波速測試在高層建筑地基勘察中的應用

【摘要】波速測試是研究巖石各項物理力學參數(shù)的重要方法。本文首先針對波速測試技術進行簡要分析，其后以單孔法為例詳細探討了波速測試在巖土勘察中的應用要點，最后圍繞案例闡述了波速測試在高層建筑地基勘察中的應用情況，以期可供參考。

【關鍵詞】波速測試;高層建筑;地基勘察;應用要點? ? ? ? ? 【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.34.067

1、引言

聲波速度是反映工程材料物理力學性能的重要指標。由于巖石中所含的礦物成分、節(jié)理、裂隙等各不相同，對聲波速度的影響也不相同。因此，波速測試被廣泛應用于巖石和巖體工程的宏觀參數(shù)測定、質量評價等領域，本文主要就高層建筑地基勘察中波速測試的應用展開詳細分析。

2、波速測試技術概述

波速測試是巖土工程勘察的一種原位測試方法，用于測定場地內(nèi)各類巖土層的壓縮波、剪切波的波速值。巖石的聲波速度與礦物成分、結構、孔隙、裂隙、應力狀態(tài)等均有密切關系，是反映工程巖體物理力學性質的重要指標。而巖石的強度是巖石礦物成分和結構的宏觀力學體現(xiàn)，是工程中最常用的力學強度參數(shù)，直接影響到工程建設。

波速測試方法分為單孔法、跨孔法或面波法，各測試方法對比見表 1。單孔法測試裝置簡單且測試效率高、成本低，故在實際工作中一般采用單孔法。通過錘擊木板，使木板與地面發(fā)生錯動，產(chǎn)生剪切波，并在鉆孔內(nèi)不同深度接收向下傳遞的剪切波。通過計算獲取各地層的地震波傳播時間和相應的接收深度，即可計算出各地層波速值。

3、波速測試在巖土勘察中的應用要點

本文以常用的波速測試單孔法為例，對其在巖土工程勘察中的應用展開分析。

3.1現(xiàn)場布置

對于單孔法，采用地面激發(fā)彈性波，孔內(nèi)三分量檢波器接收的方式進行測試，具體如下圖1所示。

（1）震源裝置及激發(fā)。①剪切波震源：單孔法震源可采用爆破、彈簧式S波、敲擊木板等方法。其中最常用的是敲擊木板，即采用正反向錘擊木板的方式激發(fā)，要求孔口與木板中心連線與模板長邊垂直，孔口與木板的間距宜為1～3m;壓板重物不宜小于 500kg，使木板和地面耦合良好。②縱波震源：要求激發(fā)能最大和重復性好，常用的是用重錘錘擊放在地表的圓鋼板，以產(chǎn)生縱波。

（2）接受裝置?？變?nèi)探頭采用三分量檢波器，其中一個垂向檢波器接收壓縮波，另外兩個水平檢波器接收剪切波。一般采用氣囊式或彈簧式裝置使探頭緊貼孔壁，測點間距一般為 1m，自下而上進行測量。

（3）現(xiàn)場波形判別。在現(xiàn)場工作中應對采集到的波形鑒別，具體根據(jù)剪切波和壓縮波的特點將其區(qū)分：①壓縮波速度較快，同一深度的壓縮波總是先于剪切波到達。②壓縮波能量少，因此振幅較小;剪切波能量大，振幅高。同時，剪切波是正反兩個方向激發(fā)，這兩個方向錘擊獲得的剪切波相位應相差 180°，而壓縮波即使正反敲擊其相位不變。

3.2數(shù)據(jù)處理

波速測試中的數(shù)據(jù)處理包括：巖土層的層速度計算、等效剪切波速計算、動力參數(shù)計算。其中，等效剪切波速計算時應首先確定計算深度，具體按相關規(guī)范選擇計算方法，并由此計算出剪切波在地面至計算深度之間的傳播時間，然后計算出等效剪切波速。

4、實例探析波速測試在高層建筑地基勘察中的應用

4.1工程概況

某工程包括多棟多層及高層住宅，高層建筑采用剪力墻結構。根據(jù)勘察報告，場地土自上而下如下表2所示。其中，⑤1全風化火成巖、⑤2強風化火成巖、⑤3中風化火成巖，主要礦物成分有石英、長石及長石風化物、少量云母及閃長石等，巖體基本質量等級Ⅴ～Ⅳ級。

4.2波速測試方案

按照相關規(guī)程，本次共完成22個孔的波速測試工作，完成測試孔工作量及技術參數(shù)如下：（1）B1：鉆孔、測試深度60.0m，采集點數(shù)量60個;（2）B2：鉆孔、測試深度分別為53.0、52.0m，采集點數(shù)量52個;（3）B3：鉆孔、測試深度分別為46.5、46.0m，采集點數(shù)量46個;（4）B4、B5、B6、B8：鉆孔、測試深度47.0m，采集點數(shù)量47個;（5）B7、B17：鉆孔、測試深度46.0m，采集點數(shù)量46個;（6）B9：鉆孔、測試深度56.0m，采集點數(shù)量56個;（7）B10、15、18：鉆孔、測試深度52.0m，采集點數(shù)量52個;（8）B11：鉆孔、測試深度分別為49.5、49.0m，采集點數(shù)量49個;（9）B12：鉆孔、測試深度48.0m，采集點數(shù)量48個;（10）B13、21：鉆孔、測試深度58.0m，采集點數(shù)量58個;（11）B14：鉆孔、測試深度59.0m，采集點數(shù)量59個;（12）B16：鉆孔、測試深度56.0m，采集點數(shù)量56個;（13）B19、B20、B22：鉆孔、測試深度44.0m，采集點數(shù)量44個。

4.3剪切波速測試成果

4.3.1剪切波速數(shù)據(jù)

所有鉆孔的剪切波速數(shù)據(jù)如圖2所示。

基于剪切波速測試數(shù)據(jù)，可反算得到各土層的剪切波速平均值，見表3。

4.3.2場地類別判定

本場地覆蓋層厚度<50m，根據(jù)建筑抗震設計規(guī)范，單孔場地類別判定結果如下：（1）Ⅱ類場地：B2～17、B21，20m等效剪切波速依次為212、170、182、160、173、182、187、163、169、160、191、185、157、175、151、152、200m/s;（2）Ⅲ類場地：B1、B18～20、B22，20m等效剪切波速依次為149、150、148、137、142m/s。

結語：

綜上所述，波速測試在巖土工程勘察中是一種常用方法，具有工作效率高、資料處理快速，成本較低等特點。在高層建筑地基勘察中，通過波速測試可獲得的場地內(nèi)各巖土層的剪切波速、場地等效剪切波速，是場地土類型劃分、場地類別劃分、確定設計特征周期和建筑抗震設防烈度調整的依據(jù)，可為后續(xù)施工奠定堅實的基礎。

參考文獻：

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作者簡介：

鄒霖 （1976-），男，湖南祁東人，工程師，本科，工作方向：巖土勘察。