瑞雷波法在强夯地基检测中的应用

1、瑞雷波法在强夯地基检测中的应用耿光旭 胡晓光(深圳市地质局 深圳 )1 前言 强夯法是一种十分经济有效的地基处理方法。它不仅能提高地基的强度并降低其压缩性，而且还有改善其抵抗液化的能力。在沿海地区，填海工程和低丘整平地基处理中，大量使用强夯法。强夯地基的承载力及在强夯效果的检测中十分重要。本文通过瑞雷波法的理论探讨以及多个工程中与压板试验、钻探标贯、室内土工试验的对比，证明瑞雷波法不仅可以检测出强夯地基加固深度、影响深度，而且可以推测出地基承载力和变形模量。2 瑞雷波检测原理 瑞雷波法是一种利用瑞雷波的运动学特征和动力学特征来进行工程质量检测及工程地质勘察的地球物勘探方法。21 瑞雷波与工程质

2、量检测 在自由界面(如地面)上进行竖向激振时，均会在其表面附近产生瑞雷波，而瑞雷波有3个与工程质量检测有关的主要特征： (1) 在分层介质中，瑞雷波具有频散特性。 (2) 瑞雷波的波长不同，穿过深度也不同。 (3) 瑞雷波的传播速度与介质的物理力学性质密切相关。 研究证明，瑞雷波能量约占整个地震波能量的67%，且主要集中在地表下个波长范围内，而传播速度代表着半个波长(/2)范围内介质震动的平均传播速度。因此一般认为瑞雷波法的测试深度为半个波长，而波长与速率及频度有如下关系： 设瑞雷波的传播速度为Vr，频率为fK，则波长为 =Vr/ fK当速度不变时，频率越低，测试深度就越大。 瑞雷波检测方法分

3、为瞬态法和稳态法两种。这两种方法的区别在于震源不同。瞬态法是在激震时产生一定频率范围的瑞雷波，并以复频波的形式传播；而稳态法是在激震时产生相对单一频率的瑞雷波，并以单一频率波的形式传播。我们在强夯检测项目中采用的是瞬态瑞雷波法。 现场数据采集采用纵排列接收瑞雷波。首先做现场试验，根据场地情况，选择合适的工作参数，如偏移距、道间距、记录长度、采集间隔等。22 室内资料处理主要内容 (1) 对道间波形进行互相关 (2)(2) 对r21做Fourier变换，得R21(f)|R21(f)| (3) (3) 由R21(f)得(f)。 (4) 用Vr=2fX/，计算不同频率的瑞雷波速。 (5) 绘制瑞雷波

4、频散曲线。 (6) 根据频散曲线计算分层速度与深度。3 工程实例31 基本概况 1997年至1999年我们在深圳、珠海及其珠江三角洲地区进行了数十例强夯复合地基检测工作。检测总面积达30余万m2。其强夯目的是进行填土地基处理，主要为港口码头，核电站、飞机场、工业厂房、民用建筑服务。地基基岩主要有花岗岩、大理岩、砂岩、混合岩等。填土主要有素填土、杂填土、块石、冲洪积粉质粘土、残积粘土、强风化岩等。填土深度范围0.518m左右，强夯能量为1000kNm6000kNm，夯点间距35m，等边三角形布置，夯锤直径1.52.5m，一般为普夯二遍，满夯一遍，夯后进行振动碾平，设计承载力一般要求为180250

5、kPa。压缩模量Es一般要求为6.08.0MPa，变形模量Eo一般要求为1830MPa。强夯复合地基上往往使用浅基础，对地基的均匀性和有效加固深度十分敏感。32 检测方法 考虑到强夯后超净孔隙水压力消散时间，一般情况下在强夯结束后34周，我们进场检测。检测方法主要有瑞雷波法、静载试验法、以及钻探标贯和其他原位测试方法。首先进行瑞雷波法，通过大范围的快速测试，掌握地基承载力分布情况、地基均匀性以及强夯加固深度、影响深度范围。在此基础上，寻找其相对薄弱部位，用二种以上的传统方法进行验证。其一为大压板试验，底板面积为22 m233 m2，以便了解较深范围地基土的承载力和变形模量，其二为钻探取土标贯，

