SASW 法在基礎(chǔ)工程和路基工程中的應(yīng)用分析

宋 煒，李 劍

(宜春通達(dá)路橋建設(shè)有限公司)

1 SASW 法及其工作原理認(rèn)知

SASW 法，即表面波頻譜分析法，依托頻譜分析方式，對(duì)瞬間激振中所產(chǎn)生的各種頻率的瑞雷波作出判斷，對(duì)測(cè)定物質(zhì)所具備的特性進(jìn)行確定。在瞬間激振作用條件下，地面會(huì)產(chǎn)生一定的擾動(dòng)波，具體表現(xiàn)為面波、折射波與反射波等，其中面波在整個(gè)擾動(dòng)波形式中能量最強(qiáng)。瑞雷波橫波與縱波在傳播過程中，于界面處會(huì)出現(xiàn)一定程度的疊加與放大，表現(xiàn)出能量大、頻率低、傳播速度低、衰減慢等特征，傳播信號(hào)在獲取實(shí)現(xiàn)上更為簡(jiǎn)單。瑞雷波能力集中于一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)，可以通過一定距離范圍內(nèi)的瑞雷波特性實(shí)現(xiàn)對(duì)工程測(cè)試，且瑞雷波在均勻介質(zhì)傳播中，不存在頻散特性，在非均勻介質(zhì)傳播時(shí)，瑞雷波頻率不同，其所具備的實(shí)際傳播速度不同，其傳播特性為其在基礎(chǔ)工程及路基工程中的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

瑞雷波能量其能量在一定波長(zhǎng)范圍內(nèi)集中，其在實(shí)際傳播時(shí)，所穿透的地面深度同樣在一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)。相同波長(zhǎng)傳播特性對(duì)傳播介質(zhì)水平方向中的差異進(jìn)行表現(xiàn)，不同波長(zhǎng)則對(duì)深度差異中信息進(jìn)行表現(xiàn)。以fi代表瑞雷波頻率，Δt代表相鄰檢波器時(shí)差，相位差為Δφ，測(cè)量范圍其波速平均值為

通過測(cè)量不同頻率所對(duì)應(yīng)的Vr 值，可以獲得頻率與波速所具備的頻散曲線。瑞雷波波速與剪切波速之間內(nèi)在的關(guān)系為

在以上公式中，μ 代表柏松比，依據(jù)其可以計(jì)算出基礎(chǔ)工程與路基工程中具體參數(shù)，實(shí)現(xiàn)其應(yīng)用價(jià)值。

2 SASW 法在基礎(chǔ)工程與路基工程中的實(shí)踐應(yīng)用

2.1 SASW 法對(duì)基礎(chǔ)工程土層特性的評(píng)價(jià)

某地鐵工程在施工過程中采取掘進(jìn)法施工技術(shù)，然而在實(shí)際施工中，出現(xiàn)了大量滲水問題，對(duì)施工進(jìn)度造成嚴(yán)重影響。為明確認(rèn)知基礎(chǔ)工程土層特性，找出滲水原因，采取SASW 法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。在該工程中，應(yīng)用多功能SASW 面波儀，依據(jù)測(cè)量需求進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置，為確保測(cè)試數(shù)據(jù)可靠性與客觀性，采取映像技術(shù)、鉆孔取芯、單點(diǎn)面波觀測(cè)與單孔PS 測(cè)井法進(jìn)行綜合檢測(cè)。

該工程滲水段，依據(jù)地質(zhì)勘察結(jié)果來看，其土層分布由上而下具分為六層，具體為:表層:由瀝青路面及碎石層構(gòu)成，厚度為0.2 ～0.3 m;雜填土層，由粉質(zhì)粘土、磚塊及夾碎石構(gòu)成，厚度為0.5 ～1.5 m;粉質(zhì)粘土厚度為2.5 ～3.5 m，具備硬－可塑性;粉質(zhì)粘土厚度為2.5 ～7.5 m，具備軟－可塑性;粉質(zhì)粘土至粉砂土層，厚度為2.5 ～4.5 m;粉質(zhì)粘土，硬質(zhì)可塑。

依據(jù)施工滲水位置，采取SASW 法對(duì)相關(guān)地段進(jìn)行映像法勘測(cè)與單點(diǎn)面波測(cè)試，映像法勘測(cè)間距設(shè)置為5 m，偏移距設(shè)置為8 m，采取錘擊法激發(fā)瑞雷波，經(jīng)過處理可以生成影像地震剖面圖。設(shè)置單點(diǎn)面波進(jìn)行測(cè)試，其道間距設(shè)置為2 m，偏移距設(shè)置為8 m，采取錘擊法進(jìn)行激發(fā)。單點(diǎn)面波反演圖見圖1。

圖1 單點(diǎn)面波反演圖

通過分析其剖面獲知，在深度為10 m 左右時(shí)，出現(xiàn)剪切波低速層，通過鉆孔取芯證明，該土層屬于粉質(zhì)粘土－粉砂土，因其部位粉砂土層含水率較高，導(dǎo)致施工出現(xiàn)滲水問題。經(jīng)過工程實(shí)踐施工證明，SASW 測(cè)試結(jié)果符合實(shí)際。

