基于瞬態(tài)瑞利波技術(shù)的地基強(qiáng)夯質(zhì)量檢測(cè)評(píng)價(jià)

成卓舟

（山西建工建筑工程檢測(cè)有限公司， 山西 太原 030006）

0 引言

地基強(qiáng)夯技術(shù)是一種常見(jiàn)的地基處理方法，主要用于改善土質(zhì)，增加地基承載力。它通過(guò)高能量的沖擊來(lái)壓實(shí)土體，從而達(dá)到加固地基的目的。對(duì)于地基強(qiáng)夯工程的質(zhì)量準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，常見(jiàn)的技術(shù)包括現(xiàn)場(chǎng)靜載試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)觀測(cè)法和地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)等。這些方法能夠從不同角度評(píng)估強(qiáng)夯后地基的密實(shí)度、均勻性及承載力等關(guān)鍵指標(biāo)，確保工程的安全性和可靠性。瞬態(tài)瑞利波技術(shù)是一種利用地面波傳播特性進(jìn)行地下介質(zhì)探測(cè)的方法[1]。瞬態(tài)瑞利波由地表激發(fā)，能夠在地表附近的介質(zhì)中傳播，并通過(guò)分析這些波的傳播速度和衰減特性，來(lái)評(píng)估地下介質(zhì)的彈性模量、剪切模量等物理特性。由于瑞利波主要在地表附近傳播，因此這一技術(shù)特別適用于評(píng)估地基表層的特性。

基于瞬態(tài)瑞利波技術(shù)的地基強(qiáng)夯質(zhì)量檢測(cè)評(píng)價(jià)，是將瞬態(tài)瑞利波技術(shù)應(yīng)用于強(qiáng)夯地基的質(zhì)量檢測(cè)中。這種方法通過(guò)在地表布設(shè)接收器，激發(fā)瑞利波，并記錄波的傳播情況。通過(guò)對(duì)波速的測(cè)定和分析，可以非常精確地評(píng)估強(qiáng)夯后地基的密實(shí)度和均勻性。與傳統(tǒng)方法相比，基于瞬態(tài)瑞利波技術(shù)的評(píng)價(jià)方法具有無(wú)損、快速和高精度的特點(diǎn)，能夠提供更加直觀和全面的地基強(qiáng)夯質(zhì)量評(píng)估[2]。此外，該技術(shù)還可以幫助識(shí)別強(qiáng)夯處理區(qū)與未處理區(qū)之間的界面，以及強(qiáng)夯處理后可能存在的低密實(shí)區(qū)域，為工程質(zhì)量的進(jìn)一步提升提供科學(xué)依據(jù)。這就是說(shuō)，基于瞬態(tài)瑞利波技術(shù)的地基強(qiáng)夯質(zhì)量檢測(cè)評(píng)價(jià)，不僅能夠準(zhǔn)確評(píng)估強(qiáng)夯效果，還能夠?yàn)榈鼗幚砉こ烫峁└鼮榭茖W(xué)、合理的指導(dǎo)和參考。本文旨在基于瞬態(tài)瑞利波技術(shù)，深入探討地基強(qiáng)夯質(zhì)量的檢測(cè)與評(píng)價(jià)方法。

1 理論基礎(chǔ)

1.1 瞬態(tài)瑞利波特性

瞬態(tài)瑞利波是一種特殊類(lèi)型的波，是由地表激發(fā)，能夠在地表附近的介質(zhì)中傳播，可以通過(guò)分析這些波的傳播速度和衰減特性，來(lái)評(píng)估地下介質(zhì)的彈性模量、剪切模量等物理特性。瞬態(tài)瑞利波具有高頻率和短脈沖的特點(diǎn)，這使得其在地基土體中的傳播具有較高的分辨率，能夠捕捉到土體中微小的變化，包括密實(shí)度的變化、孔隙結(jié)構(gòu)的演變等，從而更精準(zhǔn)地評(píng)估地基強(qiáng)夯的效果。

