隨著沿海城市的不斷發(fā)展，由于經濟建設的需要，很多地方開始圍海造陸，在這些陸域形成工程中，一般利用開山混合料回填后，通過強夯進行地基加固處理。由于這些陸域形成工程面積大，所以對強夯加固處理后的地基進行質量檢測和監(jiān)測，是十分重要的。利用瑞雷波法檢測強夯地基，輕便、快捷，可以進行原位無破損、連續(xù)大面積檢測，而且通過與傳統(tǒng)的靜載荷試驗等相結合，可以檢測大范圍的地基加固效果。文章通過分析瑞雷波的概念入手，介紹了瑞雷波法檢測地基的基本原理、工作方法，并通過應用實例，說明了瑞雷波法在陸域形成工程地基處理中的檢測效果。

　　《礦床地質》雜志創(chuàng)刊于1982年。由中國科學技術協(xié)會主管，中國地質學會礦床地質專業(yè)委員會、中國地質科學院礦產資源研究所主辦，是中國報道礦產資源最新研究成果的代表性刊物，也是國內礦床學及地質學家專業(yè)學術期刊。刊載礦床地質基礎理論、礦床地質特征及有關的巖石學、礦物學、區(qū)域地質學、成礦學、地球化學和同位素地質學等方面的研究成果、新技術新方法、問題討論、消息報道等。讀者對象為從事礦床地質勘察、礦山開發(fā)等工作的生產、科研人員和高校相關專業(yè)的師生。

　　1 瑞雷波法基本原理及工作方法

　　1.1 基本原理

　　地震波分為兩類，即體波和面波，體波包括縱波(P)和橫波(S)。當介質中存在分界面時，體波在一定條件下會相互干涉并迭加產生出一種頻率較低、能量較強的次生波，因其主要沿介質的分界面?zhèn)鞑ィ�故稱為面波。面波分為兩類，即瑞雷波和勒夫波，目前主要是利用瑞雷波進行工程勘察。瑞雷波測試原理如圖1所示。

　　瑞雷波在介質中傳播存在以下幾個特性：

　　⑴分層介質中，瑞雷波在介質表面具有頻散特性，即不同頻率的波具有不同的傳播速度。利用該特性可以進行介質分層。

　　⑵瑞雷波的能量占全部波動能量的2/3，絕大部分能量集中在距震源的第一個半波長之內。由半波長理論可知，瑞雷波的測試深度為半個波長。

　　⑶瑞雷波的波長不同，其穿透介質的深度也不同，波長越長，穿透的地層深度越大。因此，根據(jù)波長與頻率的關系，可通過改變激震頻率來測定不同深度介質的平均瑞雷波速度Vr，當速度不變時，頻率越低，測試深度就越大。

　　⑷從能量衰減特性來看，縱波和橫波的振幅反比于波傳播的距離，衰減與1/r(r是波的傳播距離)成正比，而瑞雷波的振幅衰減與1/ 成正比。因此，瑞雷波的能量衰減要比橫波和縱波慢得多，這是瑞雷波測試技術的優(yōu)越性之一，可以很好的用來識別瑞雷波。

　　⑸瑞雷波的傳播速度與介質的物理力學性質密切相關。當?shù)鼗�被夯實之后，地基土中的壓縮比減小，承載力、波速隨介質密度增大而增加，如強夯施工不均勻或夯擊次數(shù)不夠，則承載力達不到要求，瑞雷波速度低;如強夯效果好，承載力滿足要求，瑞雷波速度也相應較大。因而，瑞雷波速度的高低，直接反映了承載力的大小。強夯前后瑞雷波速度的變化，即反映了地基巖土力學性質的變化。因此，可直接利用測試瑞雷波速度的方法來檢測強夯效果。

