SASW 法在強(qiáng)夯置換墩著底情況檢測中的應(yīng)用

王 斌 徐樹晴 童立元

(1.南京地鐵建設(shè)有限責(zé)任公司，江蘇南京 210008;2.南京地鐵資源開發(fā)有限責(zé)任公司，江蘇南京 210008;3.東南大學(xué)巖土所，江蘇 南京 210008)

1 概述

某建筑場地分布有3 m～6 m厚的雜填土，設(shè)計(jì)采用強(qiáng)夯置換法對結(jié)構(gòu)柱基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，采用柱錘直徑1.25 m，夯點(diǎn)間距3.4 m，處理面積為40 610.41 m2。為確保強(qiáng)夯工程的成功，需對區(qū)內(nèi)強(qiáng)夯置換墩深度是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求進(jìn)行檢測。但由于強(qiáng)夯置換墩屬散體夯實(shí)墩，著底情況難以用一般樁體方法檢測。垂直鉆探由于卡鉆難以鉆進(jìn)，而斜鉆代價(jià)高昂，難以推廣應(yīng)用;重型(或超重型)動(dòng)力觸探難以打入。因此，從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和工期方面綜合考慮，設(shè)計(jì)采用SASW法(表面波頻譜分析法，又稱為瞬態(tài)瑞利波法)進(jìn)行檢查。

為了解強(qiáng)夯置換深度，并探討應(yīng)用SASW法評價(jià)置換墩著底情況的可行性，沿結(jié)構(gòu)柱基礎(chǔ)布置了多條SASW測線，在夯前、夯后進(jìn)行了測試，并通過反演得到了夯前夯后土層剪切波速(Vs)的變化，進(jìn)而對強(qiáng)夯置換墩的深度進(jìn)行了評價(jià)，為強(qiáng)夯置換工程質(zhì)量的控制提供了技術(shù)依據(jù)。

2 測試原理與方案

SASW法測試原理簡介如下:在地表瞬態(tài)脈沖激勵(lì)下，一般會(huì)產(chǎn)生直達(dá)縱波、折射縱波、反射縱波、橫波和瑞利波以及轉(zhuǎn)換波等擾動(dòng)，瑞利波沿著一個(gè)圓柱波陣面徑向地向外傳播，且在R波到達(dá)時(shí)，土體出現(xiàn)很大的豎向位移，P波和S波產(chǎn)生的位移與R波相比可以忽略。另外，瑞利波較之體波衰減慢，在距震源一定距離上，瑞利波能量最強(qiáng)，約占傳播總能量的67%，因此，只要將傳感器放在離震源適當(dāng)距離的位置處，并盡量減小測量系統(tǒng)的放大倍數(shù)，則在地表檢測到的基本上是瑞利波信號。

SASW測試的核心問題是要準(zhǔn)確獲得不同頻率面波的相速度vR，同一頻率的vR在水平方向的變化反映出地質(zhì)條件的橫向不均勻性，不同頻率的vR的變化則反映出介質(zhì)在深度方向的不均勻性。該方法的工作原理如圖1所示。本次SASW測試采用SWS-1A多功能面波儀，測試系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)見表1。

圖1 SASW法測試原理圖

表1 SASW法主要測試技術(shù)指標(biāo)

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)強(qiáng)夯加固處理前后分別測得的瞬態(tài)瑞雷波頻散曲線，可得到地基加固前后的波速差異和地基土均勻程度，對加固效果、加固深度進(jìn)行綜合評價(jià)。為了進(jìn)行夯前夯后的對比，在置換區(qū)外圍尚未夯擊處進(jìn)行了1條剖面的測試，沿結(jié)構(gòu)柱基礎(chǔ)進(jìn)行了4條剖面的測試。區(qū)內(nèi)典型剖面夯前及置換墩夯后測試結(jié)果匯總?cè)鐖D2所示。

圖2 典型測試剖面夯前夯后剪切波速對比圖

由圖2分析知:

1)置換墩夯前，區(qū)內(nèi)填土相對比較均勻，各測點(diǎn)測試曲線基本保持一致;置換墩夯后，地基中柱體與墩間土相間，導(dǎo)致地震波在地下傳播路徑復(fù)雜化，因此各測試剖面中不同測點(diǎn)測試曲線不相同，但總體變化趨勢基本一致。

2)夯前填土區(qū)(填土深度為7 m左右)剪切波速一般小于150 m/s，強(qiáng)度較低;強(qiáng)夯置換墩施工后，填土區(qū)剪切波速得到大幅度提高，填土區(qū)波速范圍在250 m/s～550 m/s之間，且填土區(qū)中置換墩深度范圍內(nèi)波速大于下部非置換區(qū)波速。

3)從頻散曲線可以看出，在2 m～4 m內(nèi)出現(xiàn)多支“之”字形，2.5 m～3 m處有一明顯波速轉(zhuǎn)折區(qū)域，說明該剖面置換深度約為2.75 m。

4)置換墩下部填土受強(qiáng)夯沖擊波作用、置換墩的排水作用，其剪切波速也得到了較大幅度的提高。

4 結(jié)語

本文試驗(yàn)結(jié)果表明，根據(jù)強(qiáng)夯置換加固處理前后分別測得的瞬態(tài)瑞雷波頻散曲線，可得到地基強(qiáng)夯置換加固前后的波速差異和地基土均勻程度，從而對置換加固深度和加固效果進(jìn)行綜合評價(jià)。與常規(guī)的鉆探檢測方法相比，SASW法具有無損檢測、高效、快速、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)，適合于大面積強(qiáng)夯地基處理質(zhì)量的普查，并通過適當(dāng)數(shù)量的鉆探驗(yàn)證比較，建立SASW法進(jìn)行強(qiáng)夯加固地基的檢測標(biāo)準(zhǔn)，將有利于該方法在類似工程中的推廣應(yīng)用。

［1］吳世明.土介質(zhì)中的波［M］.北京:科學(xué)出版社，1997.

［2］楊成林.瑞雷波勘探［M］.北京:地質(zhì)出版社，1993.

［3］繆林昌，邱 鈺.SASW法在基礎(chǔ)工程和路基工程中的應(yīng)用研究［J］.巖土力學(xué)，2004，25(1):149-152.

［4］Cuellar V，Valerio J.Use of the SASW method to evaluate soil improvement techniques［A］.Proceedings of the Fourteenth International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering［C］.Hamburg:Balkema A A Publishers，1997.