波速测试在高层建筑地基勘察中的应用

【摘要】波速测试是研究岩石各项物理力学参数的重要方法。本文首先针对波速测试技术进行简要分析，其后以单孔法为例详细探讨了波速测试在岩土勘察中的应用要点，最后围绕案例阐述了波速测试在高层建筑地基勘察中的应用情况，以期可供参考。

【关键词】波速测试;高层建筑;地基勘察;应用要点          【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.34.067

1、引言

声波速度是反映工程材料物理力学性能的重要指标。由于岩石中所含的矿物成分、节理、裂隙等各不相同，对声波速度的影响也不相同。因此，波速测试被广泛应用于岩石和岩体工程的宏观参数测定、质量评价等领域，本文主要就高层建筑地基勘察中波速测试的应用展开详细分析。

2、波速测试技术概述

波速测试是岩土工程勘察的一种原位测试方法，用于测定场地内各类岩土层的压缩波、剪切波的波速值。岩石的声波速度与矿物成分、结构、孔隙、裂隙、应力状态等均有密切关系，是反映工程岩体物理力学性质的重要指标。而岩石的强度是岩石矿物成分和结构的宏观力学体现，是工程中最常用的力学强度参数，直接影响到工程建设。

波速测试方法分为单孔法、跨孔法或面波法，各测试方法对比见表 1。单孔法测试装置简单且测试效率高、成本低，故在实际工作中一般采用单孔法。通过锤击木板，使木板与地面发生错动，产生剪切波，并在钻孔内不同深度接收向下传递的剪切波。通过计算获取各地层的地震波传播时间和相应的接收深度，即可计算出各地层波速值。

3、波速测试在岩土勘察中的应用要点

本文以常用的波速测试单孔法为例，对其在岩土工程勘察中的应用展开分析。

3.1现场布置

对于单孔法，采用地面激发弹性波，孔内三分量检波器接收的方式进行测试，具体如下图1所示。

（1）震源装置及激发。①剪切波震源：单孔法震源可采用爆破、弹簧式S波、敲击木板等方法。其中最常用的是敲击木板，即采用正反向锤击木板的方式激发，要求孔口与木板中心连线与模板长边垂直，孔口与木板的间距宜为1～3m;压板重物不宜小于 500kg，使木板和地面耦合良好。②纵波震源：要求激发能最大和重复性好，常用的是用重锤锤击放在地表的圆钢板，以产生纵波。

（2）接受装置。孔内探头采用三分量检波器，其中一个垂向检波器接收壓缩波，另外两个水平检波器接收剪切波。一般采用气囊式或弹簧式装置使探头紧贴孔壁，测点间距一般为 1m，自下而上进行测量。

（3）现场波形判别。在现场工作中应对采集到的波形鉴别，具体根据剪切波和压缩波的特点将其区分：①压缩波速度较快，同一深度的压缩波总是先于剪切波到达。②压缩波能量少，因此振幅较小;剪切波能量大，振幅高。同时，剪切波是正反两个方向激发，这两个方向锤击获得的剪切波相位应相差 180°，而压缩波即使正反敲击其相位不变。

3.2数据处理

波速测试中的数据处理包括：岩土层的层速度计算、等效剪切波速计算、动力参数计算。其中，等效剪切波速计算时应首先确定计算深度，具体按相关规范选择计算方法，并由此计算出剪切波在地面至计算深度之间的传播时间，然后计算出等效剪切波速。

4、实例探析波速测试在高层建筑地基勘察中的应用

4.1工程概况

某工程包括多栋多层及高层住宅，高层建筑采用剪力墙结构。根据勘察报告，场地土自上而下如下表2所示。其中，⑤1全风化火成岩、⑤2强风化火成岩、⑤3中风化火成岩，主要矿物成分有石英、长石及长石风化物、少量云母及闪长石等，岩体基本质量等级Ⅴ～Ⅳ级。

4.2波速测试方案

按照相关规程，本次共完成22个孔的波速测试工作，完成测试孔工作量及技术参数如下：（1）B1：钻孔、测试深度60.0m，采集点数量60个;（2）B2：钻孔、测试深度分别为53.0、52.0m，采集点数量52个;（3）B3：钻孔、测试深度分别为46.5、46.0m，采集点数量46个;（4）B4、B5、B6、B8：钻孔、测试深度47.0m，采集点数量47个;（5）B7、B17：钻孔、测试深度46.0m，采集点数量46个;（6）B9：钻孔、测试深度56.0m，采集点数量56个;（7）B10、15、18：钻孔、测试深度52.0m，采集点数量52个;（8）B11：钻孔、测试深度分别为49.5、49.0m，采集点数量49个;（9）B12：钻孔、测试深度48.0m，采集点数量48个;（10）B13、21：钻孔、测试深度58.0m，采集点数量58个;（11）B14：钻孔、测试深度59.0m，采集点数量59个;（12）B16：钻孔、测试深度56.0m，采集点数量56个;（13）B19、B20、B22：钻孔、测试深度44.0m，采集点数量44个。

4.3剪切波速测试成果

4.3.1剪切波速数据

所有钻孔的剪切波速数据如图2所示。

基于剪切波速测试数据，可反算得到各土层的剪切波速平均值，见表3。

4.3.2场地类别判定

本场地覆盖层厚度<50m，根据建筑抗震设计规范，单孔场地类别判定结果如下：（1）Ⅱ类场地：B2～17、B21，20m等效剪切波速依次为212、170、182、160、173、182、187、163、169、160、191、185、157、175、151、152、200m/s;（2）Ⅲ类场地：B1、B18～20、B22，20m等效剪切波速依次为149、150、148、137、142m/s。

结语：

综上所述，波速测试在岩土工程勘察中是一种常用方法，具有工作效率高、资料处理快速，成本较低等特点。在高层建筑地基勘察中，通过波速测试可获得的场地内各岩土层的剪切波速、场地等效剪切波速，是场地土类型划分、场地类别划分、确定设计特征周期和建筑抗震设防烈度调整的依据，可为后续施工奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]林国冲.复杂场地地基承载力挖掘分析[J].山西冶金，2018，41（02）：63-65.

[2]刘家富，余京，康世海.剪切波速测试技术在建筑场地评价中的应用[J].地下空间与工程学报，2015，11（S2）：764-767.

[3]袁昕.波速测试技术在岩土工程勘察中的应用[J].山西建筑，2017，43（11）：103-104+201.

作者简介：

邹霖 （1976-），男，湖南祁东人，工程师，本科，工作方向：岩土勘察。

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