6、填土中每2m取一个土样，每1m进行一次标准贯入试验，以掌握垂直方向的地基承载力分布情况，强夯加固深度和影响深度。后二种方法主要是对前一种方法进行验证，对比分析该场地的瑞雷波速和地基承载力的相关关系。 瑞雷波法按格网式分布，重点穿过拟建建筑物基础的主要特征受力部位，一般测线间距取56m，测点间距取2m左右，兼顾强夯墩上和墩间分布，偏移距取26m (场地越硬，可取大些；越软，取小些)。震源3050kg锅底锤，检波器自振频率428Hz，仪器记录时间长度取2002000ms。33 实 例 现以深圳市中兴花园为例说明，该场地为山沟填土整平形成，测试区域填土深度约15m，强夯能量为6000kNm。本场地先

7、后做了瑞雷波法，钻探标贯试验和3m3m大压板静载试验。 图2为该场地的瑞雷波测试原始记录。该记录偏移距4m，道间距2m，32kg锤1.5 m高自由下落激发，记录波形规则，背景安静。图3为该记录经计算机处理后所得的频散曲线。由图可见，瑞雷波频散曲线规则，拐点清楚。02m深度范围内，波速为260ms-1，36m波速220ms-1，69m波速为200ms-1，916m波速为190205ms-1。解释加固深度9m，影响深度为16m。 图4为该处所做钻探标贯曲线。由图可见，013m范围内修正后的标贯击数为14.826.8击，室内土工试验压缩模量为58MPa，内摩擦角15左右，凝聚力为36kPa左右。图5

8、为在该钻探点所作静载试验曲线。该点按设计承载力1.5倍加荷，实测承载力fK250kPa，变形变量Eo34.02MPa，换算压缩模量Es=8.5MPa。34 分 析 由图2图5可见，瑞雷波频散曲线可以直接反映强夯复合地基的加固深度、影响深度，并与钻探标贯和静载试验结果一致。通过大量统计对比，我们总结出了如下的经验公式： N63.51.779 10-3 (4)式中，Vr单位为ms-1，N63.5为标贯击数，统计件数为86件，相对系数r=0.95。 fK2.777 (5)式中，fK单位为kPa，统计件数94件，相关系数r=0.85。 Eo9.43 10-5 (6)式中，Eo单位为MPa，统计件数62

9、件，相关系数为r0.83。上述三个经验公式曲线见图6、图7、图8。 由图6可见，瑞雷波速与标贯试验具有较好的相关性。以理论上分析，当地基土较密实，较硬时，标贯击数N值较高，波速Vr也较高。反之，N值较低，Vr也较低。只有当地基土含定量的填石时，N值离散性加大，Vr却代表了一种整体平均效应。不言而喻，当填石太多时瑞雷波法比钻探法具有更大的优越性。由图7可见，瑞雷波速与地基承载力也有较好的相关性。波速的高低反映了其介质的致密程度或固结程度，大范围的固结效果与承载力也有直接关系。相对压板试验来说，瑞雷波法具有更加快速、廉价、范围广、代表性强的特点。由图8可见，瑞雷波速与地基土变形模量也有相关关系。相比图7而言，Eo与Vr的变化显得比fK还要灵敏。其原因是，强夯复合地基往往在地表形成一层硬壳，而压板试验得出的结果与浅部1.52倍压板直径范围有关，而我们所取的波速则是整个强夯加固地基有效厚度范围的平均速度。 值得指出的是，这种递推式的经验方法有其使用有局限性，应该在具体地区做出具体的对比试验，建立合适的相关关系。这样，不仅有利于解决强夯复合地基的均匀性问题，而且对解决地基的承载力问题也是十分有用的。4 结 论(1) 瑞雷波法解决强夯加固地基质量的检测问题是十分有效的。它不仅可以检测大范围