基于瞬态瑞利波技术的地基强夯质量检测评价

成卓舟

（山西建工建筑工程检测有限公司， 山西 太原 030006）

0 引言

地基强夯技术是一种常见的地基处理方法，主要用于改善土质，增加地基承载力。它通过高能量的冲击来压实土体，从而达到加固地基的目的。对于地基强夯工程的质量准确评价，常见的技术包括现场静载试验、动态观测法和地质雷达探测等。这些方法能够从不同角度评估强夯后地基的密实度、均匀性及承载力等关键指标，确保工程的安全性和可靠性。瞬态瑞利波技术是一种利用地面波传播特性进行地下介质探测的方法[1]。瞬态瑞利波由地表激发，能够在地表附近的介质中传播，并通过分析这些波的传播速度和衰减特性，来评估地下介质的弹性模量、剪切模量等物理特性。由于瑞利波主要在地表附近传播，因此这一技术特别适用于评估地基表层的特性。

基于瞬态瑞利波技术的地基强夯质量检测评价，是将瞬态瑞利波技术应用于强夯地基的质量检测中。这种方法通过在地表布设接收器，激发瑞利波，并记录波的传播情况。通过对波速的测定和分析，可以非常精确地评估强夯后地基的密实度和均匀性。与传统方法相比，基于瞬态瑞利波技术的评价方法具有无损、快速和高精度的特点，能够提供更加直观和全面的地基强夯质量评估[2]。此外，该技术还可以帮助识别强夯处理区与未处理区之间的界面，以及强夯处理后可能存在的低密实区域，为工程质量的进一步提升提供科学依据。这就是说，基于瞬态瑞利波技术的地基强夯质量检测评价，不仅能够准确评估强夯效果，还能够为地基处理工程提供更为科学、合理的指导和参考。本文旨在基于瞬态瑞利波技术，深入探讨地基强夯质量的检测与评价方法。

1 理论基础

1.1 瞬态瑞利波特性

瞬态瑞利波是一种特殊类型的波，是由地表激发，能够在地表附近的介质中传播，可以通过分析这些波的传播速度和衰减特性，来评估地下介质的弹性模量、剪切模量等物理特性。瞬态瑞利波具有高频率和短脉冲的特点，这使得其在地基土体中的传播具有较高的分辨率，能够捕捉到土体中微小的变化，包括密实度的变化、孔隙结构的演变等，从而更精准地评估地基强夯的效果。

1.2 瞬态瑞利波基本原理

瞬态瑞利波产生于短脉冲的激励，通常依赖于地面的激发，如锤击、使用震源设备产生的冲击波等。这些激发方式能够在地表产生能量，进而激发瑞利波。瑞利波传播时，会受到地下介质性质（如密度、弹性模量等）的影响，从而改变波速和衰减特性[3]。通过记录不同位置处的波形，并分析这些波形的传播特性，可以推断出地下介质的物理性质，在检测缺陷和特性的材料无损检测方面发挥着重要作用。瞬态瑞利波的产生与传播可用特定的数学模型进行描述。

瞬态瑞利波的产生过程可表示为：

式中：

P(t)——随时间变化的波压力；

P0——初始波压力；

α——衰减系数，描述波能量随时间的衰减情况；

f——波的频率；

t——时间。

瞬态瑞利波的传播速度：

式中：

V——波的传播速度；

β——波长。

瑞利波的传播可以通过瑞利方程描述，该方程是弹性波传播的基本方程之一。对于横波（S波）在半无限均匀介质中的传播，瑞利方程可以表示为：

式中：

VS——横波的传播速度；

G——介质的剪切模量；

ρ——介质的密度。

纵波（P波）的传播速度VP与横波的关系可以通过泊松比（σ）表示：

式中：

VP——纵波的传播速度；

K——介质的体积模量。

泊松比σ与剪切模量G和体积模量K之间的关系为：

瞬态瑞利波在地基强夯质量检测领域的应用，关键在于对其基本原理的深入理解及有效利用。通过精准监测波的传播路径和特性的变化，不仅能够实时评估地基的质量状况，还能对地基的整体稳定性进行持续监控。这种方法提供了一种非破坏性检测手段，能够在不干扰地基现状的情况下，准确地判断强夯工程的效果[4]。

2 地基强夯质量检测应用试验

2.1 工程概况

以某城市中心的工地地基强夯工程为例，基于瞬态瑞利波技术对地基强夯质量进行检测评价。该工地地质情况包括填土层和砂卵石层，相关试验指标见表1。

表1 工程区土层性质相关指标

2.2 试验布置

试验场地的面积为40m×40m，分别标注场地1#和2#，夯锤重量为40t，夯锤落距分别为14m、8.5m，夯点间距为5.0m×5.0m。场地1#和2#的点夯能级分别为5000kN·m 和3000kN·m，满夯能级为1000kN·m，单点击数分别为9和7。

采取载荷试验、瑞利波测试、孔内剪切波速测试以及标准贯入试验等方法，动态把控在不同夯击次数和落锤重量下的沉降规律，得出强夯影响深度。结合试验位置的工作效能、施工周期和场地环境，设计布置3条测线，通过采集强夯点位的强夯前后参数，确定穿过原位测试点的瑞利波测线所显示的数据。在所布置的试验点位处，将检波器频率设定为4Hz、偏移距设定为5m、道间距设定为1m。震源的选择要经现场试验而定，最终确定为24磅的铁锤[5]。

3 地基强夯质量检测评价

提取出不同深度地层强夯前后瑞利波速度的变化情况，见表2及表3所示。

表2 1#试验场地强夯前后瑞利波速度变化对比

表3 2#试验场地强夯前后瑞利波速度变化对比

经分析，在1#试验场地，大部分深度下，夯后的瑞利波速度相较夯前的有所增加，这表明强夯处理可能对地层的密实度产生影响。在深度为4m至8m范围内，瑞利波速度明显增加，深度为6m时，1-1检测点夯后瑞利波速度的增幅为23%，1-6检测点的增幅为20%。在深度为2m至6m的范围内，1-1检测点的增幅相对较高，而1-6检测点的增幅相对较低。在2#场地中，深度为4m至6m范围内，夯后瑞利波速度也呈现明显增加。

两个场地在深度为4m至8m的范围内都表现出相似的趋势，但在某些深度和检测点上存在差异。例如，在深度为6m时，1#的1-6检测点增幅为20%，而2#的2-6检测点增幅为11%。这种差异可能是因为地质构成或强夯处理技术存在差异。对于1#和2#场地，在深度为4m至8m之间，平均增幅分别为15%和13%。

图1为2#试验场地2-5测试点强夯前后瑞利波速度随深度的变化，可以发现，强夯后的瑞利波速度较强夯前有了很大程度的提高，证明地基土的密实度得到了一定程度的提高，也表明地层深度对速度有显著影响[6]。

图1 2#试验场地2-5测试点强夯前后面波声速随深度的变化曲线对比

4 结束语

综上所述，在深入研究了瞬态瑞利波的基本原理和特性的基础上，通过对工程概况和试验布置的详细分析，系统性地进行了地基强夯质量检测评价。通过研究发现基于瞬态瑞利波技术的地基强夯质量检测评价方法不仅在理论上有着坚实的基础，而且通过实际工程的检测应用，取得了令人满意的效果，表明基于瞬态瑞利波技术对地基强夯质量进行的检测评价具备可行性和有效性。