一种地基强夯加固质量三维连续检测方法

摘要

本发明提供了一种地基强夯加固质量三维连续检测方法，包括如下步骤：布置加固前瑞雷波观测系统；采集瑞雷波CT扫描数据，获得加固前土体瑞雷波相速度三维数据；加固前土体瑞雷波相速度三维连续成像；取土点采样测定加固前土体特性参数；布置加固后瑞雷波观测系统；获得加固后土体的瑞雷波相速度三维数据；加固后土体瑞雷波相速度三维连续成像；取土点采样测定加固后土体特性参数；建立土体瑞雷波相速度与土体特性参数之间的统计关系式；获得强夯加固前、后土体工程性状；比较加固前、后土体工程性状获得地基强夯加固效果，判断地基强夯加固质量。本发明提高了地基强夯加固质量检测效率，降低了施工成本，实现了地基强夯加固质量的三维连续检测。

说明书

技术领域

本发明涉及地基加固领域，尤其涉及一种地基强夯加固质量三维连 续检测方法。

背景技术

地基强夯处理完成后的加固质量检测评价是工程建设中的重要一 环。地基工程在后续工程完成后即成为不可直接检视的隐蔽工程，因 此，对地基处理质量进行检测评价，发现问题及时反馈、及时补救非常重 要。另外，地基处理工程完成后的检测评价也是保证后续工程乃至工程 总体质量的一个重要步骤。

不同项目对地基加固的要求有所不同，主要分为承载力和变形两方 面，检测评价指标（地基土体特性参数）有地基承载力、变形模量、压实 系数、湿陷性系数等。为得到这些评价指标，需要展开相应的试验测 试。目前，纳入规范的常用方法主要有取样和原位密度测试、载荷试 验、标准贯入试验、轻型动力触探等方法。这些常规检测方法耗时长、 费用高，只能给出一定数量的抽测点上的加固质量情况，不适用于大面 积、工期紧的大型地基处理工程检测评价，更无法对地基加固处理效果 进行跟踪检测，不能及时反馈地基加固质量情况，难以及时处理出现的 工程质量问题，因此急需一种既经济又高效的检测方法，来弥补现有检 测技术的不足。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种地基强夯加固质量 三维连续检测方法，以地基土体弹性状态与土体加固状态相关（强夯加固 土体的弹性波速与土体特性参数存在显著相关关系）为基础，以多道瑞雷 波探测技术为手段，辅以地基土体取样测试或原位试验，来提高地基强夯 加固质量检测效率，降低施工成本，实现地基强夯加固质量的三维连续检 测。

为实现上述目的，本发明提供了一种地基强夯加固质量三维连续检测 方法，分为加固前阶段和加固后阶段，具体包括以下步骤：

步骤S1，在拟进行强夯加固的场地地面上，布置加固前地基土体瑞雷波 观测系统，该瑞雷波观测系统，按照一定的间距布置测线，构成测网覆盖全 部场地，在各条测线上同时布置多个测点和取土点（或原位试验点），同一 测线上的多个测点的相邻测点两两结合，形成连续分布的测点对，该取土点 布置于该测点对之间，在该测点上布置检波器，在该测线两端延长线上各布 置一个瑞雷波激发点，该激发点离开最近的一个测点应足够远，以保证该测 点上可以观测到明显的瑞雷波；

