孔内摄像技术在桩基持力层检测中的应用研究

苏绍锋

（广东省公路勘察规划设计院股份有限公司，广东广州 510507）

孔内摄像技术在桩基持力层检测中的应用研究

苏绍锋*

（广东省公路勘察规划设计院股份有限公司，广东广州 510507）

针对桩基桩底持力层检测传统的钻孔抽芯方法的局限性，分析了孔内摄像技术的优点。在桩底持力层岩体较为破碎的情况下，采用孔内摄像技术能更直观的判定。

桩基检测；持力层；孔内摄像技术

1　概述

目前公路工程桥梁桩基桩底持力层的检测主要依靠钻探抽芯，由于受目前的钻探抽芯工艺限制，在节理较为发育或风化不均的地层中，抽芯的岩芯保持的原状性差，容易造成桩基持力层的误判。

钻孔孔内摄像技术能很好地解决钻探岩芯原状性差的问题。孔内摄像技术为通过对孔壁的影像拍摄收集，通过分析孔内摄像技术的成果照片，即可反映出基岩的完整性及风化程度，从而避免桩基持力层的误判。

2　钻孔电视工作原理［1］

钻孔数字成像系统的基本原理是在井下设备中采用了一种特殊的反射棱镜成像的CCD光学耦合器件将钻孔孔壁图像以360°全方位连续显现出来，利用计算机来控制图像的采集和图像的处理，实现模—数之间的转换。图像处理系统自动地对孔壁图像进行采集、展开、拼接、记录并保存在计算机硬盘上，再以二维或三维的形式展示出来。亦即把从锥面反射镜拍摄下来的环状图像转换为孔壁展开图或柱状图（见图1）。

图1　孔壁图像变换示意图

高清数字钻孔电视系统，最适合用于钻孔孔壁结构分析，分辨率可定制，垂直方向分辨率为0.1mm，方位角分辨率为5000pix/360°深度计数精度为0.1mm。 CCD像素数：400万。精准的定位装置是由一个二轴磁力计和加速度计组成的，这样沿钻孔方向地质体的微小变化也能被该套系统识别出来。而连续的孔壁数字图像再经观看并对照岩芯鉴定成果，即可确切查明孔内结构面位置、产状、张开程度，充填物性状或构造岩体特征及岩性等全方位的信息。

高清数字钻孔电视系统由井上和井下2个部分组成（见图2）。井上部分主要由计算机、控制器、绞车、脚架、井口滑轮、深度传感器等硬件组成；井下部分为探管总成装置，包括电视摄像机、光源、反射棱镜、透光罩、三轴磁力计和加速度计以及调焦装置等组成。井上和井下2个部分经传输电缆连接后进行通信。

图2　钻孔电视系统组成及工作原理

计算机图像处理系统通过RS-232接口连接控制器采集电缆传输送上来的孔壁图像信息，并对信息进行处理，自动识别、展开和拼接，通过显示器显示孔壁展开图像和柱状图并记录在计算机硬盘里。计算机上使用配套的看图软件即可以对已存入的图像信息进行编辑解释处理，生成照片图像，即为孔内摄像的成果。

3　采用孔内摄像技术的要求

进行孔内摄像作业的前提是，利用钻机成孔，且钻孔的孔径不能小于摄像探头的直径。钻孔一般为垂直孔。钻孔的斜率应控制在一定范围内，斜率过大对摄像的效果直接产生影响。斜率的大小的一般根据孔深大小控制，孔深越大，钻孔的斜率就应控制越小。

由于孔内摄像技术是通过摄像头直接对孔壁的直接拍摄成像。因此孔内摄像技术对孔内环境要求较高，要求孔内无水或者孔内的水透明度高，且孔壁不能有附着物。

4　工程实例

南沙凤凰二桥是凤凰大道跨越上横沥水道，连接南沙经济开发区黄阁镇和龙穴岛港区的城市主干道，是连通黄阁镇、灵山镇、横沥镇与珠江管理区的重要通道，是构成环大南沙“中环路”的重要组成部分。

根据勘察资料，该桥墩的基岩为花岗岩，该桥墩范围内发育小型断层，岩芯破碎，风化不均［2］。设计要求选择的持力层为中风化花岗岩。

4.1采用钻探手段对桩基持力层的检测分析

根据有关规范要求，对凤凰二桥63号墩的10号桩布置了3个抽芯钻孔进行抽芯检测，根据抽芯钻孔的岩芯，a孔的岩芯呈中粗砂状，b孔的岩芯呈碎块状，块径一般为1～3cm。c孔的岩芯呈碎块状，块径约为3～5cm。因此可见，3个抽芯孔的桩底持力层中，c孔的持力层岩体较好，b孔次之，a孔的桩底持力层最差。

鉴于目前钻探抽芯工艺水平，岩芯扰动大，部分的岩芯基本无法判定其风化程度及完整性（如a孔）。根据钻探抽芯的岩芯难以判定该桩底持力层是否能满足设计要求的中风化花岗岩。

4.2采用孔内摄像技术对桩基持力层的检测分析

在钻探抽芯的基础上，对桩底持力层进行了孔内摄像方法的检测。孔内摄像技术能直观、直接、原始的反映出孔壁岩体的完整性、岩质的新鲜程度。根据孔内摄像的成果照片，a孔的岩体较为破碎，节理呈网状发育，孔壁粗糙、凹凸不平，但岩质较为新鲜，岩石断口呈锐角状。可判断为破碎的中风化岩。b孔及c孔的岩体完整性较a孔好，节理一般发育，岩质较为新鲜。见图3、图4。

图3　钻探岩芯照片

图4　孔内摄像照片

根据孔内摄像技术的成果，63号墩的10号桩的持力层可判断为中风化花岗岩，满足设计要求。

4.3两种技术应用的对比分析

受钻探工艺的限制，传统的钻探取芯技术在节理较为发育的地层中，往往会岩芯采取率较低。根据所取得的岩芯难以判断岩体的风化程度。其优点为传统的钻探取芯技术可以取得试验样品，可以进行岩体的强度试验，得出岩体的抗压强度。

孔内摄像技术则为直接、直观的在原位观察岩体节理的发育程度、岩体的完整程度及风化程度。可以测量出节理的产状，张开程度及充填情况。如在b孔的桩底以下2.6m处，根据钻孔抽芯知道其发育一组节理，节理面见大量褐黄色铁锰质浸染，但无法测出其产值、张开程度及充填情况。根据孔内摄像的照片，能清晰地反映出节理的产状：145°∠38°及张开程度约1cm，充填物为泥质。建议进行高压注浆处理。见图5、图6。

由b孔的孔内摄像成果可以看出，孔内摄像技术在岩体的颜色发生变化，或岩体风化不均时其摄像效果更佳。

图5　钻探揭露的节理面

5　结语

在桩基持力层检测工作中，在采取传统钻探取芯成孔的基础上，再采用孔内摄像技术的使用，既能取得岩芯进行强度试验，又能通过直接的观察判断岩体的完整性及节理裂隙的产状及充填情况。综合这两种方法，能更准确地判断桩底持力层是否满足设计需要。

图6　孔内摄像查明的节理面

［1］朱应验，叶志勇.钻孔电视在桩基检测中的应用［J］.土工基础，2010，24（2）：98-100.

［2］凤凰二桥工程地质勘察报告［R］.广东省公路勘察规划设计院有限公司，2008.

TU473.16

A

1004-5716（2016）04-0176-03

2015-03-15

苏绍锋（1984-），男（汉族），广西北流人，工程师，现从事岩土工程勘察设计工作。