波速測(cè)試在高層建筑地基勘察中的應(yīng)用

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

【關(guān)鍵詞】波速測(cè)試;高層建筑;地基勘察;應(yīng)用要點(diǎn)? ? ? ? ? 【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(xué)性能的重要指標(biāo)。由于巖石中所含的礦物成分、節(jié)理、裂隙等各不相同，對(duì)聲波速度的影響也不相同。因此，波速測(cè)試被廣泛應(yīng)用于巖石和巖體工程的宏觀參數(shù)測(cè)定、質(zhì)量評(píng)價(jià)等領(lǐng)域，本文主要就高層建筑地基勘察中波速測(cè)試的應(yīng)用展開詳細(xì)分析。

2、波速測(cè)試技術(shù)概述

波速測(cè)試是巖土工程勘察的一種原位測(cè)試方法，用于測(cè)定場(chǎng)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(jié)構(gòu)、孔隙、裂隙、應(yīng)力狀態(tài)等均有密切關(guān)系，是反映工程巖體物理力學(xué)性質(zhì)的重要指標(biāo)。而巖石的強(qiáng)度是巖石礦物成分和結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)體現(xiàn)，是工程中最常用的力學(xué)強(qiáng)度參數(shù)，直接影響到工程建設(shè)。

波速測(cè)試方法分為單孔法、跨孔法或面波法，各測(cè)試方法對(duì)比見表 1。單孔法測(cè)試裝置簡(jiǎn)單且測(cè)試效率高、成本低，故在實(shí)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(cuò)動(dòng)，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(jì)算獲取各地層的地震波傳播時(shí)間和相應(yīng)的接收深度，即可計(jì)算出各地層波速值。

3、波速測(cè)試在巖土勘察中的應(yīng)用要點(diǎn)

本文以常用的波速測(cè)試單孔法為例，對(duì)其在巖土工程勘察中的應(yīng)用展開分析。

3.1現(xiàn)場(chǎng)布置

對(duì)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(jìn)行測(cè)試，具體如下圖1所示。

（1）震源裝置及激發(fā)。①剪切波震源：?jiǎn)慰追ㄕ鹪纯刹捎帽啤椈墒絊波、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(zhǎng)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(fù)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。孔內(nèi)探頭采用三分量檢波器，其中一個(gè)垂向檢波器接收壓縮波，另外兩個(gè)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(cè)點(diǎn)間距一般為 1m，自下而上進(jìn)行測(cè)量。

（3）現(xiàn)場(chǎng)波形判別。在現(xiàn)場(chǎng)工作中應(yīng)對(duì)采集到的波形鑒別，具體根據(jù)剪切波和壓縮波的特點(diǎn)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(dá)。②壓縮波能量少，因此振幅較小;剪切波能量大，振幅高。同時(shí)，剪切波是正反兩個(gè)方向激發(fā)，這兩個(gè)方向錘擊獲得的剪切波相位應(yīng)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(cè)試中的數(shù)據(jù)處理包括：巖土層的層速度計(jì)算、等效剪切波速計(jì)算、動(dòng)力參數(shù)計(jì)算。其中，等效剪切波速計(jì)算時(shí)應(yīng)首先確定計(jì)算深度，具體按相關(guān)規(guī)范選擇計(jì)算方法，并由此計(jì)算出剪切波在地面至計(jì)算深度之間的傳播時(shí)間，然后計(jì)算出等效剪切波速。

4、實(shí)例探析波速測(cè)試在高層建筑地基勘察中的應(yīng)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(jié)構(gòu)。根據(jù)勘察報(bào)告，場(chǎng)地土自上而下如下表2所示。其中，⑤1全風(fēng)化火成巖、⑤2強(qiáng)風(fēng)化火成巖、⑤3中風(fēng)化火成巖，主要礦物成分有石英、長(zhǎng)石及長(zhǎng)石風(fēng)化物、少量云母及閃長(zhǎng)石等，巖體基本質(zhì)量等級(jí)Ⅴ～Ⅳ級(jí)。

4.2波速測(cè)試方案

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

4.3剪切波速測(cè)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(cè)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(chǎng)地類別判定

本場(chǎng)地覆蓋層厚度<50m，根據(jù)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，單孔場(chǎng)地類別判定結(jié)果如下：（1）Ⅱ類場(chǎng)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(chǎng)地：B1、B18～20、B22，20m等效剪切波速依次為149、150、148、137、142m/s。

結(jié)語：

綜上所述，波速測(cè)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(diǎn)。在高層建筑地基勘察中，通過波速測(cè)試可獲得的場(chǎng)地內(nèi)各巖土層的剪切波速、場(chǎng)地等效剪切波速，是場(chǎng)地土類型劃分、場(chǎng)地類別劃分、確定設(shè)計(jì)特征周期和建筑抗震設(shè)防烈度調(diào)整的依據(jù)，可為后續(xù)施工奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：

鄒霖 （1976-），男，湖南祁東人，工程師，本科，工作方向：巖土勘察。