SASW法在基础工程和路基工程中的应用刍议

摘要：瑞雷波凭借其能量大、频率和传播速度低、衰减慢、传播信号容易获取等优势在工程界受到密切关注。而随着基础施工工程项目的增多，SASW法也得到了越来越广泛的应用。文章首先介绍了瑞雷波的传播特性并分析了瑞雷波的原理，然后从液化地基加固处理和确定地基承载力这两个方面分析了SASW法在基础工程和路基工程中的应用。

关键词：SASW法；路基工程；应用；检测

中图分类号：U213.1 文献标识码：A

SASW法是spectral analysis of surface wave 简称，因此也叫做表面波频谱分析法。该法是通过频谱分析对瞬间激振下所产生各种频率的瑞雷波进行分析来确定物质传播介质特性的方法，在国内以及国外的工程界得到了越来越广泛的应用。早在上个世纪的六十年代，美国就开始运用SASW法进行公路试验，只是受到技术限制未能成功。而我国也在80年代开始研究SASW法在工程施工中的应用，到现在已经小有所成。该法先后被应用在地基处理效果评价、第四系地质分层、建筑地基的勘测以及公路的路基加固检测方面。

1.SASW法概述

1.1 瑞雷波的传播特性

在瞬间激振的作用下，地面会产生折射波、反射波以及面波等主要的扰动波，其中面波所具有的能量最强，所占传播总能量的比例为67%。瑞雷波横波与纵波的垂直分量在界面附近会发生迭加与放大，具有能量大、频率和传播速度低，衰减慢的特点，传播信号非常容易获取。瑞雷波所具有的能量集中在一个波长左右这个范围中，因此可以利用一定距离内瑞雷波所提供的信息进行工程测试。瑞雷波的另外一个重要特性就是当在均匀介质中传播时，不具备频散特性。而当瑞雷波的传播介质不均匀时，频率不同的瑞雷波其传播速度也不一样。这种频散特性是其在工程实践中得到应用的重要基础。

1.2 瑞雷波的原理分析

由于瑞雷波的能量主要集中在一个波长的范围内，因此在其沿传播时，可以穿透的地面深度也在一个波长左右。相同波长的传播特性反映的是传播介质水平方向上的不同情况，而不同波长的瑞雷波则反映了不同深度处的地下信息。因此，工程上可以在地面上每隔一个波长左右距离的地方安装一个检波器，这样就可以全面地获得施工范围内的相关信息。假设fi表示瑞雷波的频率，而t表示相邻两个检波器之间的时差，相位差为φ，则测量范围中波速的平均值为：

或=2πNx/

在相同地段中测出不同频率所对应的一系列Vr 值就可以得到频率和波速之间的频散曲线，再根据公式λi=/f,就可将频散曲线转化成波长与波速之间的关系曲线。由于该曲线与地下的地层信息有着非常密切的联系，因此通过对频散曲线的分析就可以得到该深度范围内的地质情况。瑞雷波的波速和剪切波速之间有如下关系：

=Vs

上式中，μ代表泊松比。根据剪切波速和岩土的动力学参数以及工程的性质都有密切的关系，因此通过 瑞雷波我们可以分析并求解出工程中的各种力学参数。

2.SASW法在基础工程和路基工程中的应用分析

2.1 SASW法在液化地基加固处理中的应用

在路基施工的过程中，经常需要对液化地基进行加固处理，因此我们需要一种有效的方法对加固施工完成以后的效果进行评价，只有确定加固处理发挥了其作用，才能确保路基施工的质量。而SASW法就是这样一种可以评价液化地基加固处理效果的方法，不仅精确度高，而且可以对强夯法、挤密碎石桩法等各种不同的加固处理方法进行评价，应用范围非常广。

SASW法在强夯法液化地基加固处理中的应用

在距离地基一个波长距离内的某地安装检波器，在强夯法每一次夯实的过程中，地面都会在夯实的作用下产生不同频率的扰动波，根据检波器所接收到的信息我们就可以判断出该处地基的夯实度，进而确定加固处理的效果。

SASW法在挤密碎石桩法液化地基加固处理中的应用

挤密碎石桩法采用沉管式干振碎石桩进行加固处理，桩管的直径为377毫米，长度为10米，桩径为500毫米，桩之间的间隔距离为1.6米，按照正三角形排布，充盈系数为1.15。根据SASW法所获得的信息我们可以知道：第一，在成桩前后，液化地基的剪切波速发生了比较大的变化，并且在成桩以后剪切波速得到了大幅提高；第二，沉管式干振碎石桩对于液化地基桩身中部的加固效果是最好的。

2.3 SASW法在确定地基承载力中的应用

在路基施工中，地基承载力的计算为工程的设计人员提供相关的地基参数，也是检验设计以及施工合理性的依据。通过SASW法对不同地基加固方法类型、特点以及静载荷实验所得到的的结果进行对比然后运用指数回归的方法进行统计与分析，就可以建立起地基承载力、面波速度以及压缩模量这三个参数之间的关系式。地基承载力的计算方法分为有静力载荷资料和没有资料这两种。

（1）有静力载荷资料时，地基承载力确定方法

在相关文献中，地基承载力[R]与瑞雷波的波速VR二者之间存在如下指数关系：

[R]=AVRB

根据不同的频率值就可以得到如下方程组：

[R]1=AVR1B

[R]2=AVR2B

.。。。。。。

[R]n=AVRnB

代入实际测出的波速值解方程组就可以得出系数A与B。

（2）没有静力载荷资料时，地基承载力确定方法

在没有静力载荷资料时可以运用以下关系式来确定：

[R]0.01=4.6332×10-6VR35369

其中波速范围为：100＜ VR＜165 ，相关系数 γ=0.8710

[R]0.015=4.5666×10-6VR35899

其中波速范围为： 100＜ VR＜165，相关系数γ=0.863

[R]0.02=1.1405×10-6VR34372

其中波速范围为： 100＜ VR＜165，相关系数γ=0.8253

在实际的施工过程中，路基承载力并不会是固定的值，它受到车辆速度、车辆载荷以及振动频率等多种因素的影响，不同地区甚至不同施工情况的路基承载力也就不同。所以，地基承载力的确定除了需要确保所得到的数据准确之外，还要了解施工地区的地质条件以及自然因素对其产生的影响。

结束语

瑞雷波具有能量大、频率和传播速度低，衰减慢的特点，传播信号非常容易获取，并且随着表面波频谱分析法的不断发展与改进，在工程界已经得到了越来越广泛的应用，先后被应用在地基处理效果评价、第四系地质分层、建筑地基的勘测以及公路的路基加固检测方面。本文主要分析了其在SASW法在液化地基加固处理中以及在确定地基承载力这两个方面的应用。

参考文献：

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[2]石江华.基于巴楚地震调查的剪切波速液化判别方法研究[D].中国地震局工程力学研究所：岩土工程,2011

[3]贾辉，何正勤，叶太兰.SASW及MASW方法在隐伏断层探测中的应用[J].地球物理学进展,2010(02)

[4]唐平祥.瑞利波法在公路地基中的应用[J].公路工程,2012(03)

作者简介：杨志华，1974-5，男，本科，高级工程师