摘要：近年来，多道瞬态面波法的快速发展具有快速、经济的特点，适用小场地等特点, 而且其测试成果直观。强夯法是建筑地基处理中常用的一种施工方法，施工简单，效果显著，造价低廉。为了评价地基强夯效果，经常采用平板荷载试验确定地基承载力，采用静力触探或动力触探试验确定地基的深度和均匀性。然而，这些传统试验只能得到地基的部分信息，不能全面、快速地评价地基处理效果。
关键词：多道瞬态面波法；强夯地基；检测；应用
强夯法是一种利用夯击锤自由落体来冲击地基并产生冲击能和振动能来加固地基的方法,基于这个原理,强夯法又被成为动力固结法。由于强夯法具有适用范围广、施工简便、经济实惠等优点,因而被广泛应用。
强夯法加固效果的检验一直以来是研究的热点问题,常用的检验方法是根据土性选用原位测试和室内土工试验。然而传统的检测方法费时费力,检测数量庞大,且会对地基造成不同程度的损坏,因此结合现场试验,利用多道瞬态面波法这一简便环保的无损检测方法来对强夯法的地基处理效果进行检测。
1检测原理及方法
面波在地球表层进行传播,其传播特点是同等波长能反映出地层岩性在水平方向的规律变化情况,而面波能采集浅层不同深度范围内的各种波长数据,因而能反映地层从浅到深不同深度范围内的地质变化情况。
多道瞬态面波法是利用瑞利面波在地下地层传播过程中,其振幅随深度衰减能量基本限制在一个波长范围内,某一面波波长的一半即为地层深度(半波长解释法),即同一波长的面波的传播特性反映地质条件在水平方向的变化情况,不同波长的面波的传播特性反映不同深度的地质情况。在地面通过锤击、落重或炸药震源,产生一定频率范围的瑞利面波,再通过振幅谱分析和相位谱分析,把记录中不同频率的瑞利波分离开来,从而得到Vr—f曲线或Vr—λ曲线,通过解释,获得地层深度及面波速度。
地震波按传播方式可以划分为三种类型:纵波、横波和面波。面波只在介质的表面传播,但其传播速度却与介质内部构造有着密切的关系,主要的面波有瑞雷波和勒夫波,目前主要是利用瑞雷波进行工程检测。
瑞雷波有三个与工程检测有关的主要特征:
⑴瑞雷波的传播速度主要由从介质的表面到半个波长的深度范围内的介质决定。⑵在非均匀介质中,瑞雷波具有频散性,即不同频率或波长的瑞雷波具有不同的传播速度。⑶瑞雷波的传播速度与介质的物理力学性质密切相关。根据以上三个特征,在工程应用中,可以通过对多道瑞雷波采集的数据进行处理分析,从而得到不同测点的频散曲线,再对各频散曲线的数据进行分析处理便可得到测试范围内岩土体的物理力学性质。
多道瞬态面波法数据采集时用锤击作为震源,产生一定频率范围的瑞雷波,同时在地面上沿波的传播方向,以一定的道间距Δx设置N个检波器,就可以检测到瑞雷波在N·Δx长度范围内的波长,设瑞雷波的频率为fi,相邻检波器记录到的瑞雷波的时间差为Δt或相位差ΔФ,则相邻道Δx长度内瑞雷波的传播速度如式⑴。
（1）
在满足空间采样定理的条件下,测量范围NΔx内平均波速如式⑵。
（2）
在同一勘探点测量出一系列频率fi的VRi值,就可以得到一条VR-f曲线,即所谓的频散曲线或转换为VR-λR曲线,λR为波长:λR=VR/f。
VR-f曲线或VR-λR曲线的变化规律与地下地质条件存在着内在的联系,通过对频散曲线进行反演解释,可得到地下某一深度范围内的地质构造情况和不同深度的瑞雷波传播速度VR值,另一方面,VR值的大小与介质的物理特性有关,据此可以对岩土的物理性质做出评价。一般而言,对于同一种介质,波速越大则说明该介质越为密实。
2工程应用
2.1工程概况
某建设项目总占地面积在36万平方米左右,场地主要由山前冲积平原以及低山残丘两个地貌单元构成,在填方区域软土层厚度超过了5米,因此在地基处理过程中需要先清除表层的淤泥质土以及种植土,而在进行地基加固处理时,最大的加固处理厚度达到了18米,而且有较多的大块开山石夹杂在不同深度的回填土层中,其粒径约为50cm左右。
由于场地面积较大,根据设计要求,在工程前期进行10000kN·m强夯试验研究。试验区面积20m×20m,点夯3遍,每遍夯击能级为10000kN·m,夯点间距为10m,锤重40t,落距25m。
2.2多道瞬态面波法现场检测方案
为检测强夯作用下地基的加固效果,在试验区内完成面波检测测线布置(夯前2条,每一遍夯后2条),每条测线包含7个检测点,共计14个检测点,以通过强夯加固前后面波波速的变化来确定加固效果。
检测前,通过调试确定了本次检测采用的系统参数为:4.5HZ低频检波器;道间距2米;偏移距4米;采样间隔0.125ms;采样长度1024点/道;记录道数24道;激发方式:20磅大锤敲击铁板。
图1多道瞬态面波法野外采集示意图
2.3检测结果分析
现场采集数据之后,按切除干扰波→拾取瑞雷波→频谱分析→频散曲线计算→频散曲线拟合等步骤进行处理,得到测点的波速随土体深度变化的频散曲线图。限于篇幅,选取夯击3遍后测线上具有代表性的测点1的频散曲线进行分析,见图2。
图2测点1波速频散曲线图根据图2可知,曲线变化规律,拐点清晰明了,说明处理后的数据较为可靠,多道瞬态面波法在进行强夯法地基处理效果检测时具有较好的适用性。随着土体深度的增加,波速也随之增大,由此可见随着土体的密实程度随着深度的增大而增加。土体深度从11.42米增加至12.41米,波速仅提高了2.6%,因此当土壤深度达到12米以后,波速增加的幅度较小,说明强夯法的有效加固深度为12米左右。
结论
多道瞬态面波法在进行强夯法地基处理效果检测时具有较好的适用性。强夯法在本工程中的有效加固深度约为12米。随着强夯遍数的增加,波速也不断增加,说明回填土经过强夯加固后,土体变得更为密实,说明利用强夯法在进行地基处理时具有较为明显的效果。根据强夯前后表面波试验结果和强夯后板载荷试验结果，建立了强夯后的表面波波速和剪切波速。根据压实度与地基承载力的大致转换关系，可以快速、准确、经济、有效地评价整个场地的强夯效果，分析强夯的影响深度，为下一步的设计和施工提供依据。
参考文献：
[1]刘艳军.多道瞬态面波法在爆破挤淤地基处理效果检测中的应用[J].科技资讯,2017(03):72-73.
[2]何立军,水伟厚,陈国民,夏学礼.多道瞬态面波法在强夯处理地基检测中的应用[J].工程勘察,2016(S1):292-297.
论文作者:杨勇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第34期
论文发表时间:2019/3/25
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