。

（3）面波數(shù)據(jù)采集方法

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，結(jié)合物探勘察要求，確定面波點(diǎn)間距30m，偏移距5m，道間距2m，每個(gè)測(cè)點(diǎn)設(shè)置6道。測(cè)試時(shí)將錐形傳感器插入土中，以保持振動(dòng)信號(hào)的有效接收。面波測(cè)試傳感器通過導(dǎo)線與地震儀主機(jī)相聯(lián)，用28磅大錘敲擊激發(fā)墊板，儀器會(huì)自動(dòng)將信號(hào)記錄下來。

在表面瞬態(tài)激振產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)中，包含有瑞雷波、縱波、拉夫波等，對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行正反演擬合，實(shí)現(xiàn)頻散曲線速度分析，進(jìn)而可檢測(cè)地基的密實(shí)程度。

（4）測(cè)試結(jié)果分析

首先根據(jù)面波測(cè)試結(jié)果，進(jìn)行頻散分析得到地層下不同深度處的面波波速，由于面波波速與土的密實(shí)程度具有較好的相關(guān)性，故可以用面波波速來判斷各試驗(yàn)段夯擊后其密實(shí)度的提高情況。

①頻散曲線分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)采集到的面波資料，經(jīng)過計(jì)算分析得到以下測(cè)試結(jié)論：

通過對(duì)比夯擊前與第1次夯擊完成后面波的頻散曲線發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)段1和試驗(yàn)段2（均為1200kN夯擊能的點(diǎn)夯）的波速提高不明顯，測(cè)試數(shù)據(jù)較為離散。試驗(yàn)段3（1000kN夯擊能的滿夯）從地面至2.5～3m深度范圍內(nèi)波速有明顯提高且波速離散性較小，可以初步判斷其影響深度約為2.5～3m。具體變化過程見圖1和圖2。

每次夯實(shí)后，通過對(duì)比3個(gè)試驗(yàn)段內(nèi)不同深度處面波波速的變化情況，發(fā)現(xiàn)三個(gè)試驗(yàn)段最終的影響深度（指波速獲得提升的深度）均在3～4m之間。而且發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)段3的數(shù)據(jù)離散性較前兩個(gè)試驗(yàn)段小。圖3為最后一次夯擊完成后，道路中心線上三個(gè)試驗(yàn)段的面波頻散曲線。

②面波波速剖面圖分析

通過對(duì)比三個(gè)試驗(yàn)段路中線上的面波波速分布剖面圖（0～120m為試驗(yàn)段1、120～240m為試驗(yàn)段2、240～360m為試驗(yàn)段3），發(fā)現(xiàn)隨著夯擊能的增加，土基3m深度范圍內(nèi)的面波波速不斷提高。且從三個(gè)試驗(yàn)段的對(duì)比中發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)段3的波速提高最快，且最終的波速值也最大。因此可以推斷，試驗(yàn)段3的夯擊方案較試驗(yàn)段1和試驗(yàn)段2要好。

③通過對(duì)比圖4、圖5的3條測(cè)線，發(fā)現(xiàn)在全部3次夯擊完成后的面波波速剖面圖上，位于中心線上的波速數(shù)據(jù)無論在數(shù)值還是離散性上均優(yōu)于左右幅測(cè)線，說明其壓實(shí)程度路基中線較路基兩側(cè)要好。

4　結(jié)論

通過對(duì)地基頂面10m深度范圍內(nèi)的面波波速分析，達(dá)到了推斷路基夯實(shí)效果的目的，可作為夯擊方案確定時(shí)的參考。測(cè)試得到的主要結(jié)論有以下幾點(diǎn)：

（1）1000kN夯擊能的滿夯對(duì)試驗(yàn)段地基土波速的有效影響深度為2.5～3.0m；

（2）采用3遍滿夯的試驗(yàn)段3的面波波速分布離散性較其他兩個(gè)試驗(yàn)段小，且波速提高的數(shù)值相對(duì)較大，可以認(rèn)為相對(duì)其他兩個(gè)試驗(yàn)段效果要好；

（3）路基中心線附近的面波波速要明顯高于兩側(cè)是三個(gè)試驗(yàn)段共有的現(xiàn)象，且兩側(cè)路基的波速離散性較中心線附近要大。

本文結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，表明瞬態(tài)面波技術(shù)在強(qiáng)夯加固地基方案比選方面有重要意義。

［1］ 水偉厚.沖擊應(yīng)力與10000kN·m高能級(jí)強(qiáng)夯系列試驗(yàn)研究［D］.上海：同濟(jì)大學(xué)，2004.

［2］ 張獻(xiàn)民.瞬態(tài)面波測(cè)試技術(shù)及其在土木工程中的應(yīng)用［J］.河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2000，29（1）.

［3］ 李嘉，董海文.瞬態(tài)瑞雷面波法在路基壓實(shí)度檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.中南公路工程，2006，31（3）.

［4］ 張敬沛，黃騰，李青松.瞬態(tài)面波法在軟基處理檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.工程地球物理學(xué)報(bào)，2006，3（3）.

［5］ 賈輝，陳義軍，張輝，等.多道瞬態(tài)面波法在回填地基調(diào)查中的應(yīng)用［J］.物探與化探，2012，36（5）.

［6］ 何立軍，水偉厚，陳國(guó)民，等.多道瞬態(tài)面波法在強(qiáng)夯處理地基檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.工程勘察，2006（S）.

［7］ 董海文.瞬態(tài)瑞雷面波法在公路工程質(zhì)量檢測(cè)中的理論與應(yīng)用研究［D］.長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2005.

Application of Transient Rayleigh Wave Method in Inspection for Foundation Stabilization by Dynamic Consolidation

WEI Shu，DUAN Xiao-pei，YUAN Hong-kai
（Tianjin Municipal Engineering Design&Research Institute，Tianjin 300457，China）

The methods of normal inspection for road foundation treatment effect often destroy the current situation of structure during the in-situ test，which not only consume a large amount of manpower and material resources，but also deduce the construction effect of the whole project by local data at test point.Transient rayleigh wave method is a kind of newly-developing project quality inspection method in recent years，which is widely popularized and applied in the matter of engineering physical prospection，stratigraphic analysis and foundation treatment effect test and so on at present.Through adopting transient rayleigh wave method，three kinds of schemes for foundation stabilization by dynamic consolidation are compared and selected well.

Rayleigh wave；Foundation treatment；Dynamic consolidation

U416.1

B

1673-6052（2016）03-0102-05

10.15996/j.cnki.bfjt.2016.03.030