1.前言

　　隨著國家在新疆、內蒙區域經濟振興規劃，該區域經濟建設有跨越性發展，相應的工程建設相當多，區域地層多以風成黃土、風成砂土為主，處理面積超大(多為50~150萬m2以上)，廣泛采用的地基處理方式為強夯法，選擇一種經濟適用、技術可靠并成功實踐應用的強夯地基檢驗手段是十分必要的。本文主要通過瑞雷波法的理論探討以及多個工程檢測應用實例，驗證瑞雷波法在超大面積強夯檢驗(加固深度、均勻性、密實度)中的技術可靠、經濟適用性，以及瑞雷法在工程性質評價(地基承載力、變形模量、推算橫波、地震液化)中的應用研究。

　　2.瑞雷波檢測原理

　　瑞雷波法是一種利用瑞雷波的運動學特征和動力學特征來進行工程質量檢測及工程地質勘察的地球物理勘探方法，瑞雷面波沿地表傳播時，穿透深度相當于它波長，均勻介質中瑞雷波傳播速度與頻率無關，非均質介質中傳播速度隨頻率改變而變化，根據不同振動頻率的震源產生不同波長的瑞雷波，可以得到不同穿透深度的瑞雷波速值，借此評價地質體或進行地質分層，瑞雷波檢測方法分為瞬態法和穩態法兩種。這兩種方法的區別在于震源不同。瞬態法采用錘擊法，產生一定頻率范圍的瑞雷波，并以復頻波的形式傳播;而穩態法是在激震時產生相對單一頻率的瑞雷波，并以單一頻率波的形式傳播。

　　2.1 瑞雷波與工程質量檢測

　　在自由界面(如地面)上進行豎向激振時，均會在其表面附近產生瑞雷波，研究證明，瑞雷波能量約占整個地震波能量的67%，振幅隨深度按指數衰減 影響深為一個波長，能量主要集中在半個波長范圍，故某個波長相速度基本上等于半個波長范圍內各地層橫波相速度加權平均值，因此一般認為瑞雷波法的測試深度為半個波長，當速度不變時，頻率越低，測試深度就越大。現場數據采集采用縱排列接收瑞雷波。首先進行試驗檢測，根據場地情況，選擇合適的工作參數，如偏移距、道間距、記錄長度、采集間隔等。

　　2.2 室內資料處理

　　(1) 用Vr=2πfΔX/Δφ，計算不同頻率的瑞雷波速。

　　(2) 繪制瑞雷波頻散曲線。

　　(3) 根據頻散曲線計算分層速度與深度。

　　2.3瑞雷波檢測推廣

　　將測試深度范圍內瑞雷波速值與同條件下靜載試驗、標貫/動探指標、土工試驗指標進行對比分析，得出其相關性，然后再整個工程建設場地檢測中應用推廣。

　　3.工程應用實例

　　3.1基本概況

　　在內蒙、新疆區域風成砂土地層上進行了多項強夯地基檢測工作，檢測總面積達260余萬m2。強夯的主要目的是調整地基土不均勻性、增強密實度、提高地基土(風成砂土)的承載力及變形模量，主要為甲醇、二甲醚、煤制油、烯烴等工業項目相關廠房、設備基礎、生活服務設施等，地層條件主要以分成砂土為主，厚度7~10m，中間夾有粉土、粉粘等，地基強夯能級為4000kN·m～6000kN·m，夯點間距6m，正方形布置，夯錘直徑2.5m，兩遍主夯，第二遍主夯在第一遍主夯四個點中心，滿夯一遍，能級2000KN.M，每點3擊，搭接1/4夯錘直徑，整平后直接作為地基持力層，設計承載力要求為200～250kPa，壓縮模量Es要求為8.0～10.0MPa。

　　3.2 檢測方法

　　強夯檢測在強夯施工結束后7~10天，檢測方法主要有瑞雷波法、靜載試驗法、以及標貫和動探原位測試方法。首先進行瑞雷波法，在界區選擇4~5個代表點進行控制性測試，掌握地基處理后工程性質的總體分布特征，在此基礎上，選擇代表區域用兩種或以上的傳統方法進行驗證。其一為靜載荷試驗，底板面積為2×2m2~3×3m2，以便了解較深范圍內地基土的承載力和變形模量，靜載荷試驗壓板面積再大，不易施工且造價過高;其二為標貫/動探原位測試，基底下5M深度范圍內每M標貫并取原狀樣，5米以下每1.5m進行一次標準貫入試驗，以掌握垂直方向的地基承載力分布情況，強夯加固深度和影響深度;動探試驗為連續貫入，采用N63.5或N120進行連續貫入。后二種方法主要是對前一種方法進行驗證，對比分析該場地的瑞雷波速和地基承載力的相關關系。