2.2 SASW 法在路基工程壓實(shí)度測(cè)試中的應(yīng)用

在路基填筑工程施工質(zhì)量評(píng)定上，其壓實(shí)度屬于關(guān)鍵性指標(biāo)，壓實(shí)度標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)程度，直接關(guān)系著路基工程整體質(zhì)量與效益。常規(guī)路基工程壓實(shí)度測(cè)試多采取灌砂法執(zhí)行，采取灌砂法進(jìn)行作業(yè)，其時(shí)間花費(fèi)較長(zhǎng)，其壓實(shí)度檢測(cè)精度難以有效控制。為此，在路基工程壓實(shí)度測(cè)試中引入SASW法，將SASW 法與灌砂法相結(jié)合，綜合確保路基壓實(shí)度測(cè)定準(zhǔn)確性。應(yīng)用SASW 法，通過波速測(cè)試其壓實(shí)度，同時(shí)還可對(duì)碾壓過程中路基沉降量進(jìn)行測(cè)定。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，采取SASW 法，通過小能量錘擊激發(fā)，如選擇1 kg 錘重，設(shè)定12 道接收，道間距設(shè)定為0.2 m。通過測(cè)試構(gòu)建出波速、壓實(shí)度、碾壓沉降量與碾壓頻率之間的內(nèi)在關(guān)系，依據(jù)路基工程質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其壓實(shí)度狀況評(píng)估。

在本研究中，其SASW法測(cè)試，選擇在煤矸石填筑段上進(jìn)行，于填筑段兩個(gè)斷面中，合理布置測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)共設(shè)定為4 個(gè)，在振壓兩次后，采取灌砂法對(duì)煤矸石填筑段壓實(shí)度進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果顯示，在碾壓六次后，煤矸石其壓實(shí)度在93.1%以上。在填筑段斷面上四個(gè)測(cè)點(diǎn)位置上，每次碾壓均采取SASW 法對(duì)煤矸石剪切波速進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)結(jié)果顯示，隨著碾壓次數(shù)增加，其剪切波速增加，兩者存在著正相關(guān)關(guān)系。第一次碾壓作業(yè)時(shí)，第一層煤矸石其剪切波波速為152.9 m/s，在第六次碾壓時(shí)，其剪切波波速為250 m/s。通過現(xiàn)場(chǎng)煤矸石路基填筑及測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù)分析，獲得路基填筑壓實(shí)度與剪切波波速之間存在的內(nèi)在數(shù)學(xué)關(guān)系

Vs=922.21－2140.38p+1 466.43p2

實(shí)踐證明，其煤矸石路基填筑施工過程中所具備的剪切波波速與壓實(shí)度之間存在著二次線性關(guān)系。

2.3 SASW 法在確定地基承載力中的應(yīng)用

在路基工程施工中，地基承載力參數(shù)計(jì)算精確性十分重要，是確保工程施工質(zhì)量及安全性的重要標(biāo)準(zhǔn)。在地基承載力確定時(shí)，可以應(yīng)用SASW 法綜合分析，通過試驗(yàn)檢測(cè)找出地基承載力、壓縮模量與面波速度之間存在的內(nèi)在關(guān)系，依據(jù)其關(guān)系數(shù)學(xué)式，推導(dǎo)工程地基承載力合理性。此外，考慮到工程在實(shí)際施工作業(yè)中，其路基承載力并非恒定不變，而是受到各種外部因素干擾，如車輛行駛速度、車輛荷載及振動(dòng)頻率等，且不同地區(qū)，其地質(zhì)不同，自然條件存在著一定差異，均會(huì)對(duì)地基承載力造成一定影響。

此外，還可以將SASW 法應(yīng)用于液化地基加固效果評(píng)價(jià)中，如在距離地基位置安裝檢波器，在強(qiáng)夯作業(yè)中產(chǎn)生一定擾動(dòng)波，依據(jù)檢測(cè)波接收對(duì)地基加固效果作出評(píng)估，從而確保地基加固處理質(zhì)量，為工程效益實(shí)現(xiàn)提供技術(shù)支持。

3 結(jié) 語

在基礎(chǔ)工程與路基工程作業(yè)中，引入SASW 技術(shù)，能夠?qū)ζ渚唧w的施工參數(shù)及狀況進(jìn)行測(cè)定與評(píng)估。SASW 法激發(fā)瑞雷波，通過頻譜分析方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)其傳播介質(zhì)的確定。在認(rèn)知SASW 法及其工作原理基礎(chǔ)上，重點(diǎn)從基礎(chǔ)工程土層特性評(píng)價(jià)、路基工程壓實(shí)度測(cè)試、地基承載力確定等方面對(duì)SASW 法的實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行探究。實(shí)踐證明，SASW 法在應(yīng)用中，其測(cè)定信號(hào)接收簡(jiǎn)單快速，整體測(cè)定精度較好，實(shí)踐應(yīng)用價(jià)值突出，其未來應(yīng)用前景較為廣闊。

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