多道瞬态面波法在爆破挤淤地基处理效果检测中的应用

刘艳军

摘 要：本文阐述了多道瞬态面波法的检测原理。通过工程实例介绍了多道瞬态面波法在爆破挤淤地基处理效果检测中的应用。通过与钻孔探摸结果的对比证实：多道瞬态面波法检测爆破挤淤地基处理效果精度较高，结果直观，且轻便、快速，可在地基处理效果检测中广泛应用。

关键词：多道瞬态面波发 爆破挤淤 地基处理 软土 检测

中图分类号：U44 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（c）-0072-02

随着国民经济快速发展，填海造地、围堰、防波堤、码头等工程全面开展，面临的软土地基越来越多。而软土不仅直接影响工程的造价，同时直接影响工程的安危，即它关系到整个工程的质量、投资和进度，其重要性已愈来愈多地被人们所认识[1]。因此，为提高软土地基的强度，降低软弱土的压缩性，减少基础的沉降和不均匀沉降[2]，对软土进行地基处理是必然趋势。目前海域常用的软土处理方法有抛石挤淤法、振冲置换法、塑料排水板法、爆破挤淤法、水下深层水泥搅拌法。然而采用何种方法对地基处理效果进行检验，将直接影响后续工程的开展，本文结合工程实例，介绍多道瞬态面波法技术在爆破挤淤地基处理中的检测效果。

1 面波检测法原理

多道瞬态面波法作为一种轻便、快速的检测方法，可在岩土工程施工过程中进行地基检测并及时提供数据资料[3]，利用人工振源在诸如地面的自由表面激发，产生具一定频带的丰富频率成分的沿自由表面并在一定深度内传播的瑞雷面波。通过振幅谱、相位谱分析，把记录中不同频

率的面波分离开来，从而得到一条速度频率曲线或速度波长曲线。解译方法是根据一次导数法推断深度，采用相应地层速度计算方法结合层厚度进行综合解释，现场简便的工作方式[4]，结果资料直观明了且精度较高。

瑞雷面波是由P型和SV型非均匀平面波组成。点状震源产生的球面波在地表自由面上传播时，就可能发生瑞雷面波，其振幅随深度增大而迅速减小。均匀各向同性半空间中形成的瑞雷波不具有频散特性，其速度与频率无关。在弹性分层的半空间中，瑞雷面波表现出频散特征，包含了各个分层界面弹性差异的影响。其中除了地表自由面的瑞雷波外，还有各个分层的界面波的作用，以及低速层中的导波和高速覆盖层中的漏能式导波的影响。由此，我们从地表采集的地震面波数据，是多个界面波、导波及其相互作用的合成，对于同一频率的波形数据，可能存在几个不同相速度的组分，从面波总体的频散数据谱，也可以区分出基阶和高阶的不同面波组分归属。利用面波的频散特性了解地下岩土介质性质，进而解决地质问题。

2 工程實例

2.1 工程概况

某防波堤堤顶设计为现浇反“L”型混凝土挡浪墙，挡浪墙底宽为6.0 m，顶宽1.0 m，底高程为4.0 m，顶高程9.3 m。堤心回填1～500 kg块石，外侧安放一层6t扭王字块护面。防波堤采用爆破挤淤的处理方法进行地基处理，处理软弱土层为①1淤泥、①2-1淤泥质粉质粘土、①2-2粉质粘土，持力层为粉土、粉砂、粘土及粉质粘土层。检测场地原始海底高程-19.40～-16.10 m，爆破挤淤处深度要求达到软弱土层底面高程-29.70～-24.80 m以下，处理深度5.30～13.20 m。软弱土层及爆破挤淤处理深度详见图1。

2.2 多道瞬态面波法检测设计

本次多道瞬态面波法检测范围为某防波堤K0+919.00～K5+712.00段。在堤顶中心布置纵向剖面线一条，每隔25 m布置一个面波检测点，计193个点；垂直纵向剖面线每隔50 m布置一个横剖面，每个横剖面布置3个面波检测点，检测点间距10 m，计291个点（其中间点与纵向剖面点重合）。纵、横剖面面波检测点合计484个。

