瑞雷波檢測技術(shù)在強(qiáng)夯塊石地基中的應(yīng)用

高文信

(中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心云南總隊(duì)，云南 昆明 650031)

強(qiáng)夯處理含塊石人工填土是一種十分經(jīng)濟(jì)有效的地基處理方法，它不僅能提高地基土的強(qiáng)度，而且還能降低其壓縮性。采用瑞雷波檢測此類地基，不僅可以大范圍開展對地基加固效果的檢測，還可以用檢測數(shù)據(jù)評價(jià)場地均勻性及有效加固深度，同時(shí)也可以提供地基強(qiáng)夯后的有關(guān)參數(shù)。因此，瑞雷波在強(qiáng)夯地基檢測中得到廣泛應(yīng)用，它是一種集經(jīng)濟(jì)、快捷、可靠、適用性強(qiáng)于一身的測試技術(shù)。

1 瑞雷波測試原理及測試方法

1.1 測試原理

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

(1)在地震波形記錄中振幅和波組周期最大、頻率最小、能量最強(qiáng)；

(2)在不均勻介質(zhì)中瑞雷波波速度(VR)具有頻散特性，此點(diǎn)是面波勘探的理論基礎(chǔ)；

(3)由P波初至到瑞雷波初至之間的1/3處為S波組初至，且VR與VS具有很好的相關(guān)性，其相關(guān)式為：

(1)

式中：VS為剪切波波速，ν為泊松比。

(4)瑞雷波在多道檢波器收中具有很好的直線性，即一致的波震同相軸；

依據(jù)上述特性，通過測定不同頻率的瑞雷波波速度VR，即可了解地質(zhì)構(gòu)造的有關(guān)性質(zhì)并計(jì)算相應(yīng)地層的動(dòng)力學(xué)特征參數(shù)，達(dá)到對強(qiáng)夯地基處理效果檢測的目的。

1.2 測試方法

測試儀器采用綜合工程探測儀[1]，測試采用多道瞬態(tài)面波法，12道接收，道間距1m，偏移距6m，。測線布置采取首尾相接，連成直線，采用人工錘擊法激震(圖1)。

圖1 RayleighI波測試示意圖

2 工程概況及地基處理方案

2.1 場地工程地質(zhì)概況

某工程場地內(nèi)由于堆放施工棄碴，形成厚度大，結(jié)構(gòu)松散、空隙較大、級(jí)配很差的人工填土層，其地基巖土分布情況如下：

(1)第一層人工填土，呈灰綠、灰、灰黃色，松散，稍濕。填土主要由碎石、塊石構(gòu)成，成份為綠色中等風(fēng)化—微風(fēng)化玄武巖，粒徑大小不均，多為20mm～30mm，部分粒徑大于1m，混砂土10%～30%不等。厚度在6m左右。

(2)第二層卵(漂)石層：呈灰、灰黃、灰綠色，松散～稍密，稍濕～很濕。卵(漂)石成分為中等風(fēng)化玄武巖，少部分為強(qiáng)風(fēng)化紫紅色凝灰?guī)r、灰白色大理巖及灰綠色千枚巖等。磨圓度中等，形狀不規(guī)則，但多呈亞圓形及次棱角形，粒徑20mm～800mm、部分大于1m。細(xì)顆粒(包括砂粒、粉粒和粘粒)多為灰黃色，含量10%～30%。

2.2 地基處理方案

由于第一層人工填土分布于整個(gè)場地地表，該土層回填時(shí)間不長，結(jié)構(gòu)松散，孔隙較大，厚度大，采用施工工藝比較簡單、費(fèi)用相對較低的強(qiáng)夯進(jìn)行地基處理。強(qiáng)夯夯擊能為2000 kN·m，錘重14.7t，錘底直徑1.5m×1.5m，落距13.6m，點(diǎn)夯間距4.5m，三角形布置。

3 瑞雷波檢測強(qiáng)夯地基的結(jié)果的應(yīng)用

3.1 有效加固深度的確定

比較夯區(qū)夯前、夯后的剪切波波速(Vs)曲線，如圖2、圖3所示，深度小于6.00m，剪切波速夯后明顯提高，深度大于6.00m的夯前、夯后剪切波值變化很小，這表明絕大多數(shù)區(qū)域強(qiáng)夯有效影響深度為6.00m～7.00m(受場地人工填土含大塊石的影響，少部份區(qū)域強(qiáng)夯影響深度為4.00m～5.00m)。

3.2 地基均勻性評價(jià)