步骤S2，对所布置的瑞雷波激发点施加瞬态冲击力，激发瑞雷波，并进 行多道瞬态瑞雷波CT扫描数据采集，获得加固前地基土体的瑞雷波相速度 三维数据；

步骤S3，根据加固前地基土体的瑞雷波相速度三维数据，进行加固前 地基土体瑞雷波相速度三维连续成像；

步骤S4，采样测定取土点处一定深度上的加固前地基土体特性参数；

步骤S5，参照步骤S1，布置加固后地基土体瑞雷波观测系统，该加固 后地基土体瑞雷波观测系统与该加固前地基土体瑞雷波观测系统重合；

步骤S6，参照步骤S2，采集多道瞬态瑞雷波CT扫描数据，获得加固后 地基土体的瑞雷波相速度三维数据；

步骤S7，参照步骤S3，进行加固后地基土体瑞雷波相速度三维连续成 像；

步骤S8，参照步骤S4，测定加固后地基土体特性参数；

步骤S9，综合分析加固前、加固后取土点的地基土体特性参数与对应位 置的瑞雷波相速度，建立地基土体特性参数与地基土体瑞雷波相速度之间的 统计关系；

步骤S10，将加固前、后地基土体瑞雷波相速度三维连续成像转换为加 固前、后地基土体特性参数三维连续成像，获得强夯加固前、后地基工程性 状；

步骤S11，比较加固前、后地基工程性状，获得地基强夯加固效果，根 据设计对加固地基土体性状参数的要求，判断地基强夯加固质量。

进一步，步骤S1中，各条测线上的测点按照“测线号-测点号”的规则 编号，取土点按照“测线号-取土点号”的规则编号，对场地测点及取土点进 行唯一性定位。

进一步，步骤S1中，该检波器分为低频检波器及高频检波器，并配套 装有瑞雷波探测的仪器，用于采集瑞雷波信号。

进一步，该瑞雷波探测的工作频段，根据强夯地基土体处理的最大有效 加固深度要求，通过计算确定，该检波器根据所确定的瑞雷波探测的工作频 段选择。

进一步，步骤S2中，该瞬态冲击力通过激发锤激发，该激发锤的质量， 根据所确定的瑞雷波探测的工作频段确定。

进一步，步骤S3和步骤S7中，加固前和加固后的地基土体瑞雷波相速 度三维连续成像具体包括以下步骤：

步骤1，提取同一条测线上各测点对之间瑞雷波相速度—深度分布信息， 形成瑞雷波相速度—深度曲线；

步骤2，联合同一条测线上的相速度—深度分布信息，构建同一条测线 的瑞雷波相速度—深度分布，形成对应测线的瑞雷波相速度—深度剖面；

步骤3，综合各条测线形成的瑞雷波相速度—深度剖面，经过插值处理， 形成场地地基土体的瑞雷波相速度三维连续成像。

进一步，步骤S9中，该地基土体特性参数与地基土体瑞雷波相速度之 间的统计关系式，通过绘制地基土体特性参数与相应地基土体实测瑞雷波相 速度的散点图，并对散点分布进行拟合得到。

进一步，利用步骤S9得到的地基土体特性参数与地基土体瑞雷波相速 度之间的统计关系式，将步骤S3和步骤S7得到的加固前和加固后地基土体 瑞雷波相速度三维连续成像转换为加固前和加固后地基土体特性参数三维 连续成像，进一步根据地基加固质量检测要求，提取不同深度的加固前和加 固后地基土体特性参数的水平分布图，获得强夯加固前、后地基工程性状。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过提供一种地基强夯加固 质量三维连续检测方法，提高了地基强夯加固质量检测效率，降低了施工 成本，实现了地基强夯加固质量的三维连续检测。

附图说明

图1为本发明一种地基强夯加固质量三维连续检测方法的流程图；

图2为本发明一种地基强夯加固质量三维连续检测方法的地基土体 瑞雷波观测系统布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明 的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些 实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发 明的保护范围之内。

如图1及图2所示，图1为本发明一种地基强夯加固质量三维连续检 测方法的流程图；图2为本发明一种地基强夯加固质量三维连续检测方法 的地基土体瑞雷波观测系统布置示意图。

在本实施方式中，一种地基强夯加固质量三维连续检测方法，包括加 固前、加固后两个阶段，具体步骤如下：

加固前阶段：

步骤S1，在拟进行强夯加固的场地地面上，布置加固前地基土体瑞雷波 观测系统，该瑞雷波观测系统，按照一定的间距布置测线，构成测网覆盖全 部场地，在各条测线上同时布置多个测点和取土点（或地基土体特性原位测 试点），同一测线上的多个测点的相邻测点两两结合，形成连续分布的测点 对，该取土点布置于该测点对之间，在该测点上布置检波器，在该测线两端 延长线上各布置一个瑞雷波激发点，该激发点离开最近的一个测点应足够 远，以保证该测点上可以观测到明显的瑞雷波。

各条测线上的测点按照“测线号-测点号”的规则编号，取土点按照“测 线号-取土点号”的规则编号，对场地测点及取土点进行唯一性定位。

该检波器分为低频检波器（固有频率4.5Hz）及高频检波器（固有频率 100Hz），并配套装有瑞雷波探测的仪器（SWG多波地震探测仪），用于采集 瑞雷波信号。

该瑞雷波探测的工作频段，根据强夯地基土体处理的最大有效加固深度 要求，通过计算确定，该检波器根据所确定的瑞雷波探测的工作频段选择。

由瑞雷波的频散特征可知，瑞雷波的高频成分反映的是浅部介质的特 性，低频成分则反映深部介质的特性。波长λ_R、频率f与波速V_R之间的关系 为：

${\lambda }_R=\frac{V_R}{f};$

由此可知，波长与频率成反比，频率越低，波长越长。根据瑞雷波的有 效探测深度H与波长λ_R成正比的关系，即：H=β·λ_R，其中系数β值与介质 的特性有关，所以，与“高频反映浅部，低频反映深部”相对应的是“短波 反映浅部，长波反映深部”。

