瞬态瑞雷波法在复合地基评价中的应用
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摘要：瞬态瑞雷波法是一种新兴的物探方法，其主要思想是利用其频散特性来进行地层的速度分层，反应浅层地质问题，进而对地层进行划分、确定地基的持力层、划分软弱地层的埋深和范围等。本文简要介绍了瞬态瑞雷波法的基本原理和野外工作技术方法，阐述了瞬态瑞雷波法在评价复合地基处理效果、确定复合地基的承载力方面上与传统检测方法相比的优点。
关键词：瞬态瑞雷波法、复合地基、静载试验
1、前言
复合地基一般是指天然地基的一部分或全部被人工置换或被加强的人工地基，这部分加强体与原地基在基础下共同承担外部荷载并协调变形。在工程中常用换填、强夯、振冲碎石桩、灰土桩、CFG桩、高压喷射注浆等方式来加固地基。经过处理的地基本身的物理学性质得以改善，但需要经过处理前后的检测才能判定是否达到了要求的标准。瞬态瑞雷波法做为一种新兴的物探方法，能在检测评价复合地基的加固效果中获得良好的效果。
2、瞬态瑞雷波法的工作原理
瑞雷波沿地表层传播，表层的厚度约为一个波长，因此，同一波长的瑞雷波的传播特性反映了地质条件在水平方向的变化情况，不同波长的瑞雷波的传播特性反映着不同深度的地质情况。在地面上沿波的传播方向，以一定的道间距Δx设置N+1个检波器，就可以检测到瑞雷波在NΔx长度内的传播过程，设瑞雷波的频率为fi，相邻检波器记录的瑞雷波的时间差为Δt或相位差为Δφ，则相邻道Δx长度内瑞雷波的传播速度为：
VR=Δx/Δt或 VR=2πfiΔx/Δφ
测量范围NΔx内平均速度为：
或
在同一地段测量出一系列的VR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联系，通过对频散曲线进行反演结果，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，据此可对岩土的物理性质做出评价。
3、瞬态瑞雷波法的野外工作技术方法
由于瞬态瑞雷波法是通过不同波长的面波来反映不同深度的介质，并通过瞬态瑞雷波的速度来描述不同地层的物理力学性质的，因此要根据不同勘探目的，选取适当的激发、接受方式来采集参数。瞬态瑞雷波法的工作示意图见下图（图1）。
1）道间距、偏移距的确定
道间距与偏移距主要根据勘探分辨率和深度来确定。一般勘探深度浅时，道间距及偏移距要小，反之，则要大。在岩土工程勘察中一般要求道间距Δx应小于2倍的勘探分辨率，偏移距应为勘探深度的1/2至1/3。
2）排列长度的确定
排列长度受仪器道数、道间距等因素限制，一般要求为勘探深度的1.5～2倍。
3）记录长度、采样间隔的 确定
在瞬态瑞雷波勘探中，采样间隔与勘探深度有关，对于浅层宜采用较高的采样率，反之，应采用较低的采样率以增加低频段的频道数，达到提高深层的分辨率。记录长度可根据瑞雷波群速度和最大偏移距来确定，以时间剖面上最远道的瑞雷波开始出露在记录上长度的1/2～1/3为宜。
4）激发因素
震源的选择，主要以满足勘探深度为目的，同时要考虑场地条件、操作方便问题。目前，瞬态瑞雷波法采用的震源主要有大锤、落锤和炸药，一般要求随着勘探深度的增加，震源的激震能量也要增加，激震频率要减小。
5）检波器
在瞬态瑞雷波勘探中，选择合适频率的检波器非常重要。在岩土工程勘察中，使用10Hz的检波器，一般可以完成30m以内的勘探目的层要求，为了增大勘探深度，应采用更低频率的检波器。
传统的复合地基承载力的检测方法是静载试验，它是利用堆载或锚桩等反力装置，由千斤顶施力于复合地基，并记录被测对象的位移变化，由此获得力与位移曲线或位移时间曲线等资料，然后按相关规范确定符合地基的极限承载力。这种检测方法存在一定的劣势，如检测时间长、设备沉重及检测成本高。但是，如果利用瞬态瑞雷波法对加固前后的场地进行检测，然后对瑞雷波频散曲线进行对比分析即可得到处理前后地基土剪切波速的提高率，即承载力的提高，就可以大大提高检测速度且降低了检测费用，并能对复合地基承载力做出范围估计。
例如，复合地基中的强夯法是利用强大的夯击能给地基一冲击力，并在地基中产生冲击波，在冲击力作用下，夯锤对上部土体进行冲切，土体结构破坏，形成夯坑，并对周围土进行动力挤压。强夯复合地基检测要求检测项目有强夯影响的深度以及岩土体在强夯前后承载力的提高，对于特殊项目还要求地基强夯的均匀程度等指标。在强夯地基的检测中，传统方法由于受到场地条件的限制往往不能满足测试要求，例如场地过于坚硬，无法钻孔取样；需要保持场地的完整性等等。利用瞬态瑞雷波法这种无损检测手段，在测试过程中不需要钻孔配合，同时又能够进行大面积普查工作，为实现被检测场地均匀性的三维评价提供了可能。
5、结束语
瞬态瑞雷波法检测复合地基与传统的静载试验方法比较具有以下优点：
1）可以进行大面积布设测点，做到对复合地基的大面积普查，使检测的质量大大的提高，并且能节省大量的检测成本；
2）无需钻孔，在岩土体原位状态下就能进行测试，更加满足工程实际的工作需要；
3）检测所提供的参数可进行综合分析，从不同的角度评价地基处理效果，例如做完复合地基前后的地基承载力变化、地基加固的是否均匀等等；
4）对于一些传统方法无法进行的项目可进行检测。
参考文献
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