随着沿海城市的不断发展，由于经济建设的需要，很多地方开始围海造陆，在这些陆域形成工程中，一般利用开山混合料回填后，通过强夯进行地基加固处理。由于这些陆域形成工程面积大，所以对强夯加固处理后的地基进行质量检测和监测，是十分重要的。利用瑞雷波法检测强夯地基，轻便、快捷，可以进行原位无破损、连续大面积检测，而且通过与传统的静载荷试验等相结合，可以检测大范围的地基加固效果。文章通过分析瑞雷波的概念入手，介绍了瑞雷波法检测地基的基本原理、工作方法，并通过应用实例，说明了瑞雷波法在陆域形成工程地基处理中的检测效果。
《矿床地质》杂志创刊于1982年。由中国科学技术协会主管，中国地质学会矿床地质专业委员会、中国地质科学院矿产资源研究所主办，是中国报道矿产资源最新研究成果的代表性刊物，也是国内矿床学及地质学家专业学术期刊。刊载矿床地质基础理论、矿床地质特征及有关的岩石学、矿物学、区域地质学、成矿学、地球化学和同位素地质学等方面的研究成果、新技术新方法、问题讨论、消息报道等。读者对象为从事矿床地质勘察、矿山开发等工作的生产、科研人员和高校相关专业的师生。
1 瑞雷波法基本原理及工作方法
1.1 基本原理
地震波分为两类，即体波和面波，体波包括纵波(P)和横波(S)。当介质中存在分界面时，体波在一定条件下会相互干涉并迭加产生出一种频率较低、能量较强的次生波，因其主要沿介质的分界面传播，故称为面波。面波分为两类，即瑞雷波和勒夫波，目前主要是利用瑞雷波进行工程勘察。瑞雷波测试原理如图1所示。
瑞雷波在介质中传播存在以下几个特性：
⑴分层介质中，瑞雷波在介质表面具有频散特性，即不同频率的波具有不同的传播速度。利用该特性可以进行介质分层。
⑵瑞雷波的能量占全部波动能量的2/3，绝大部分能量集中在距震源的第一个半波长之内。由半波长理论可知，瑞雷波的测试深度为半个波长。
⑶瑞雷波的波长不同，其穿透介质的深度也不同，波长越长，穿透的地层深度越大。因此，根据波长与频率的关系，可通过改变激震频率来测定不同深度介质的平均瑞雷波速度Vr，当速度不变时，频率越低，测试深度就越大。
⑷从能量衰减特性来看，纵波和横波的振幅反比于波传播的距离，衰减与1/r(r是波的传播距离)成正比，而瑞雷波的振幅衰减与1/ 成正比。因此，瑞雷波的能量衰减要比横波和纵波慢得多，这是瑞雷波测试技术的优越性之一，可以很好的用来识别瑞雷波。
⑸瑞雷波的传播速度与介质的物理力学性质密切相关。当地基被夯实之后，地基土中的压缩比减小，承载力、波速随介质密度增大而增加，如强夯施工不均匀或夯击次数不够，则承载力达不到要求，瑞雷波速度低;如强夯效果好，承载力满足要求，瑞雷波速度也相应较大。因而，瑞雷波速度的高低，直接反映了承载力的大小。强夯前后瑞雷波速度的变化，即反映了地基岩土力学性质的变化。因此，可直接利用测试瑞雷波速度的方法来检测强夯效果。
瑞雷波测试方法分为瞬态法和稳态法两种，这两种方法的区别在于震源不同。瞬态法是在激震时产生一定频率范围的瑞雷波，并以复频波的形式传播;而稳态法是在激震时产生相对单一频率的瑞雷波，并以单一频率波的形式传播。一般采用的是瞬态瑞雷波法。
1.2 现场工作方法
瑞雷波法测试仪器主要有激振源、检波器、放大器、数据采集和分析系统。瞬态瑞雷波检测现场工作方法主要是现场试验、检测布置和面波采集。现场试验是开始现场正式工作的基础，主要包括干扰波调查、仪器和检波器系统的一致性检查和震源试验。面波检测布置包括测线布置和排列布置两部分，布置的原则是避免干扰，尽量真实地反映地基情况，根据现场测区实际条件确定合理的偏移距、道间距等。面波采集记录的质量是勘察成果质量的重要环节，应设置合理的采样点数、采样间隔，对于不理想的记录应进行重新采集，以获得最佳观测效果。同时要尽可能收集现场所需的工程资料，为后期资料解释和分析提供依据。一般来说，夯前和夯后的测线布设方式和布设位置等参数应该是一致的。
1.3 室内资料处理
资料处理时首先对实测波形(时间域内)进行二维傅立叶快速变换，得到F—K域(频率—速度)变换图，并由此求取频散曲线，通过对频散曲线反演拟合，得到地层的厚度及对应的瑞雷波速度值。
2 应用实例
2.1 概况
大连LNG项目位于大连市大孤山南端鲶鱼湾水域，30万吨矿石码头和30万吨级原油码头之间，本工程地基处理总面积为20.57万m2。根据陆域形成的方式和回填料的厚度，地基处理共分为四个区，包括二个强夯区。在大面积强夯之前对强夯I区进行夯击能为8000kJ、强夯II区为5000kJ的强夯试验，各试验区面积1200m2，强夯处理前后需进行瑞雷波测试检验。强夯区域地基处理结束，场地平整后，根据工程经验确定，土基顶面回弹模量应大于60MPa，地基承载力标准值应大于180kPa。瑞雷波测试检验完成后，每个强夯试验区布置一个点进行现场静载荷试验。
