瞬態(tài)瑞雷波法在復合地基評價中的應用

唐家林　吳麗麗

摘要：瞬態(tài)瑞雷波法是一種新興的物探方法，其主要思想是利用其頻散特性來進行地層的速度分層，反應淺層地質(zhì)問題，進而對地層進行劃分、確定地基的持力層、劃分軟弱地層的埋深和范圍等。本文簡要介紹了瞬態(tài)瑞雷波法的基本原理和野外工作技術(shù)方法，闡述了瞬態(tài)瑞雷波法在評價復合地基處理效果、確定復合地基的承載力方面上與傳統(tǒng)檢測方法相比的優(yōu)點。

關(guān)鍵詞：瞬態(tài)瑞雷波法、復合地基、靜載試驗

1、前言

復合地基一般是指天然地基的一部分或全部被人工置換或被加強的人工地基，這部分加強體與原地基在基礎下共同承擔外部荷載并協(xié)調(diào)變形。在工程中常用換填、強夯、振沖碎石樁、灰土樁、CFG樁、高壓噴射注漿等方式來加固地基。經(jīng)過處理的地基本身的物理學性質(zhì)得以改善，但需要經(jīng)過處理前后的檢測才能判定是否達到了要求的標準。瞬態(tài)瑞雷波法做為一種新興的物探方法，能在檢測評價復合地基的加固效果中獲得良好的效果。

2、瞬態(tài)瑞雷波法的工作原理

瑞雷波沿地表層傳播，表層的厚度約為一個波長，因此，同一波長的瑞雷波的傳播特性反映了地質(zhì)條件在水平方向的變化情況，不同波長的瑞雷波的傳播特性反映著不同深度的地質(zhì)情況。在地面上沿波的傳播方向，以一定的道間距Δx設置N+1個檢波器，就可以檢測到瑞雷波在NΔx長度內(nèi)的傳播過程，設瑞雷波的頻率為fi，相鄰檢波器記錄的瑞雷波的時間差為Δt或相位差為Δφ，則相鄰道Δx長度內(nèi)瑞雷波的傳播速度為：

VR=Δx/Δt或 VR=2πfiΔx/Δφ

測量范圍NΔx內(nèi)平均速度為：

或

在同一地段測量出一系列的VR值，就可以得到一條VR—f曲線，即所謂的頻散曲線，或轉(zhuǎn)換為VR—λR曲線，λR為波長：

λR=VR/f

VR—f曲線或VR—λR曲線的變化規(guī)律與地下地質(zhì)條件存在著內(nèi)在聯(lián)系，通過對頻散曲線進行反演結(jié)果，可得到地下某一深度范圍內(nèi)的地質(zhì)構(gòu)造情況和不同深度的瑞雷波傳播速度VR值。另一方面，VR值的大小與介質(zhì)的物理特性有關(guān)，據(jù)此可對巖土的物理性質(zhì)做出評價。

3、瞬態(tài)瑞雷波法的野外工作技術(shù)方法

由于瞬態(tài)瑞雷波法是通過不同波長的面波來反映不同深度的介質(zhì)，并通過瞬態(tài)瑞雷波的速度來描述不同地層的物理力學性質(zhì)的，因此要根據(jù)不同勘探目的，選取適當?shù)募ぐl(fā)、接受方式來采集參數(shù)。瞬態(tài)瑞雷波法的工作示意圖見下圖（圖1）。

1）道間距、偏移距的確定

道間距與偏移距主要根據(jù)勘探分辨率和深度來確定。一般勘探深度淺時，道間距及偏移距要小，反之，則要大。在巖土工程勘察中一般要求道間距Δx應小于2倍的勘探分辨率，偏移距應為勘探深度的1/2至1/3。

2）排列長度的確定

排列長度受儀器道數(shù)、道間距等因素限制，一般要求為勘探深度的1.5～2倍。

3）記錄長度、采樣間隔的 確定

在瞬態(tài)瑞雷波勘探中，采樣間隔與勘探深度有關(guān)，對于淺層宜采用較高的采樣率，反之，應采用較低的采樣率以增加低頻段的頻道數(shù)，達到提高深層的分辨率。記錄長度可根據(jù)瑞雷波群速度和最大偏移距來確定，以時間剖面上最遠道的瑞雷波開始出露在記錄上長度的1/2～1/3為宜。

4）激發(fā)因素

震源的選擇，主要以滿足勘探深度為目的，同時要考慮場地條件、操作方便問題。目前，瞬態(tài)瑞雷波法采用的震源主要有大錘、落錘和炸藥，一般要求隨著勘探深度的增加，震源的激震能量也要增加，激震頻率要減小。

5）檢波器

在瞬態(tài)瑞雷波勘探中，選擇合適頻率的檢波器非常重要。在巖土工程勘察中，使用10Hz的檢波器，一般可以完成30m以內(nèi)的勘探目的層要求，為了增大勘探深度，應采用更低頻率的檢波器。

4、瞬態(tài)瑞雷波法在復合地基評價中的應用

傳統(tǒng)的復合地基承載力的檢測方法是靜載試驗，它是利用堆載或錨樁等反力裝置，由千斤頂施力于復合地基，并記錄被測對象的位移變化，由此獲得力與位移曲線或位移時間曲線等資料，然后按相關(guān)規(guī)范確定符合地基的極限承載力。這種檢測方法存在一定的劣勢，如檢測時間長、設備沉重及檢測成本高。但是，如果利用瞬態(tài)瑞雷波法對加固前后的場地進行檢測，然后對瑞雷波頻散曲線進行對比分析即可得到處理前后地基土剪切波速的提高率，即承載力的提高，就可以大大提高檢測速度且降低了檢測費用，并能對復合地基承載力做出范圍估計。

例如，復合地基中的強夯法是利用強大的夯擊能給地基一沖擊力，并在地基中產(chǎn)生沖擊波，在沖擊力作用下，夯錘對上部土體進行沖切，土體結(jié)構(gòu)破壞，形成夯坑，并對周圍土進行動力擠壓。強夯復合地基檢測要求檢測項目有強夯影響的深度以及巖土體在強夯前后承載力的提高，對于特殊項目還要求地基強夯的均勻程度等指標。在強夯地基的檢測中，傳統(tǒng)方法由于受到場地條件的限制往往不能滿足測試要求，例如場地過于堅硬，無法鉆孔取樣；需要保持場地的完整性等等。利用瞬態(tài)瑞雷波法這種無損檢測手段，在測試過程中不需要鉆孔配合，同時又能夠進行大面積普查工作，為實現(xiàn)被檢測場地均勻性的三維評價提供了可能。

5、結(jié)束語

瞬態(tài)瑞雷波法檢測復合地基與傳統(tǒng)的靜載試驗方法比較具有以下優(yōu)點：

1）可以進行大面積布設測點，做到對復合地基的大面積普查，使檢測的質(zhì)量大大的提高，并且能節(jié)省大量的檢測成本；

2）無需鉆孔，在巖土體原位狀態(tài)下就能進行測試，更加滿足工程實際的工作需要；

3）檢測所提供的參數(shù)可進行綜合分析，從不同的角度評價地基處理效果，例如做完復合地基前后的地基承載力變化、地基加固的是否均勻等等；

4）對于一些傳統(tǒng)方法無法進行的項目可進行檢測。

參考文獻

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