1.2 瞬態(tài)瑞利波基本原理

瞬態(tài)瑞利波產(chǎn)生于短脈沖的激勵(lì)，通常依賴(lài)于地面的激發(fā)，如錘擊、使用震源設(shè)備產(chǎn)生的沖擊波等。這些激發(fā)方式能夠在地表產(chǎn)生能量，進(jìn)而激發(fā)瑞利波。瑞利波傳播時(shí)，會(huì)受到地下介質(zhì)性質(zhì)（如密度、彈性模量等）的影響，從而改變波速和衰減特性[3]。通過(guò)記錄不同位置處的波形，并分析這些波形的傳播特性，可以推斷出地下介質(zhì)的物理性質(zhì)，在檢測(cè)缺陷和特性的材料無(wú)損檢測(cè)方面發(fā)揮著重要作用。瞬態(tài)瑞利波的產(chǎn)生與傳播可用特定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行描述。

瞬態(tài)瑞利波的產(chǎn)生過(guò)程可表示為：

式中：

P(t)——隨時(shí)間變化的波壓力；

P0——初始波壓力；

α——衰減系數(shù)，描述波能量隨時(shí)間的衰減情況；

f——波的頻率；

t——時(shí)間。

瞬態(tài)瑞利波的傳播速度：

式中：

V——波的傳播速度；

β——波長(zhǎng)。

瑞利波的傳播可以通過(guò)瑞利方程描述，該方程是彈性波傳播的基本方程之一。對(duì)于橫波（S波）在半無(wú)限均勻介質(zhì)中的傳播，瑞利方程可以表示為：

式中：

VS——橫波的傳播速度；

G——介質(zhì)的剪切模量；

ρ——介質(zhì)的密度。

縱波（P波）的傳播速度VP與橫波的關(guān)系可以通過(guò)泊松比（σ）表示：

式中：

VP——縱波的傳播速度；

K——介質(zhì)的體積模量。

泊松比σ與剪切模量G和體積模量K之間的關(guān)系為：

瞬態(tài)瑞利波在地基強(qiáng)夯質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，關(guān)鍵在于對(duì)其基本原理的深入理解及有效利用。通過(guò)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)波的傳播路徑和特性的變化，不僅能夠?qū)崟r(shí)評(píng)估地基的質(zhì)量狀況，還能對(duì)地基的整體穩(wěn)定性進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控。這種方法提供了一種非破壞性檢測(cè)手段，能夠在不干擾地基現(xiàn)狀的情況下，準(zhǔn)確地判斷強(qiáng)夯工程的效果[4]。

2 地基強(qiáng)夯質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用試驗(yàn)

2.1 工程概況

以某城市中心的工地地基強(qiáng)夯工程為例，基于瞬態(tài)瑞利波技術(shù)對(duì)地基強(qiáng)夯質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)評(píng)價(jià)。該工地地質(zhì)情況包括填土層和砂卵石層，相關(guān)試驗(yàn)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 工程區(qū)土層性質(zhì)相關(guān)指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)布置

試驗(yàn)場(chǎng)地的面積為40m×40m，分別標(biāo)注場(chǎng)地1#和2#，夯錘重量為40t，夯錘落距分別為14m、8.5m，夯點(diǎn)間距為5.0m×5.0m。場(chǎng)地1#和2#的點(diǎn)夯能級(jí)分別為5000kN·m 和3000kN·m，滿(mǎn)夯能級(jí)為1000kN·m，單點(diǎn)擊數(shù)分別為9和7。