本次多道瞬态面波检测法检测仪器使用重庆奔腾数控技术研究所研制生产的WZG-24工程地震仪，道间距选择4 m，排列长度44 m，偏移距4 m，记录长度2048采样点，采样间隔0.2 ms，激发方式为落重法，锤重20～63.5 kg，检波器为4 Hz低频检波器。现场环境噪音主要有2种，第一种是施工排土车辆往来穿梭，震动较大，检测时已经避开有车辆通过时采集数据；第二种是现场风力较大，检测时采用深埋检波器或用沙袋压埋检波器的方法减少风对数据采集的影响。

检测执行规范中华人民共和国行业标准《多道瞬态面波勘察技术规程》JGJ/T143-2004。

2.3 资料整理及成果解释

资料处理工作首先将外业原始资料回放到计算机，进行逐点检查，对测点明显畸变的数据进行平滑处理；经校正后，数据采用核工业部北京地质研究院编写的swsBT12面波处理系统软件进行解译。面波数据处理工作主要分四个步骤进行，这四个步骤分别在不同的处理页面上逐步进行，每个处理页面都具备窗口显示和多页的操作控制。按处理顺序排列，四个步骤为：X-T时距域、F-K频率波速域、X-F距离-频率域、Z-V深度速度域，最后利用深度速度数据进行反演，采用Surfer8软件生成深度速度断面，生成纵剖面图见图2。

从反演图中看出，上部素填土层检测波速240～500 m/s，平均316.6 m/s，检测波速值较高，地基土从上至下连续性较好，强度较高，未发现有软弱夹层；下部原状土检测波速160～240 m/s，平均213.6 m/s，检测波速明显低于上部素填土层。由多道瞬态面波法确定的填土底面高程-32.22～-22.65 m。

多道瞬态面波法解译确定的填土底面高程（即原状土顶面高程）与防波堤地层剖面图进行对比分析，其结果显示采用爆破挤淤处理的地基标高均在与设计要求到达的持力层顶面高程之下，误差±0.5 m，满足设计要求。

为验证多道瞬态面波检测的精确性，在全部检测范围内布置验证钻孔20个，钻孔深度要求进入下卧原状土层不少于2.0 m。通过多道瞬态面波检测解译地层与钻探揭示地层资料进行对比，检验爆破挤淤地基处理效果并对多道瞬态面波检测效果进行验证，多道瞬态面波检测解译地层与钻探揭示地层结果对比详见表1。

从表1可以看出，采用多道瞬态面波法确定的填土底面高程与钻孔揭示的填土底面高程相差-0.61～0.64 m，平均值为0.21 m。

3 结论

（1）爆破挤淤处理软土地基是可行的，在本工程中最大处理深度达13.2 m，且经过多道瞬态面波法检测，其处理效果良好。

（2）多道瞬态面波法确定的填土底面高程与设计处理高程误差在±0.5 m之间。

（3）通过多道瞬态面波法与钻孔探摸确定的填土底面高程相差-0.61～0.64 m，平均值为0.21 m，多道瞬态面波法在爆破挤淤地基处理检测中效果良好。

参考文献

[1] 张琪，董志强.浅谈软土地基的处理方法[J].中国科技博览，2011（29）.

[2] 刘前林.简述路桥工程中几种软土地基的处理方法[J].广东科技，2011（8）.

[3] 田玉民，史殿胜，孙建宏.综合物探方法在软土地基处理检测中的应用[J].工程地球物理学报，2009（6）.

[4] 李学军.瞬态面波法在工程勘察中的应用及效果[C].1999年中国地球物理学会年刊—中国地球物理学会第十五届年会论文集，1999.

[5] JGJ/T143-2004.多道瞬态面波法勘察击数规程[S].