基于瞬態瑞利波技術的地基強夯質量檢測評價

成卓舟

（山西建工建筑工程檢測有限公司， 山西 太原 030006）

0 引言

地基強夯技術是一種常見的地基處理方法，主要用于改善土質，增加地基承載力。它通過高能量的沖擊來壓實土體，從而達到加固地基的目的。對于地基強夯工程的質量準確評價，常見的技術包括現場靜載試驗、動態觀測法和地質雷達探測等。這些方法能夠從不同角度評估強夯后地基的密實度、均勻性及承載力等關鍵指標，確保工程的安全性和可靠性。瞬態瑞利波技術是一種利用地面波傳播特性進行地下介質探測的方法[1]。瞬態瑞利波由地表激發，能夠在地表附近的介質中傳播，并通過分析這些波的傳播速度和衰減特性，來評估地下介質的彈性模量、剪切模量等物理特性。由于瑞利波主要在地表附近傳播，因此這一技術特別適用于評估地基表層的特性。

基于瞬態瑞利波技術的地基強夯質量檢測評價，是將瞬態瑞利波技術應用于強夯地基的質量檢測中。這種方法通過在地表布設接收器，激發瑞利波，并記錄波的傳播情況。通過對波速的測定和分析，可以非常精確地評估強夯后地基的密實度和均勻性。與傳統方法相比，基于瞬態瑞利波技術的評價方法具有無損、快速和高精度的特點，能夠提供更加直觀和全面的地基強夯質量評估[2]。此外，該技術還可以幫助識別強夯處理區與未處理區之間的界面，以及強夯處理后可能存在的低密實區域，為工程質量的進一步提升提供科學依據。這就是說，基于瞬態瑞利波技術的地基強夯質量檢測評價，不僅能夠準確評估強夯效果，還能夠為地基處理工程提供更為科學、合理的指導和參考。本文旨在基于瞬態瑞利波技術，深入探討地基強夯質量的檢測與評價方法。

1 理論基礎

1.1 瞬態瑞利波特性

瞬態瑞利波是一種特殊類型的波，是由地表激發，能夠在地表附近的介質中傳播，可以通過分析這些波的傳播速度和衰減特性，來評估地下介質的彈性模量、剪切模量等物理特性。瞬態瑞利波具有高頻率和短脈沖的特點，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，包括密實度的變化、孔隙結構的演變等，從而更精準地評估地基強夯的效果。

1.2 瞬態瑞利波基本原理

瞬態瑞利波產生于短脈沖的激勵，通常依賴于地面的激發，如錘擊、使用震源設備產生的沖擊波等。這些激發方式能夠在地表產生能量，進而激發瑞利波。瑞利波傳播時，會受到地下介質性質（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的物理性質，在檢測缺陷和特性的材料無損檢測方面發揮著重要作用。瞬態瑞利波的產生與傳播可用特定的數學模型進行描述。

瞬態瑞利波的產生過程可表示為：

式中：

P(t)——隨時間變化的波壓力；

P0——初始波壓力；

α——衰減系數，描述波能量隨時間的衰減情況；

f——波的頻率；

t——時間。

瞬態瑞利波的傳播速度：

式中：

V——波的傳播速度；

β——波長。

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

式中：

VS——橫波的傳播速度；

G——介質的剪切模量；

ρ——介質的密度。

縱波（P波）的傳播速度VP與橫波的關系可以通過泊松比（σ）表示：

式中：

VP——縱波的傳播速度；

K——介質的體積模量。

泊松比σ與剪切模量G和體積模量K之間的關系為：

瞬態瑞利波在地基強夯質量檢測領域的應用，關鍵在于對其基本原理的深入理解及有效利用。通過精準監測波的傳播路徑和特性的變化，不僅能夠實時評估地基的質量狀況，還能對地基的整體穩定性進行持續監控。這種方法提供了一種非破壞性檢測手段，能夠在不干擾地基現狀的情況下，準確地判斷強夯工程的效果[4]。

2 地基強夯質量檢測應用試驗

2.1 工程概況

以某城市中心的工地地基強夯工程為例，基于瞬態瑞利波技術對地基強夯質量進行檢測評價。該工地地質情況包括填土層和砂卵石層，相關試驗指標見表1。

表1 工程區土層性質相關指標

2.2 試驗布置

試驗場地的面積為40m×40m，分別標注場地1#和2#，夯錘重量為40t，夯錘落距分別為14m、8.5m，夯點間距為5.0m×5.0m。場地1#和2#的點夯能級分別為5000kN·m 和3000kN·m，滿夯能級為1000kN·m，單點擊數分別為9和7。

采取載荷試驗、瑞利波測試、孔內剪切波速測試以及標準貫入試驗等方法，動態把控在不同夯擊次數和落錘重量下的沉降規律，得出強夯影響深度。結合試驗位置的工作效能、施工周期和場地環境，設計布置3條測線，通過采集強夯點位的強夯前后參數，確定穿過原位測試點的瑞利波測線所顯示的數據。在所布置的試驗點位處，將檢波器頻率設定為4Hz、偏移距設定為5m、道間距設定為1m。震源的選擇要經現場試驗而定，最終確定為24磅的鐵錘[5]。

3 地基強夯質量檢測評價

提取出不同深度地層強夯前后瑞利波速度的變化情況，見表2及表3所示。

表2 1#試驗場地強夯前后瑞利波速度變化對比

表3 2#試驗場地強夯前后瑞利波速度變化對比

經分析，在1#試驗場地，大部分深度下，夯后的瑞利波速度相較夯前的有所增加，這表明強夯處理可能對地層的密實度產生影響。在深度為4m至8m范圍內，瑞利波速度明顯增加，深度為6m時，1-1檢測點夯后瑞利波速度的增幅為23%，1-6檢測點的增幅為20%。在深度為2m至6m的范圍內，1-1檢測點的增幅相對較高，而1-6檢測點的增幅相對較低。在2#場地中，深度為4m至6m范圍內，夯后瑞利波速度也呈現明顯增加。

兩個場地在深度為4m至8m的范圍內都表現出相似的趨勢，但在某些深度和檢測點上存在差異。例如，在深度為6m時，1#的1-6檢測點增幅為20%，而2#的2-6檢測點增幅為11%。這種差異可能是因為地質構成或強夯處理技術存在差異。對于1#和2#場地，在深度為4m至8m之間，平均增幅分別為15%和13%。

圖1為2#試驗場地2-5測試點強夯前后瑞利波速度隨深度的變化，可以發現，強夯后的瑞利波速度較強夯前有了很大程度的提高，證明地基土的密實度得到了一定程度的提高，也表明地層深度對速度有顯著影響[6]。

圖1 2#試驗場地2-5測試點強夯前后面波聲速隨深度的變化曲線對比

4 結束語

綜上所述，在深入研究了瞬態瑞利波的基本原理和特性的基礎上，通過對工程概況和試驗布置的詳細分析，系統性地進行了地基強夯質量檢測評價。通過研究發現基于瞬態瑞利波技術的地基強夯質量檢測評價方法不僅在理論上有著堅實的基礎，而且通過實際工程的檢測應用，取得了令人滿意的效果，表明基于瞬態瑞利波技術對地基強夯質量進行的檢測評價具備可行性和有效性。