假设强夯地基土体处理的最大有效加固深度要求是6.5m，可把探测目的 深度定为8m，假设地基土体为经强夯加固后的黄土，泊松比可取0.4，对应 的β=0.79，按H=β·λ_R计算，探测目的深度要求（H=8m），所激发的探测瑞 雷波波长λ_R最大值需达到10.13m。若经夯实的土体较低波速值取V_R= 200m/s，则瑞雷波检测的工作频段低频达到20Hz左右，即可达到检测要求。

对于浅部土层的探测，主要依赖于瑞雷波中的高频成分。将探测的最浅 深度定为1m，可以满足地基强夯处理质量检测要求。按H=1m考虑，仍取 波速V_R=200m/s，瑞雷波的最高频率达到160Hz即可。

综上所述，本例地基加固质量瑞雷波探测的工作频段应为20～160Hz。

步骤S2，对所布置的瑞雷波激发点施加瞬态冲击力，激发瑞雷波，并进 行多道瞬态瑞雷波CT扫描数据采集，获得加固前地基土体的瑞雷波相速度 三维数据。

该瞬态冲击力通过激发锤激发，该激发锤的质量，根据所确定的瑞雷波 探测的工作频段确定。

高质量的瑞雷波记录图具备以下特点：1）信噪比高，瑞雷波信号明显， 干扰信号微弱；2）瑞雷波震相初动清楚，同相轴连续；3）波动频率成分与 探测深度范围匹配；4）在同一测点上多次采集波形重复性好。

影响瑞雷波采集质量的因素包括仪器工作状态、震源激发效果、干扰源 的强度等，需根据具体情况采取恰当的措施，尽可能降低干扰因素的影响。

步骤S3，根据加固前地基土体的瑞雷波相速度三维数据，进行加固前 地基土体瑞雷波相速度三维连续成像。

该瑞雷波相速度三维连续成像具体包括以下步骤：

步骤1，提取同一条测线上各测点对之间瑞雷波相速度（V_R）—深度（H） 分布信息，形成瑞雷波相速度—深度曲线；

步骤2，联合同一条测线上的瑞雷波相速度—深度分布信息，构建同一 条测线的瑞雷波相速度—深度分布，形成对应测线的瑞雷波相速度—深度剖 面（地基土体瑞雷波相速度垂直切片）；

步骤3，综合各条测线形成的瑞雷波相速度—深度剖面，经过插值处理， 形成场地地基土体的瑞雷波相速度三维连续成像。

步骤S4，采样（或原位测试）测定取土点处一定深度上的加固前地基土 体特性参数（譬如土体压实系数λ_c或地基承载力基本值f₀、变形模量E₀等）。

土体压实系数测试按《土工试验方法标准》GB/T50123-1999规定进行。 采取土样的数量需满足土样质量测试的需要。

为排除水分蒸发、地表扰动等因素的影响，用于压实系数测定的土体取 样部位须具有一定深度。另外，考虑瑞雷波相速度反映的是对应瑞雷波有效 探测深度以上土体的平均性质，而探测瑞雷波分辨最浅深度的控制值是1m。 考虑这两个方面的因素，取土深度在地面以下1m深度以上即可。在进行地 基土体压实系数λ_c与地基土体瑞雷波相速度V_R之间的相关性统计分析时， 可取有效探测深度H=1m所对应的瑞雷波相速度参与分析。在进行地基土体 其他特性参数（如，地基承载力f₀、变形模量E₀等）与地基土体瑞雷波相速 度V_R之间的相关性统计分析时，可参考地基土体对相应地基土体特性参数 的贡献，确定对应的瑞雷波有效探测深度。譬如，进行地基承载力与地基土 体瑞雷波相速度之间的相关性统计分析时，可选择地基附加应力最为显著的 深度范围，取相应深度对应的瑞雷波相速度参与相关统计分析。

按土样含水率测试要求，土样采取后直到土样测试时必须采取密封保水 措施。现场取土时先用铁钎挖除表土消除表面干扰，当达到土体含水率稳定 的深度以下后，再用环刀取土，然后把取得的土样放入塑料袋中密封，并记 录编号以备试验测试。

