摘要：討論了應用瞬態瑞雷面波進行碎石樁復合地基承載力檢測的基本技術原理，通過分析剪切波速和標準貫入擊數、樁間土變形模量之間的關系，建立了瑞雷波速和樁土應力比之間的模型，進而建立瑞雷波和碎石樁復合地基承載力之間的關系模型。與靜載荷試驗對比，兩者一致性良好，具有較高的精確度。
　　關鍵詞：瑞雷波；樁土應力比；地基承載力；關系模型
　　前言
　　隨著建筑事業的蓬勃發展，建筑物對地基的要求也就越來越高。由于具有經濟、適用面廣等特點，碎石樁復合地基這種地基處理形式越來越多地應用到工程實踐中。工程實踐的要求推動了地基處理技術的迅猛發展，與此同時，對加固后復合地基承載力的檢測也就成為一個亟待解決的課題。承載力檢測的傳統方法有靜載荷試驗、標準貫入試驗、重力觸探等原位測試方法。這些方法無疑在復合地基檢測中發揮了重要的作用，但是這些試驗方法也存在一些問題：設備笨重，試驗周期長；受場地條件限制，一個工程只能做少數幾個點的檢測；不能滿足地基過程中對施工質量跟蹤檢測的要求，也不能對地基處理效果做出全面的評價。因此，研究新型復合地基檢測設備和手段具有重要的意義。瑞雷面波測試技術是一種無破損、高速快捷的檢測新技術，廣泛應用于土木工程建設中[1]。應用瑞雷面波測試技術可以快捷而可靠地完成對復合地基承載力的快速檢測和評價。
　　1瞬態瑞雷波檢測的基本技術原理
　　利用瑞雷波法檢測碎石樁復合地基承載力主要利用其兩種特性：一是在分層介質中瑞雷波速度的頻散特性；二是瑞雷波傳播速度與介質物理力學性質的密切相關性。前者可以根據實測頻散曲線劃分層位，并計算個層的波速值。后者根據壓縮模量、承載力等也與土層物理力學參數密切相關的特點建立與其的關系模型。
　　對于均勻的彈性半空間層狀介質，其表面受到瞬態沖擊作用時，將產生瞬態振動。振動組分中包括縱波、橫波和瑞雷波。在一次沖擊產生的波能中，瑞雷波占67%，即從振源向半無限介質表面輻射的總能量的2/3形成瑞雷波，而縱波和橫波只占有少量的能量。
　　設簡諧激振力頻率為，傳播速度為，則波長。理論研究表明，在瑞雷波傳播過程中，能量大部分集中在深度范圍內。改變激振力的頻率，也就改變了瑞雷波的波長和穿透深度。這樣，簡諧激振力的頻率由高往底變化，分別測試出各個頻率的瑞雷波傳播速度，就實現了由淺向深的探測。
　　瑞雷波的傳播速度與剪切波速之間有近似關系[2]：
　　(1)
　　為地層的泊松比。第四系的地層的泊松比為0.4~0.49，因此對于常用的地基土體，瑞雷波速和剪切波速相等，誤差只有5%左右。
　　2新的樁土應力比模型的建立
　　樁土應力比是復合地基設計的重要參數之一，然而樁土應力比的精確計算非常困難。國內外學者結合具體的地基處理形式，根據各自的假定條件提出一些樁土應力比的計算公式。樁土應力比傳統計算方法有Rowe公式、Baumann公式、Preibe公式、模量比公式以及基于復合地基和天然地基載荷試驗曲線推算等方法。模量比公式是其中最簡單的算式，他假定在剛性基礎下，樁體和樁間土的豎向應變相等，向應變相等，即。于是，樁體上，樁間土上豎向應力，樁土應力比的表達方式為：
　　（2）
　　式中、為樁體材料和樁間土體的變形模量。
　　上述假定與實際情況有較大的差別，用來估算樁土應力比值比較粗糙。趙平，趙明華，趙明[3]考慮復合地基中碎石樁的縱橫向變形異性，引入魏西克彈性圓孔擴張理論和曲線法，考慮碎石樁土共同工作，建立了模量比計算樁土應力比的修正公式：
　　（3）
　　式中、為樁體和樁間土的泊松比，為面積置換率。其他參數同上。修正公式雖然具有可靠的精度，但是由于本公式的計算基于靜載荷試驗的應用條件，因此具有設備沉重、周期長、造價高等缺點。而且，只能進行局部、小范圍的抽測，不利于大規模的使用和推廣。
　　變形模量和剪切波速均反映了土體的軟硬程度，兩者之間具有良好的相關性。經統計發現和呈對數關系。即：。本文對132個現場測試數據進行回歸分析，得到和回歸曲線關系模型：
　　（4）
　　同時，經過對17根碎石樁的單樁承載力靜荷載試驗研究發現，在施工質量的以保證的情況下，碎石樁變形模量的引起的變化對樁土應力比的取值影響不大，因此本文在討論過程中采用推薦值16。
　　將(4)式，及=16代入（3）式即可得新的樁土應力比公式。
　　（5）
　　3承載力計算模型的建立
　　復合地基承載力計算通常有兩種思路：一種是先分別確定樁體的承載力和樁間土的承載力值，再根據一定的原則疊加這兩部分承載力得到復合地基的承載力值；另一種是通過復合地基滑弧穩定分析法確定復合地基承載力值。由前一種思路得到的承載力公式又可以分為二類：面積比公式和應力比公式；由后一種思路得到的穩定分析法，選用土體強度指標有兩種方法：一是分別選用樁體強度指標和樁間土強度指標，二是統一選用復合土強度指標。
　　根據復合地基承載力應按置換率和應力集中比來計算的原理，即依據復合地基的應力按材料剛度大小進行應力重新分布的理論，復合地基的容許承載力由下式給出：
　　（6）
　　根據本文提出的樁土應力比計算公式以及瑞雷波速同天然地基承載力之間的關系模型[4]：
　　（7）
　　將（7）式和（5）式代如（6）式即可求出碎石樁復合地基的承載力值。本文的數據分析也是建立在此基礎上的。
　　4工程檢測實例
　　為進一步驗證公式的可靠性，我們對廊坊市檢察院辦公樓的碎石樁復合地基場地同時進行了靜荷載試驗和瑞雷波法測試，并將測試結果進行了對比分析。
　　場地多為粉及砂性土，設計樁徑為0.42，有效樁長7.0，樁土面積置換率為0.132，復合地基承載力設計值150。靜載荷試驗共進行單樁復合地基靜載荷試驗6個點，按相對沉降法取值（），復合地基承載力平均值為173，極差為平均值的29%，由此確定復合地基承載力標準值為173。
　　場地共布設瑞雷波法測試點62個，各測試點瑞雷波速在115~157之間，平均波速為138.5。經運用本文提出的碎石樁承載力計算公式計算，復合地基承載力基本值在165.3~179.9之間，復合地基承載力標準值為171.1，標準差為11。

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