瑞雷波在公路软基处理效果检测中的应用

【摘 要】瑞雷波技术是近年来发展速度加快的一种无损探测技术,具有诸多的优点,目前在软基处理效果检测中得到广泛的应用.本文通过介绍了瑞雷波检测软基处理效果的基本原理及方法,以实例的方式分析了瑞雷波技术在公路软基处理效果检测中的应用状况,并总结和评价软基处理效果.

【关 键 词】瑞雷波；软基处理；效果监测；基本原理；物理条件

随着我国社会经济建设步伐的不断加快,国家加大了对城市基础设施建设的投资力度,特别是城市公路的建设.目前我国沿海地区大多数公路属于软土地基路段,由于这些软土地基具有含水量高、渗透性比较差、压缩性大以及厚度不均等特点,若在这种地基上建设公路、铁路等基础设施,很可能出现软土路基的沉降过大和路基在填筑过程中不稳定等问题.因此,公路软基加固处理效果的检查工作就显得十分重要了.瑞雷波作为地震波中弹性面波的一种,具有高效率、所获资料连续完整和准确率高等优点,能够快速、全面地检测出公路软基加固处理效果,目前在许多工程检测工作中有所应用.

1.瞬态瑞雷波检测软基强夯效果的基本原理

理论研究和测试实践表明,土体的密实程度、承载能力及岩土体的物理力学性质与岩土瑞雷波在土中的传播特性存在极大的相关性.

瑞雷波对地基强夯效果进行检测的原理如图1所示.在脉冲荷载作用下,位于地表的传感器接收到的基本上是R波的竖向分量信号.瑞雷波经检波器1向检波器2依次往外传播,所接收到的信号是时间域信号,包含了多个单频瑞雷波,然后借助于频谱分析求得R波速度.

2.瑞雷波检测软基强夯效果的方法

瞬态多道面波法采用单端激发的共炮点等道间距排列,选择合适的偏移距和道间距进行数据采集,然后将采集到的各道信号经过频谱分析和相关计算,得到频散曲线.

测线沿路基中间顺线路方向布置,按6次叠加、12道接受的方式连续探测.

（1）面波的激发.瑞雷波的穿透深度与波长成正比,频率越低穿透深度越深,因此激发的瑞雷波的频带宽度决定了探测的深度.测试浅层时应激发高频率波,用大锤锤击地面的垫板获得高频信号并采用小道间距；本次检测采用24Ib（约合10.9kg）大锤.

（2）道间距.道间距与偏移距主要根据勘测分辨率和深度来确定,一般勘测深度浅,道间距及偏移距要小,反之则要大.采集数据的道间距和道数确定后,选择偏移距实际上选择面波的最佳接收地段.根据试验剖面,应选取面波和反射波已经分离的接受地段.经过试验,本次探测选择道间距2m.

（3）偏移距.偏移距较小时,频散曲线显示了相对较宽的频带范围,无法得到清晰的频散曲线；偏移距教大时,由峰值所组成的频散曲线变的模糊和不规则,基阶与高阶信息均表现出不完整形态.经试验选择的合理的偏移为6m.

（4）记录长度、采样间隔及采样点数.瑞雷波数据处理中常见频散曲线频散点分布不均匀的现象,一般都是低频段频散点稀少,高频段频散点致密.根据这一特点,工作中应当根据不同的测试深度采用不同的采样点数和采样间隔.本次测试的采样间隔为0.5ms,记录长度0.8s,采样点数取N等于1024.

（5）瞬态瑞雷波的接收-检波器.为了获得尽可能低频的面波信号,本次探测采用的检波器为4Hz,并在测试前进行了检波器一致性检验,检验结果表明检波器一致性很好可以满足勘探目的层要求.

综合以上考虑,本次探测的参数设计下：偏移距为6m,道间距为2m,接受道数为12道,采样率为0.5ms,记录长度为0.8s,覆盖次数为6次,震源为锤击（24磅大锤）.

3.软土路基工程地质情况及地震地球物理条件

（1）工程地质条件

某公路K58+230～K63+600段,其工程地质条件如下：

第一层组由冲洪积成因的粉土、粉质黏土构成,层底埋深3.0～4.0m,承载力基本容许值fa0等于120～140kPa；第二层组由冲洪积成因的粉土、粉质黏土构成,层底埋深16.0～18.6m,承载力基本容许值fa0等于140～180kPa；第三层组由冲洪积成因的粉砂、细砂构成,局部粉土、粉质黏土呈透镜体存在,层底埋深30.0～31.0m,承载力基本容许值fa0等于180～260kPa；第四层组由冲洪积成因的粉砂、细砂构成、局部粉质黏土、粉土呈透镜体存在,层底埋深42.0～46.0m,承载力基本容许值fa0等于240～270kPa；第五层组由冲洪积成因的粉砂、细砂构成、局部粉土、粉质黏土呈透镜体存在,承载力基本容许值fa0等于240～270kPa.

（2）地表地震条件

测区路段地表较平整,检波器容易施工,与地表耦合良好.但施工繁忙,施工车辆及人员来往频繁,干扰很大,施工时间要求又十分紧张,无法避免施工带来的影响,为探测带来了一定困难,地震条件较复杂.

4.瞬态瑞雷波检测数据解译

（1）频散曲线对比

通过对强夯前后面波频散曲线的比较,可直观地看出不同深度位置的路基加固情况.图3分别为强夯后K58+350处频散曲线,反映了软土路基的加固深度和影响深度.强夯后路基速度明显提高,其强夯有效影响深度约为8.0m.

（2）波速度对比

为了定量分析强夯前后面波速度的变化情况,对强夯前后面波速度进行了对比分析,图3为K58+300～K58+400段强夯后速度空间分布.

5.软土路基强夯效果评价

（1）软土路基强夯效果定性评价

通过对强夯前后瑞雷波速度的对比,路基强夯以后速度提高30%以上,其强度提高较大.

K58+230～K58+470段强夯以后瑞雷波速度提高了35%；K61+780～K61+860段强夯以后瑞雷波速度提高了32%；K63+280～K63+600段强夯以后瑞雷波速度提高了30%.

（2）软土路基强夯效果定量评价

在软土强夯加固地段选取试验段,进行瑞雷波探测,在同一路段进行承载力测试,得到承载力和变形模量,依此与瑞雷波速度进行对比,通过回归分析,建立瑞雷速与地基承载力与变形模量的定量关系：

根据所测的瑞雷波速度,换算成路基和变形模量,95%的测点达到路基承载力和变形模量的要求.

6.结论

瑞雷波是一项可行性高的探测技术,在软基检测、工程地质勘查中有着广阔的发展前景.为了更好的应用瑞雷波来检测公路软基处理效果,我们应清楚了解到：软基加固处理前后的频散曲线和波速对比可以从路基的横断面、纵断面上直观反映其加固效果；同时,通过确定瑞雷波速度、地基承载力和变形模量之间的关系,能够对软基处理效果进行定量评价.