瞬态瑞雷波法在强夯加固地基检测中的应用

位　树，段晓沛，苑红凯

（天津市市政工程设计研究院 天津市300457）

瞬态瑞雷波法在强夯加固地基检测中的应用

位树，段晓沛，苑红凯

（天津市市政工程设计研究院 天津市300457）

常规检测道路地基处理效果的方法，在进行原位测试时往往要破坏现状结构，不仅消耗大量的人力、物力，而且只能以试验点处的局部数据推断整个工程的施工效果。瞬态瑞雷波法是一种近年来新兴的工程质量检测方法，目前已在工程物理勘探、地层分析及地基处理效果检测等方面推广应用。通过采用瞬态瑞雷面波法，对三种强夯加固地基方案进行了很好的比选。

瑞雷波；地基处理；强夯

1　概况

强夯法是一种经济高效的地基处理方法，重锤从高处自由下落，其动能在土体中转化成很大的冲击波和高应力，从而提高地基强度、降低压缩性、改善其抵抗振动液化的能力等。同时可提高土层的均匀性，减少工后差异沉降［1］。对强夯加固地基效果的检测，多以常规的钻探、标准贯入试验、动力触探、静荷载试验等原位测试方法进行检验与评价。无疑这些手段在地基加固效果的检验和评价方面发挥了重要作用，但采用这些手段常需要较多的人力和物力，且只能对某点作出评价，而难以对软土地基加固的均匀性、加固有效影响深度等作出评价［2］。

瞬态瑞雷波法是一种新型的工程物理勘探方法，因具有操作简便、探测迅速及对场地要求低的特点，而在工程质量检测方面得到了广泛应用。李嘉等［3］验证了瞬态瑞雷面波法能较好地实现对路基压实度的无损检测。张敬沛等［4］运用瞬态面波法反映其可以较好地检测袋装砂井对软基的处理效果。贾辉等［5］采用瞬态面波法与局部钻探相结合的方式，大大提高了工作效率。

2　瞬态瑞雷波法原理

瞬态面波是在地表施加瞬态振动信号，其内包含丰富的频率组成，来获得不同波长的瑞雷波的传播速度。在非均匀介质中瑞雷波的传播速度与其波长有关，即在非均匀介质中，瑞雷波存在频散性，瑞雷波某一波长的速度，主要与深度小于1/2波长范围内的地层物性有关，这就是用一定波长的瑞雷波速度来表征一定深度地层物性的基础［6，7］。多道瞬态面波法相较于传统方法，既能降低成本、扩大检测面，又能提高检测速度和精度。

3　工程实例

滨海旅游区内某城市道路路基拟采用强夯法加固地基，道路等级为主干道，红线宽34m。选取试验段进行试夯，以便确定各项强夯参数。由南往北分3个试验段，各试验段长120m。各试验段的强夯方案如表1：

表1　

其中，点夯的夯点排列采用正方形布置，夯点间距约5m，满夯搭接0.2倍锤径，并采用瞬态面波法对试验段强夯加固地基效果进行检测。为了解夯击过程中路基的压实状况，检验地面下10m深度范围内波速的变化情况，以便为各项夯击参数的确定提供依据。

（1）面波测线布置

布置3条面波测线，路中线一条、左右幅各一条。每条测线12个测点，共布置瞬态面波测点36个，即每个试验段内设12个测点。试夯开始前对36个点位的面波波速进行采集，以后3次夯击，每次夯击完成后均对所有测点进行面波采集，共采集面波数据144组。面波道间距控制在2m，偏移距根据现场试验与计算分析确定为5m。

（2）物探设备

本次测试所使用的仪器设备为重庆地质仪器厂DZQ48型高分辨地震测试系统：包括DZQ48型地震仪主机，4Hz高精度面波检波器，重锤锤击装置、锤击垫板、信号线等。

（3）面波数据采集方法

根据现场具体情况，结合物探勘察要求，确定面波点间距30m，偏移距5m，道间距2m，每个测点设置6道。测试时将锥形传感器插入土中，以保持振动信号的有效接收。面波测试传感器通过导线与地震仪主机相联，用28磅大锤敲击激发垫板，仪器会自动将信号记录下来。