　　瑞雷波測試方法分為瞬態(tài)法和穩(wěn)態(tài)法兩種，這兩種方法的區(qū)別在于震源不同。瞬態(tài)法是在激震時產生一定頻率范圍的瑞雷波，并以復頻波的形式傳播;而穩(wěn)態(tài)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。一般采用的是瞬態(tài)瑞雷波法。

　　1.2 現(xiàn)場工作方法

　　瑞雷波法測試儀器主要有激振源、檢波器、放大器、數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)。瞬態(tài)瑞雷波檢測現(xiàn)場工作方法主要是現(xiàn)場試驗、檢測布置和面波采集。現(xiàn)場試驗是開始現(xiàn)場正式工作的基礎，主要包括干擾波調查、儀器和檢波器系統(tǒng)的一致性檢查和震源試驗。面波檢測布置包括測線布置和排列布置兩部分，布置的原則是避免干擾，盡量真實地反映地基情況，根據(jù)現(xiàn)場測區(qū)實際條件確定合理的偏移距、道間距等。面波采集記錄的質量是勘察成果質量的重要環(huán)節(jié)，應設置合理的采樣點數(shù)、采樣間隔，對于不理想的記錄應進行重新采集，以獲得最佳觀測效果。同時要盡可能收集現(xiàn)場所需的工程資料，為后期資料解釋和分析提供依據(jù)。一般來說，夯前和夯后的測線布設方式和布設位置等參數(shù)應該是一致的。

　　1.3 室內資料處理

　　資料處理時首先對實測波形(時間域內)進行二維傅立葉快速變換，得到F—K域(頻率—速度)變換圖，并由此求取頻散曲線，通過對頻散曲線反演擬合，得到地層的厚度及對應的瑞雷波速度值。

　　2 應用實例

　　2.1 概況

　　大連LNG項目位于大連市大孤山南端鯰魚灣水域，30萬噸礦石碼頭和30萬噸級原油碼頭之間，本工程地基處理總面積為20.57萬m2。根據(jù)陸域形成的方式和回填料的厚度，地基處理共分為四個區(qū)，包括二個強夯區(qū)。在大面積強夯之前對強夯I區(qū)進行夯擊能為8000kJ、強夯II區(qū)為5000kJ的強夯試驗，各試驗區(qū)面積1200m2，強夯處理前后需進行瑞雷波測試檢驗。強夯區(qū)域地基處理結束，場地平整后，根據(jù)工程經驗確定，土基頂面回彈模量應大于60MPa，地基承載力標準值應大于180kPa。瑞雷波測試檢驗完成后，每個強夯試驗區(qū)布置一個點進行現(xiàn)場靜載荷試驗。

　　2.2 方法技術

　　本次測試工作采用瞬態(tài)瑞雷波法，在2個強夯試驗區(qū)內進行，每個強夯試驗區(qū)抽取4個點進行強夯前、后的瑞雷波法檢測對比試驗，其測點位置及布設方式在強夯前、后完全一致。工作使用儀器為美國產S-12淺層地震儀，震源為18kg大錘敲擊。測試前先進行展開排列，以便設計合適的時間與空間域"窗口"，經現(xiàn)場反復試驗后，決定采用重慶地質儀器廠產4Hz低頻垂直檢波器，12道接收，道間距1.0m，偏移距2m，采樣間隔250μs，記錄長度512ms，濾波采用全通。工作前所用檢波器均做了道一致性檢查，儀器設備處于良好工作狀態(tài)，所獲取的數(shù)據(jù)準確無誤，為其后資料解釋及成果分析打下良好基礎。

　　室內資料整理采用北京市水電物探研究所編制的CCSWSwin瑞雷波頻散曲線分析軟件，其主要流程為：①瑞雷波波數(shù)據(jù)資料預處理→②生成瑞雷波頻散曲線→③頻散曲線分層、反演瑞雷波速度及確定層厚→④統(tǒng)計分析測點在強夯影響深度范圍內的瑞雷波速度→⑤統(tǒng)計分析各強夯試驗區(qū)內強夯前、后瑞雷波速度變化情況，對強夯效果進行評價。