依夯后檢測數(shù)據(jù)，繪制強(qiáng)夯處理后的2.00m和6.00m深的剪切波等值線圖(圖4、圖5)。

強(qiáng)夯后地基2.00m深的剪切波速變化較小，波速均勻性較好，表明強(qiáng)夯后2.00m深度地基水平方向均勻性較好。強(qiáng)夯后地基6.00m深的剪切波速差異性較大，波速均勻性較差，表明強(qiáng)夯后6.00m深度地基水平方向均勻性較差。

圖4 強(qiáng)夯后2.00m深瑞雷波等值線圖(等高距為20m，比例尺1∶500)

圖5 強(qiáng)夯后6.00m深瑞雷波等值線圖(等高距為20m，比例尺1∶500)

圖4、圖5及場地所做的84點(diǎn)瑞雷波Vs曲線(圖3)表明，波速沿深度有遞減的趨勢，強(qiáng)夯地基淺層強(qiáng)夯效果明顯。

3.3 力學(xué)參數(shù)的計(jì)算

由瑞雷波原理可知，瑞雷波傳播速度與介質(zhì)的物理力學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)[4]-[7]，其傳播速度越大，承載力、壓縮模量值也就相應(yīng)地增大。地基承載力fk、變形模量E與剪切波速Vs之間服從指數(shù)相關(guān)關(guān)系，即：

fk=A·VsB

(2)

E=C·VsD

(3)

式中：A、B、C、D為土層系數(shù)，其值一般通過載荷試驗(yàn)結(jié)果、原位測試結(jié)果綜合確定。場地計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 力學(xué)參數(shù)計(jì)算表

3.4 地基沉降量的計(jì)算

該工程主控制樓采用獨(dú)立基礎(chǔ)，基底附加應(yīng)力σ=151.00kPa，基礎(chǔ)埋深1.00m，按文獻(xiàn)[8]的計(jì)算方法取H=7m來為地基沉降計(jì)算深度。圖2為主控制樓瑞雷波檢測波速(VR)與深度h的關(guān)系折線，表1中可知，場地的變形模量Es與瑞雷波波速VR之間的關(guān)系為：

(4)

沉降量計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 沉降量計(jì)算表

從而得到強(qiáng)夯地基在建筑物荷載作用下將產(chǎn)生的總沉降量：

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

4 結(jié) 語

用強(qiáng)夯方法處理含塊石人工填土的質(zhì)量檢測，采用傳統(tǒng)的鉆探、載荷試驗(yàn)、標(biāo)貫和動(dòng)力觸探盡管行之有效，但往往要花費(fèi)大量的時(shí)間和增加工程費(fèi)用，其可靠性低；若采用瑞雷波檢測，其測試技術(shù)簡單易行，測試信號(hào)受環(huán)境干擾較小，與傳統(tǒng)的檢測相結(jié)合能全面、直觀和快速地檢測強(qiáng)夯含塊石人工填土地基的加固處理效果，縮短強(qiáng)夯含塊石人工填土地基的檢測周期，降低檢測成本。采用瑞雷波檢測這類地基不但可以綜合評價(jià)地基沿水平方向和垂直方向的均勻性[4]，還可以進(jìn)一步確定地基土層的承載力、變形模量、地基沉降量等，因而瑞雷波檢測這類地基以其無與倫比的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益得到廣泛應(yīng)用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]西北電力設(shè)計(jì)院.DL/T 5159～2002 電力工程物探技術(shù)規(guī)定[S].北京：中國電力出版社，2002：121～126.

[2]董雪華，景朋濤，王西林.瞬態(tài)瑞雷波法在強(qiáng)夯效果檢測中的應(yīng)用[J].巖土工程技術(shù)，2003，(5)：261～264.

[3]楊健.工程場地地基土體參數(shù)的瑞雷波勘探研究[D].北京：中國地質(zhì)大學(xué)，2002.

[4]陳健，楊永波，張永.瑞雷波在塊石強(qiáng)夯地基質(zhì)量檢測中的應(yīng)用[J].工程地球物理學(xué)報(bào)，2005，2(5)：365～368.

[5]吳建利.強(qiáng)夯地基處理的綜合檢測[D].青島：中國海洋大學(xué)，2004.

[6]杜立志.瞬態(tài)瑞雷波勘探中的數(shù)字處理技術(shù)研究[D].長春：吉林大學(xué)，2005.

[7]工程地質(zhì)手冊編寫組.工程地質(zhì)手冊[M].第4版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005：274～277.

[8]中國建筑科學(xué)研究院.JGJ 79～2011 建筑地基處理技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2011：26～30.