瑞雷波检测技术在强夯块石地基中的应用

高文信

(中国建筑材料工业地质勘查中心云南总队，云南 昆明 650031)

强夯处理含块石人工填土是一种十分经济有效的地基处理方法，它不仅能提高地基土的强度，而且还能降低其压缩性。采用瑞雷波检测此类地基，不仅可以大范围开展对地基加固效果的检测，还可以用检测数据评价场地均匀性及有效加固深度，同时也可以提供地基强夯后的有关参数。因此，瑞雷波在强夯地基检测中得到广泛应用，它是一种集经济、快捷、可靠、适用性强于一身的测试技术。

1 瑞雷波测试原理及测试方法

1.1 测试原理

在地震勘探中P波占7%、S波占26%、瑞雷波占67%[2]。也就是说，瑞雷波的能量占全部激振能量

(1)在地震波形记录中振幅和波组周期最大、频率最小、能量最强；

(2)在不均匀介质中瑞雷波波速度(VR)具有频散特性，此点是面波勘探的理论基础；

(3)由P波初至到瑞雷波初至之间的1/3处为S波组初至，且VR与VS具有很好的相关性，其相关式为：

(1)

式中：VS为剪切波波速，ν为泊松比。

(4)瑞雷波在多道检波器收中具有很好的直线性，即一致的波震同相轴；

依据上述特性，通过测定不同频率的瑞雷波波速度VR，即可了解地质构造的有关性质并计算相应地层的动力学特征参数，达到对强夯地基处理效果检测的目的。

1.2 测试方法

测试仪器采用综合工程探测仪[1]，测试采用多道瞬态面波法，12道接收，道间距1m，偏移距6m，。测线布置采取首尾相接，连成直线，采用人工锤击法激震(图1)。

图1 RayleighI波测试示意图

2 工程概况及地基处理方案

2.1 场地工程地质概况

某工程场地内由于堆放施工弃碴，形成厚度大，结构松散、空隙较大、级配很差的人工填土层，其地基岩土分布情况如下：

(1)第一层人工填土，呈灰绿、灰、灰黄色，松散，稍湿。填土主要由碎石、块石构成，成份为绿色中等风化—微风化玄武岩，粒径大小不均，多为20mm～30mm，部分粒径大于1m，混砂土10%～30%不等。厚度在6m左右。

(2)第二层卵(漂)石层：呈灰、灰黄、灰绿色，松散～稍密，稍湿～很湿。卵(漂)石成分为中等风化玄武岩，少部分为强风化紫红色凝灰岩、灰白色大理岩及灰绿色千枚岩等。磨圆度中等，形状不规则，但多呈亚圆形及次棱角形，粒径20mm～800mm、部分大于1m。细颗粒(包括砂粒、粉粒和粘粒)多为灰黄色，含量10%～30%。

2.2 地基处理方案

由于第一层人工填土分布于整个场地地表，该土层回填时间不长，结构松散，孔隙较大，厚度大，采用施工工艺比较简单、费用相对较低的强夯进行地基处理。强夯夯击能为2000 kN·m，锤重14.7t，锤底直径1.5m×1.5m，落距13.6m，点夯间距4.5m，三角形布置。

3 瑞雷波检测强夯地基的结果的应用

3.1 有效加固深度的确定

比较夯区夯前、夯后的剪切波波速(Vs)曲线，如图2、图3所示，深度小于6.00m，剪切波速夯后明显提高，深度大于6.00m的夯前、夯后剪切波值变化很小，这表明绝大多数区域强夯有效影响深度为6.00m～7.00m(受场地人工填土含大块石的影响，少部份区域强夯影响深度为4.00m～5.00m)。

3.2 地基均匀性评价

依夯后检测数据，绘制强夯处理后的2.00m和6.00m深的剪切波等值线图(图4、图5)。

强夯后地基2.00m深的剪切波速变化较小，波速均匀性较好，表明强夯后2.00m深度地基水平方向均匀性较好。强夯后地基6.00m深的剪切波速差异性较大，波速均匀性较差，表明强夯后6.00m深度地基水平方向均匀性较差。

图4 强夯后2.00m深瑞雷波等值线图(等高距为20m，比例尺1∶500)

图5 强夯后6.00m深瑞雷波等值线图(等高距为20m，比例尺1∶500)

图4、图5及场地所做的84点瑞雷波Vs曲线(图3)表明，波速沿深度有递减的趋势，强夯地基浅层强夯效果明显。

3.3 力学参数的计算

由瑞雷波原理可知，瑞雷波传播速度与介质的物理力学性质密切相关[4]-[7]，其传播速度越大，承载力、压缩模量值也就相应地增大。地基承载力fk、变形模量E与剪切波速Vs之间服从指数相关关系，即：

fk=A·VsB

(2)

E=C·VsD

(3)

式中：A、B、C、D为土层系数，其值一般通过载荷试验结果、原位测试结果综合确定。场地计算结果如表1所示。

表1 力学参数计算表

3.4 地基沉降量的计算

该工程主控制楼采用独立基础，基底附加应力σ=151.00kPa，基础埋深1.00m，按文献[8]的计算方法取H=7m来为地基沉降计算深度。图2为主控制楼瑞雷波检测波速(VR)与深度h的关系折线，表1中可知，场地的变形模量Es与瑞雷波波速VR之间的关系为：

(4)

沉降量计算结果如表2所示。

表2 沉降量计算表

从而得到强夯地基在建筑物荷载作用下将产生的总沉降量：

S=S1+S2+S3+S4=5.03+7.24+16.12+6.25=34.63mm

4 结 语

用强夯方法处理含块石人工填土的质量检测，采用传统的钻探、载荷试验、标贯和动力触探尽管行之有效，但往往要花费大量的时间和增加工程费用，其可靠性低；若采用瑞雷波检测，其测试技术简单易行，测试信号受环境干扰较小，与传统的检测相结合能全面、直观和快速地检测强夯含块石人工填土地基的加固处理效果，缩短强夯含块石人工填土地基的检测周期，降低检测成本。采用瑞雷波检测这类地基不但可以综合评价地基沿水平方向和垂直方向的均匀性[4]，还可以进一步确定地基土层的承载力、变形模量、地基沉降量等，因而瑞雷波检测这类地基以其无与伦比的经济和社会效益得到广泛应用。

参 考 文 献

[1]西北电力设计院.DL/T 5159～2002 电力工程物探技术规定[S].北京：中国电力出版社，2002：121～126.

[2]董雪华，景朋涛，王西林.瞬态瑞雷波法在强夯效果检测中的应用[J].岩土工程技术，2003，(5)：261～264.

[3]杨健.工程场地地基土体参数的瑞雷波勘探研究[D].北京：中国地质大学，2002.

[4]陈健，杨永波，张永.瑞雷波在块石强夯地基质量检测中的应用[J].工程地球物理学报，2005，2(5)：365～368.

[5]吴建利.强夯地基处理的综合检测[D].青岛：中国海洋大学，2004.

[6]杜立志.瞬态瑞雷波勘探中的数字处理技术研究[D].长春：吉林大学，2005.

[7]工程地质手册编写组.工程地质手册[M].第4版.北京：中国建筑工业出版社，2005：274～277.

[8]中国建筑科学研究院.JGJ 79～2011 建筑地基处理技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2011：26～30.