钻孔电视在基桩检测中的应用

基桩是建筑的主要承重结构之一，其完整性极大程度关系到建筑物的使用安全及运营寿命。常用的完整性检测方法有低应变反射波法、声波透射法及钻芯法。反射波法难以定量检测，只能大体判断缺陷是扩径类缺陷，不能甄别缩径类离析、夹泥的区别；声波透射法定位准确，但是同反射波法一样不能定量检测；钻芯法为有损检测方法，直观、准确，由于种种因素的影响，一般岩芯获得率都达不到100%，特别是在软弱岩性和岩石破碎的地段，岩芯获得率更低。在钻芯取样时，结合钻孔电视对孔壁进行全景扫描，更能对桩身完整性进行分类判定。

1 钻孔电视的基本原理及适用范围

1.1 基本原理

钻孔电视主要由地面部分和井下部分组成。地面部分包括控制器、电脑、三脚架、绞车、滑轮和深度计数器；地下部分包括摄像探头和电缆，摄像探头由CCD摄像机、LED灯、玻璃罩和锥形镜组成。

钻孔孔壁经LED光源照亮，CCD摄像机摄取由锥形镜反射的孔壁图像，图像信息经电缆传送至控制器和电脑，整个采集过程由图像采集控制软件系统完成，此系统把采集的图像展开和合并，记录在电脑上。

安装在探头内的数字罗盘用来标定图像的方位，一般把测试地点的磁北经磁偏角校正后的真北设为0°，顺时针方向角度增加。图像处理软件可以以两种方式显示，一种是数字岩芯图，拖动滑动条岩芯可以旋转；另一种是360°展开图。相当于把孔壁的图像剖开并摊开。从而观察混凝土灌注桩内空洞、裂隙、离析等缺陷的位置及程度；观测预制管桩内的各种异常和缺陷,定量分析接头质量及破碎、断裂、裂隙的长度、宽度及走向等，见图1。

图1 钻孔电视CCD摄像机360°全景镜头成像原理

1.2 适用范围

钻孔电视适用于工程地质、水文地质、地质找矿、岩土工程、矿山等部门；适用于垂直孔、水平孔和倾斜孔（俯角、仰角），锚索（杆）孔、地质钻孔和混凝土钻孔等各类钻孔，可形成数字化钻孔岩芯，永久保存，特别适合于无法取得实际岩芯的破碎带地层。

1）工程水文地质。观测钻孔中地质体的各种特征及细微构造，如地层岩性、岩石结构、断层、裂隙、夹层、岩溶等，编录地质柱状图。

2）矿产地质。观测矿体矿脉厚度、倾向和倾角，钻孔自身的倾向和倾角。

3）煤矿等矿山。观测和定量分析煤层等矿体走向、厚度、倾向、倾角，层内夹矸及与顶板岩层的离层裂缝程度等。

4）混凝土。观察混凝土内空洞、裂隙、离析等缺陷的位置及程度。

5）管桩。观测桩内的各种异常和缺陷,定量分析接头质量及破碎、断裂、裂隙的长度、宽度及走向等。

6）地下管道。观察管道内溶物，定量分析管道裂隙及破碎、断裂位置、长度、宽度及走向等。

7）水井维修。检测井壁的裂隙、错位、井下落物、滤水管孔堵塞及流砂位置等情况。

8）孔斜测试。用于测试钻孔、管桩等被测对象的倾斜度测试。

2 工程实践

某工程采用钻孔灌注桩，设计直径2.2m，桩长52.0m，埋设4根声测管。采用声波透射法检测发现，剖面44.0～46.2m实测混凝土实测声速偏低、幅值有所下降，46.3～47.2m声速几乎为0，幅值急剧下降。超声波检测结果见图2。

抽芯检测结果发现44.0～46.2m左右混凝土局部缺损，46.2～47.0m无法取得完整芯样。抽芯检测结果见图3。

图2 超声波检测结果

图3 抽芯芯样

为进一步对检测结果进行验证，对混凝土缺损走向进行判别，采用数字式钻孔电视进行检测。检测结果表明，44.0～46.2m左右混凝土存在纵横及倾斜裂隙，裂面倾角14°～87°，最大缝宽4.2 cm；46.4～47.0m混凝土空洞，见图4。

图4 钻孔电视

3 结论

钻孔电视检测结果与声波透射法、钻芯法完全一致，但是更直观详细的反映了缺陷信息（深度、宽度、性状等）。具有观测精度高（对裂缝的观辩率高达0.1mm）、定位准确（深度精度0.1mm，方位精度可达0.1°）、分析功能强（能对地质体内壁产状进行测量和量化编辑及描述）、浏览方便（图像可以随时浏览任意方位、任意比例、任意孔段的圆柱图和平面展开图，也可编辑查看整个或部分岩心图）、数字化存储等优点，有广泛的适用性。但是钻孔电视检测为破损方法检测要求干孔或清水，这不仅会增加工期和成本，有时还很难达到。这就需要研究在复杂环境下，特别是水不太清时的有效测试手段；改进光源系统，尽量消除光亮不均匀引起的条纹；提高图像转换精度。