　　2.3 成果分析

　　通過對比強夯前、后的瑞雷波測試頻散曲線(見圖2)可知，強夯前的測點頻散曲線較雜亂，拐點多，而強夯后的測點頻散曲線較規(guī)則。分析統(tǒng)計強夯前、后各測點在強夯影響深度范圍內的瑞雷波速度。

　　⑴強夯試驗Ⅰ區(qū)(8000kJ)內4個測點強夯前瑞雷波速度為149～257m/s，平均值為202m/s，而在強夯后瑞雷波速度為197～386m/s，平均值為289m/s，瑞雷波速度有了較大的提高，說明了強夯后地基加固效果較好，地基承載力相應得到了較大提高;強夯后4個測點的瑞雷波速度分別為296m/s、284 m/s、282 m/s、294 m/s，測點間的瑞雷波速度差異較小，說明強夯較均勻，強夯后該區(qū)域內地基巖土力學性質差異很小。

　　⑵強夯試驗Ⅱ區(qū)(5000kJ)內4個測點強夯前瑞雷波速度為153～225m/s，平均值為195m/s，而在強夯后瑞雷波速度為197～320m/s，平均值為267m/s，瑞雷波速度有了較大的提高，說明了強夯后地基加固效果較好，地基承載力相應得到了較大提高;強夯后4個測點的瑞雷波速度分別為268m/s、263 m/s、264 m/s、273 m/s，測點間的瑞雷波速度差異較小，說明強夯較均勻，強夯后該區(qū)域內地基巖土力學性質差異很小。

　　2.4 結果驗證

　　在完成強夯試驗區(qū)瑞雷波檢測后，分別進行了靜載荷試驗，以驗證瑞雷波法檢測結果。試驗采用堆載法，承壓板為方形，面積 2.25m2，分12級加載，荷載級差為37kPa，最大荷載444kPa。試驗穩(wěn)定標準采用相對穩(wěn)定法，測量每級加載量的累計沉降量，繪制P-s 曲線、s-lgt曲線、s-lgP 曲線及l(fā)gP～lgs曲線，確定地基土承載力特征值及變形模量。

　　⑴強夯試驗Ⅰ區(qū)(8000kJ)：最大沉降量14.71mm，最大回彈量2.75mm，回彈率18.7%，綜合確定地基土承載力特征值為280kPa，變形模量為40Mpa，滿足設計要求。

　　⑵強夯試驗Ⅰ區(qū)(5000kJ)：最大沉降量11.86 mm，最大回彈量3.96mm，回彈率33.4%，綜合確定地基土承載力特征值為260kPa，變形模量為55Mpa，滿足設計要求。

　　3 結論

　　⑴在沿海陸域形成工程中，應用瑞雷波法檢測地基是一種快速、經濟、有效的方法，可以大范圍檢測地基加固效果,彌補鉆探難以進行、靜載荷試驗不能大規(guī)模使用等不足。

　　⑵在進行瑞雷波法檢測地基處理效果時，適當輔助開展少部分靜載荷試驗、動力觸探等工作，綜合分析后效果更明顯。

　　參考文獻：

　　[1]楊成林.瑞雷波勘探[M].北京：地質出版社，1993.

　　[2]陳仲侯,傅唯一.淺層地震勘探[M].成都:成都地質學院出版社,1986.

　　[3]王振東.淺層地震勘探應用技術[M].北京:地質出版社,1988.

　　[4]JGT/T143-2004 多道瞬態(tài)面波勘察技術規(guī)程[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004.

　　[5]李海.瑞雷面波技術在鐵路上的應用[J].物探與化探,2002,26(2):160-162.

　　[6]耿光旭，趙剛.強夯地基檢測的有效方法-瑞雷波法[J].勘察科學技術,2001,(5):57-60.