采取載荷試驗(yàn)、瑞利波測(cè)試、孔內(nèi)剪切波速測(cè)試以及標(biāo)準(zhǔn)貫入試驗(yàn)等方法，動(dòng)態(tài)把控在不同夯擊次數(shù)和落錘重量下的沉降規(guī)律，得出強(qiáng)夯影響深度。結(jié)合試驗(yàn)位置的工作效能、施工周期和場(chǎng)地環(huán)境，設(shè)計(jì)布置3條測(cè)線(xiàn)，通過(guò)采集強(qiáng)夯點(diǎn)位的強(qiáng)夯前后參數(shù)，確定穿過(guò)原位測(cè)試點(diǎn)的瑞利波測(cè)線(xiàn)所顯示的數(shù)據(jù)。在所布置的試驗(yàn)點(diǎn)位處，將檢波器頻率設(shè)定為4Hz、偏移距設(shè)定為5m、道間距設(shè)定為1m。震源的選擇要經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)而定，最終確定為24磅的鐵錘[5]。

3 地基強(qiáng)夯質(zhì)量檢測(cè)評(píng)價(jià)

提取出不同深度地層強(qiáng)夯前后瑞利波速度的變化情況，見(jiàn)表2及表3所示。

表2 1#試驗(yàn)場(chǎng)地強(qiáng)夯前后瑞利波速度變化對(duì)比

表3 2#試驗(yàn)場(chǎng)地強(qiáng)夯前后瑞利波速度變化對(duì)比

經(jīng)分析，在1#試驗(yàn)場(chǎng)地，大部分深度下，夯后的瑞利波速度相較夯前的有所增加，這表明強(qiáng)夯處理可能對(duì)地層的密實(shí)度產(chǎn)生影響。在深度為4m至8m范圍內(nèi)，瑞利波速度明顯增加，深度為6m時(shí)，1-1檢測(cè)點(diǎn)夯后瑞利波速度的增幅為23%，1-6檢測(cè)點(diǎn)的增幅為20%。在深度為2m至6m的范圍內(nèi)，1-1檢測(cè)點(diǎn)的增幅相對(duì)較高，而1-6檢測(cè)點(diǎn)的增幅相對(duì)較低。在2#場(chǎng)地中，深度為4m至6m范圍內(nèi)，夯后瑞利波速度也呈現(xiàn)明顯增加。

兩個(gè)場(chǎng)地在深度為4m至8m的范圍內(nèi)都表現(xiàn)出相似的趨勢(shì)，但在某些深度和檢測(cè)點(diǎn)上存在差異。例如，在深度為6m時(shí)，1#的1-6檢測(cè)點(diǎn)增幅為20%，而2#的2-6檢測(cè)點(diǎn)增幅為11%。這種差異可能是因?yàn)榈刭|(zhì)構(gòu)成或強(qiáng)夯處理技術(shù)存在差異。對(duì)于1#和2#場(chǎng)地，在深度為4m至8m之間，平均增幅分別為15%和13%。

圖1為2#試驗(yàn)場(chǎng)地2-5測(cè)試點(diǎn)強(qiáng)夯前后瑞利波速度隨深度的變化，可以發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)夯后的瑞利波速度較強(qiáng)夯前有了很大程度的提高，證明地基土的密實(shí)度得到了一定程度的提高，也表明地層深度對(duì)速度有顯著影響[6]。

圖1 2#試驗(yàn)場(chǎng)地2-5測(cè)試點(diǎn)強(qiáng)夯前后面波聲速隨深度的變化曲線(xiàn)對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在深入研究了瞬態(tài)瑞利波的基本原理和特性的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)工程概況和試驗(yàn)布置的詳細(xì)分析，系統(tǒng)性地進(jìn)行了地基強(qiáng)夯質(zhì)量檢測(cè)評(píng)價(jià)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)基于瞬態(tài)瑞利波技術(shù)的地基強(qiáng)夯質(zhì)量檢測(cè)評(píng)價(jià)方法不僅在理論上有著堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而且通過(guò)實(shí)際工程的檢測(cè)應(yīng)用，取得了令人滿(mǎn)意的效果，表明基于瞬態(tài)瑞利波技術(shù)對(duì)地基強(qiáng)夯質(zhì)量進(jìn)行的檢測(cè)評(píng)價(jià)具備可行性和有效性。