在表面瞬态激振产生的振动信号中，包含有瑞雷波、纵波、拉夫波等，对这些信号进行正反演拟合，实现频散曲线速度分析，进而可检测地基的密实程度。

（4）测试结果分析

首先根据面波测试结果，进行频散分析得到地层下不同深度处的面波波速，由于面波波速与土的密实程度具有较好的相关性，故可以用面波波速来判断各试验段夯击后其密实度的提高情况。

①频散曲线分析

根据现场采集到的面波资料，经过计算分析得到以下测试结论：

通过对比夯击前与第1次夯击完成后面波的频散曲线发现，试验段1和试验段2（均为1200kN夯击能的点夯）的波速提高不明显，测试数据较为离散。试验段3（1000kN夯击能的满夯）从地面至2.5～3m深度范围内波速有明显提高且波速离散性较小，可以初步判断其影响深度约为2.5～3m。具体变化过程见图1和图2。

每次夯实后，通过对比3个试验段内不同深度处面波波速的变化情况，发现三个试验段最终的影响深度（指波速获得提升的深度）均在3～4m之间。而且发现，试验段3的数据离散性较前两个试验段小。图3为最后一次夯击完成后，道路中心线上三个试验段的面波频散曲线。

②面波波速剖面图分析

通过对比三个试验段路中线上的面波波速分布剖面图（0～120m为试验段1、120～240m为试验段2、240～360m为试验段3），发现随着夯击能的增加，土基3m深度范围内的面波波速不断提高。且从三个试验段的对比中发现，试验段3的波速提高最快，且最终的波速值也最大。因此可以推断，试验段3的夯击方案较试验段1和试验段2要好。

③通过对比图4、图5的3条测线，发现在全部3次夯击完成后的面波波速剖面图上，位于中心线上的波速数据无论在数值还是离散性上均优于左右幅测线，说明其压实程度路基中线较路基两侧要好。

4　结论

通过对地基顶面10m深度范围内的面波波速分析，达到了推断路基夯实效果的目的，可作为夯击方案确定时的参考。测试得到的主要结论有以下几点：

（1）1000kN夯击能的满夯对试验段地基土波速的有效影响深度为2.5～3.0m；

（2）采用3遍满夯的试验段3的面波波速分布离散性较其他两个试验段小，且波速提高的数值相对较大，可以认为相对其他两个试验段效果要好；

（3）路基中心线附近的面波波速要明显高于两侧是三个试验段共有的现象，且两侧路基的波速离散性较中心线附近要大。

本文结合实际工程应用，表明瞬态面波技术在强夯加固地基方案比选方面有重要意义。

［1］ 水伟厚.冲击应力与10000kN·m高能级强夯系列试验研究［D］.上海：同济大学，2004.

［2］ 张献民.瞬态面波测试技术及其在土木工程中的应用［J］.河北工业大学学报，2000，29（1）.

［3］ 李嘉，董海文.瞬态瑞雷面波法在路基压实度检测中的应用［J］.中南公路工程，2006，31（3）.

［4］ 张敬沛，黄腾，李青松.瞬态面波法在软基处理检测中的应用［J］.工程地球物理学报，2006，3（3）.

［5］ 贾辉，陈义军，张辉，等.多道瞬态面波法在回填地基调查中的应用［J］.物探与化探，2012，36（5）.

［6］ 何立军，水伟厚，陈国民，等.多道瞬态面波法在强夯处理地基检测中的应用［J］.工程勘察，2006（S）.

［7］ 董海文.瞬态瑞雷面波法在公路工程质量检测中的理论与应用研究［D］.长沙：湖南大学，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