2.2 方法技术
本次测试工作采用瞬态瑞雷波法，在2个强夯试验区内进行，每个强夯试验区抽取4个点进行强夯前、后的瑞雷波法检测对比试验，其测点位置及布设方式在强夯前、后完全一致。工作使用仪器为美国产S-12浅层地震仪，震源为18kg大锤敲击。测试前先进行展开排列，以便设计合适的时间与空间域"窗口"，经现场反复试验后，决定采用重庆地质仪器厂产4Hz低频垂直检波器，12道接收，道间距1.0m，偏移距2m，采样间隔250μs，记录长度512ms，滤波采用全通。工作前所用检波器均做了道一致性检查，仪器设备处于良好工作状态，所获取的数据准确无误，为其后资料解释及成果分析打下良好基础。
室内资料整理采用北京市水电物探研究所编制的CCSWSwin瑞雷波频散曲线分析软件，其主要流程为：①瑞雷波波数据资料预处理→②生成瑞雷波频散曲线→③频散曲线分层、反演瑞雷波速度及确定层厚→④统计分析测点在强夯影响深度范围内的瑞雷波速度→⑤统计分析各强夯试验区内强夯前、后瑞雷波速度变化情况，对强夯效果进行评价。
2.3 成果分析
通过对比强夯前、后的瑞雷波测试频散曲线(见图2)可知，强夯前的测点频散曲线较杂乱，拐点多，而强夯后的测点频散曲线较规则。分析统计强夯前、后各测点在强夯影响深度范围内的瑞雷波速度。
⑴强夯试验Ⅰ区(8000kJ)内4个测点强夯前瑞雷波速度为149～257m/s，平均值为202m/s，而在强夯后瑞雷波速度为197～386m/s，平均值为289m/s，瑞雷波速度有了较大的提高，说明了强夯后地基加固效果较好，地基承载力相应得到了较大提高;强夯后4个测点的瑞雷波速度分别为296m/s、284 m/s、282 m/s、294 m/s，测点间的瑞雷波速度差异较小，说明强夯较均匀，强夯后该区域内地基岩土力学性质差异很小。
⑵强夯试验Ⅱ区(5000kJ)内4个测点强夯前瑞雷波速度为153～225m/s，平均值为195m/s，而在强夯后瑞雷波速度为197～320m/s，平均值为267m/s，瑞雷波速度有了较大的提高，说明了强夯后地基加固效果较好，地基承载力相应得到了较大提高;强夯后4个测点的瑞雷波速度分别为268m/s、263 m/s、264 m/s、273 m/s，测点间的瑞雷波速度差异较小，说明强夯较均匀，强夯后该区域内地基岩土力学性质差异很小。
2.4 结果验证
在完成强夯试验区瑞雷波检测后，分别进行了静载荷试验，以验证瑞雷波法检测结果。试验采用堆载法，承压板为方形，面积 2.25m2，分12级加载，荷载级差为37kPa，最大荷载444kPa。试验稳定标准采用相对稳定法，测量每级加载量的累计沉降量，绘制P-s 曲线、s-lgt曲线、s-lgP 曲线及lgP～lgs曲线，确定地基土承载力特征值及变形模量。
⑴强夯试验Ⅰ区(8000kJ)：最大沉降量14.71mm，最大回弹量2.75mm，回弹率18.7%，综合确定地基土承载力特征值为280kPa，变形模量为40Mpa，满足设计要求。
⑵强夯试验Ⅰ区(5000kJ)：最大沉降量11.86 mm，最大回弹量3.96mm，回弹率33.4%，综合确定地基土承载力特征值为260kPa，变形模量为55Mpa，满足设计要求。
3 结论
⑴在沿海陆域形成工程中，应用瑞雷波法检测地基是一种快速、经济、有效的方法，可以大范围检测地基加固效果,弥补钻探难以进行、静载荷试验不能大规模使用等不足。
⑵在进行瑞雷波法检测地基处理效果时，适当辅助开展少部分静载荷试验、动力触探等工作，综合分析后效果更明显。
参考文献：
[1]杨成林.瑞雷波勘探[M].北京：地质出版社，1993.
[2]陈仲侯,傅唯一.浅层地震勘探[M].成都:成都地质学院出版社,1986.
[3]王振东.浅层地震勘探应用技术[M].北京:地质出版社,1988.
[4]JGT/T143-2004 多道瞬态面波勘察技术规程[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.
[5]李海.瑞雷面波技术在铁路上的应用[J].物探与化探,2002,26(2):160-162.
[6]耿光旭，赵刚.强夯地基检测的有效方法-瑞雷波法[J].勘察科学技术,2001,(5):57-60.