　　獲得瑞雷波法檢測與靜載試驗、標貫/動探試驗對比驗證資料后在界區內布置瑞雷波測點，瑞雷波法按格網式分布，重點穿過擬建建筑物基礎的主要特征受力部位，一般測線間距取5～6m，測點間距取2m左右，兼顧夯點和夯間分布，偏移距取2～6m (場地越硬，可取大些;越軟，取小些)。震源30～50kg鍋底錘，檢波器自振頻率4～28Hz，儀器記錄時間長度取200～2000ms。

　　3.3應用實例

　　現以內蒙、新疆風成砂土地基強夯為例說明，該場地地層以粉細砂為主，測試區域要求處理深度約7~10m，強夯能量為4000~6000kNm。本場地先后做了瑞雷波法，鉆探標貫試驗和3m×3m大壓板靜載試驗。

　　該場地的瑞雷波測試原始記錄。瑞雷波測試偏移距4m，道間距2m，40kg錘1.0 m高自由下落激發，記錄波形規則，背景安靜。

　　根據該記錄經計算機處理后所得的頻散曲線可見，瑞雷波頻散曲線規則，拐點清楚。0~2m深度范圍內，波速為260m·s-1，3～6m波速220m·s-1，6～9m波速為200m·s-1，9～16m波速為190～205m·s-1。對比解譯加固深度9m，影響深度為16m。

　　0～13m范圍內修正后的標貫擊數為14.8~26.8擊。

　　通過該鉆探點所作靜載試驗曲線可知，該點按設計承載力2.0倍加荷，實測承載力fK=250kPa。

　　3.4分析

　　由圖2～圖5可見，瑞雷波頻散曲線可以直接反映強夯地基的加固深度、影響深度，并與鉆探標貫和靜載試驗結果一致。

　　從上面的測試結果可以看出：

　　(1)瑞雷波速與標貫試驗具有較好的相關性。以理論上分析，當地基土較密實，較硬時，標貫擊數N值較高，波速Vr也較高。反之，N值較低，Vr也較低。

　　(2)瑞雷波速與地基承載力也有較好的相關性。瑞雷波為面波，橫波為體波，瑞雷波與橫波之間也有相關性。根據工程地質手冊及相關資料，Vs =1.1Vr,通過橫波波速值可以間接評價地基土的液化性、工程性質，從而間接性建立瑞雷波、橫波與承載力之間的相關性。

　　4.結論

　　(1) 瑞雷波法解決強夯加固地基質量的檢測問題是十分有效的。其應用方面不僅可以檢測強夯法地基加固效果(加固深度、擠密效果)，而且可以間接性提供地基的承載力和變形模量。

　　(2) 瑞雷波法應用于不同區域、各種地層條件下、各種地基加固工藝時應以同條件下的靜載荷試驗、標貫/動探原位測試、土工試驗指標等為基礎，獲得經驗證的基礎資料，然后再廣泛應用推廣。

　　(3)傳統的強夯地基檢測方法周期長、造價高，而瑞雷波法可以作為傳統檢測的輔助手段，尤其適用于大面積地基處理工藝條件，可以顯著節約工期、降低造價，工程檢測時注重點面結合，重點與一般的辯證統一。

　　(4)瑞雷波法作為物理勘察手段，通過瑞雷波在不同介質中傳播速度、波長等參數來評價媒介質的工程性質，是介質條件的“反映”，當介質條件復雜(不均勻、成份多雜)等，造成瑞雷波法的“復雜反映”，不能直觀反映，因此應選擇應用。

　　(5)應用瑞雷波法進行地質勘察及地基處理檢測驗收，應加強與地質的結合度， 加強巖土體物性參數研究 著重于物理概念與工程地質概念的結合，提高解譯精確度。

　　參考文獻：

　　《巖土工程勘察規范》(GB50021-2009)

　　《工程地質學手冊》(林宗元主編 第四版)