瑞利波探測在城市小區基礎壓實度和密實度評價中的應用

文德寶 燕軻

【摘要】在城市淺地層環境變化后，自身發生不均勻沉降，會對地面上方的建筑物帶來重大安全隱患，其中建筑地基基礎壓實度是施工中質量控制的主要指標之一，壓實度傳統方法是通過檢測土基干密度ρ與室內求得的最大干密度ρ0之比。目前瑞利波技術對路基壓實度檢測成為主流無損檢測技術，該方法快速高效，經多年實踐總結，該方法與常規檢測手段檢測結果一致，對于不均勻沉降地區的基礎評價具有較好指導意義。

【關鍵詞】瑞利波;頻散分析;壓實度;密實度

1、前言

隨著時代發展，我國家城市建設規模逐漸擴大，各種建筑體交縱錯雜，很多工程在建設過程中出現相互干擾，相互影響。例如管線問題影響著各類工程建設，城市軌道建設對周圍建筑造成嚴重干擾，造成周圍建筑物不均勻沉降。如何采用準確高效的勘測方法進行不均勻沉降地區的基礎評價是至關重要的。

瞬態瑞利波探測技術是近年發展起來的一項工程物探技術，其優點是檢測速度快、效率高，檢測深度可達15m以上。目前瑞利波技術對路基壓實度檢測成為主流無損檢測技術，經多年實踐總結，該方法與常規檢測手段檢測結果一致[1]。

2、瑞利波探測技術

2.1工作原理

利用瑞利波法測試路基的壓實度，主要利用其兩種特性：一是利用分層介質中瑞利波速度的頻散特性劃分層位，并計算出各層的瑞利波速度值;二是利用瑞利波傳播速度與介質密度的相關性即用已求得的各層瑞利波速度值與密度值的相關關系，計算各層的壓實度[2][3]。

2.2瑞利波與壓實關系

鑒于瑞利波的頻散特征，可以建立瑞利波速與介質密度的關系模型：

式中Vp，VR分別為縱波速度、瑞利波波速;E，G分別為彈性模量、剪切模量;σ為泊松比;ρ為密度。

通過對試驗點做頻散曲線，對密度與波速的做回歸分析，得出壓實度與瑞利波速等級關系表，如下表1 壓實度與瑞利波速等級關系表。

2.3規范定義的密實度

標準貫入試驗擊數（ N）和剪切波（Vs ），存在一些定量關系，定量公式由Imai and Tonouchi （1982）提出，關系式定義如下：

Log10（Vs）=0.314*Log10（N）+97（m/s）

3、瑞利波探測技術在工程中的應用

3.1工作方案

本次工作采用Geode輕便地震采集系統在待測小區內零星布置測點6個波速測試點（圖1），平面布置如下圖1。

3.2 探測成果分析

以1#瑞利波勘探點為例進行數據處理分析如下：

對原始面波記錄（圖2）進行頻散分析得到的結果如圖3所示的頻散曲線。由圖可知，優勢面波頻率主要集中在13-38Hz，該點處相速度范圍大約在160-200m/s。并對該點地質建模反演，該點處剪切波速度范圍大約在140-200m/s（圖4所示）。

0～0.4m：剪切波速189m/s，縱波波速378m/s，換算的標準貫入擊數8次，參考表1結果，從剪切波波速評價壓實度80～85%，壓實度等級為次;參考《巖土工程勘察規范GB50021-2001》根據換算的標準貫入擊數評價密實度為松散。綜合評價壓實度屬次級。

0.4～1.7m：剪切波速195m/s，縱波波速390m/s，換算的標準貫入擊數9次，評價方法同上所述，壓實度80～85%，壓實度等級為次;密實度為松散。綜合評價壓實度屬次級。

1.7～4.3m：剪切波速156m/s，縱波波速1463m/s，換算的標準貫入擊數5次，壓實度<80%，壓實度等級為差;密實度為松散。綜合評價壓實度屬差級。

結語：

在城市小區中對于常見的沉降問題，瑞利波探測法可以對地下地層進行較為精準的波速分層，并通過相關規范公式推算進一步得出剪切波波速、縱波波速、標準貫入擊數，從而獲得較為重要的土層密實度以及壓實度等參數，對于城市小區、道路等出現的沉降問題，具有實際指導意義。

參考文獻：

潘冬明.瑞雷面波頻散分析與應用[D].中國礦業大學，2009.

劉強.基于瑞雷波理論的公路無損檢測方法研究[D].長安大學，2010.

馬磊.瑞雷波測試技術在機場土石方工程中的應用研究[D].貴州大學，2008.