加固后阶段：

步骤S5，参照步骤S1，布置加固后地基土体瑞雷波观测系统，为便于 加固效果比较，加固后观测系统与加固前观测系统布置在空间上应该重合。

步骤S6，参照步骤S2，采集多道瞬态瑞雷波CT扫描数据，获得加固后 地基土体的瑞雷波相速度三维数据。

步骤S7，参照步骤S3，进行加固后地基土体瑞雷波相速度三维连续成 像。

加固后瑞雷波相速度三维连续成像具体步骤与加固前相同；

步骤S8，参照步骤S4，测定加固后地基土体特性参数。

步骤S9，综合分析加固前、加固后取土点的地基土体特性参数与对应位 置的瑞雷波相速度，建立地基土体特性参数与地基土体瑞雷波相速度之间的 统计关系。

地基土体特性参数（如土体压实系数λ_c或地基承载力基本值f₀、变形模 量E₀等）与地基土体瑞雷波相速度（V_R）之间的统计关系式，通过绘制地基 土体特性参数与相应地基土体实测瑞雷波相速度的散点图，并对散点分布进 行拟合得到。

譬如，场地地基土体压实系数（λ_c）与地基土体瑞雷波相速度（V_R）之 间的统计关系式，通过绘制实测地基土体压实系数与地基土体瑞雷波相速度 的散点图，并对散点分布进行拟合得到。同时，根据实测值的分布范围，在 该散点图上绘制上包络线（λ_cmax）和下包络线（λ_cmin），并求得上包络线的 方程及下包络线的方程，以便对拟合关系式的离散程度进行评估，为地基加 固质量评价的可靠性提供依据。

地基承载力基本值f₀、变形模量E₀宜按《建筑地基处理技术规范》（JGJ 79-2012）和《岩土工程勘察规范》（2009版）（GB50021-2001）相关规定通 过现场载荷试验测定。地基承载力基本值f₀、变形模量E₀与地基土体的瑞雷 波相速度（V_R）之间的统计关系式，通过绘制实测地基土体特性参数与相应 地基土体瑞雷波相速度的散点图，并对散点分布进行拟合得到。同样根据散 点图上、下包络线，对拟合关系的变异程度进行评价。

步骤S10，将加固前、后地基土体瑞雷波相速度三维连续成像转换为加 固前、后地基土体特性参数三维连续成像，获得强夯加固前、后地基工程性 状。

同样，利用步骤S9得到的地基土体特性参数与地基土体瑞雷波相速度 之间的统计关系式，将步骤S3和步骤S7得到的加固前和加固后地基土体瑞 雷波相速度三维连续成像转换为加固前和加固后地基土体特性参数三维连 续成像，进一步根据地基加固质量检测要求，提取不同深度的所述加固前和 加固后地基土体特性参数的水平分布图（水平切片），获得强夯加固前、后 地基工程性状。

步骤S11，比较加固前、后地基工程性状，获得地基强夯加固效果，根 据设计对加固地基土体性状参数的要求，判断地基强夯加固质量。

根据上述判断结果，对场地地基加固效果欠佳的场地进行复夯加固，以 满足地基加固的质量要求。

按照传统方法检测，仅能掌握场地中一定抽测点上的地基加固情况。如 果抽测点碰巧布置在加固效果较好的位置，而其他位置地基土体加固效果不 够好，则检测结果就得到了地基处理质量满足要求的假象。

考虑实测数据的分散性，按场地地基土体压实系数（λ_c）与地基土体瑞 雷波相速度（V_R）之间的统计关系式对地基加固质量进行评价会存在误判的 可能，利用上包络线（λ_cmax）和下包络线（λ_cmin）可以对误判的可能做出评 估。实际加固质量高于评判质量可能幅度为Δλ_cmax，实际加固质量低于评 判质量可能幅度为Δλ_cmin，分别由以下两式计算：

Δλ_cmax=λ_cmax-λ_c；

Δλ_cmin=λ_c-λ_cmin；

从质量控制角度考虑，按下包络线进行地基土体瑞雷波相速度向压实系 数转换对保证地基强夯处理质量更有利；但从经济角度考虑，这是偏于保守 的做法。

本发明通过提供一种地基强夯加固质量三维连续检测方法，提高了地 基强夯加固质量检测效率，降低了施工成本，实现了地基强夯加固质量的 三维连续检测，通过本发明可以全方位掌握地基处理的效果，发现问题可 以及时反馈处理，对于面积大、进度快、要求高的大型地基加固处理工程 十分必要，可以为地基加固质量控制提供有力的技术支撑。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细 节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形 式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的， 而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因 此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发 明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个 实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清 楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术 方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。