管波探测法在岩溶勘察与基桩检测中的应用

2021-05-25陆胜

建材与装饰 2021年14期

陆胜

（辽宁工程勘察设计院有限公司，辽宁锦州 121000）

0 引言

结合实际，在嵌岩桩基础探测工作中选用管波探测法具有重要意义，主要针对桩位超前的环境下所进行探测工作。其中，钻孔长期受到孔液影响而逐渐产生管波现象。针对孔旁的分布情况，相关人员则可通过此探测方法进行后续勘察工作。此外还可快速查明基桩直径（小于等于2m）范围内的地质情况。这种方式的使用不仅有助于对基桩持力层的完整性进行了解，同时还可确保后续作业有序进行。经判断，其有效探测直径为2.0m。国家基础设施建设不断的发展，工程范围的不断扩展，必然会遇到岩溶复杂地质，由于岩溶在空间上发育不均以及岩溶水文地质复杂，如果在检测方式上使用传统方法，也就是钻探法，则无法保证勘察结果的准确性与实际性。实践证明，在岩溶勘察工作中选用管波探测法可以最大程度地保障持力层的完整性。

1 管波探测法概述

1.1 管波探测法的基本原理

所谓的管波探测法就是根据其带有的弹性波，对地质范围区域情况进行探测的方法[1]。管波在孔液和孔壁外的一段距离内沿钻孔轴向传播进行对一定范围地质的探测。相关研究表明，管波速度与孔液体特征具有一定的相似性，具体包括能量强、能量衰减慢等特征。在孔径产生变化处以及孔底孔液的表面处，任何阻抗管波发生变化的地方都会产生反射。在钻孔周围的空间，阻抗管波产生变化的往往是受地质条件因素影响所引起的，因而在进行工程建设中要特别注重地质条件的勘察工作。

1.2 管波探测装置

为确保岩溶勘察工作有序进行，相关人员首先需要对管波具有的特征、具体探测区域的环境做好调查工作。期间，做好相关准备工作，结合管波探测法应用要求，为后续发射环节创造良好条件，之后根据发射器装置的有效使用，以振动脉冲的形式进行勘察，如图1所示。

图1 管波探测法装置

1.3 管波探测流程

通过调查了解到，在桩基施工建设中经常出现基岩段厚度超标的问题，为确保勘察工作有序展开，相关人员首先要做好基岩段的地质条件的了解。

在此工作中，要想能够切实提高桩位持力层的整体性，施工单位可根据具体情况选择管波探测与传统钻探法结合方式进行。

1.4 对于管波探测的工程地质解释予以分析

为了能够全面了解和掌握工程地质中应用管波探测情况，下文主要从以下几点进行分析：①管波反射现象。实践调查表明，管波现象具有多种特征，经过一定的反射后，促使其能量出现消散状态。对于这种情况，相关人员基本会判定该地质为溶洞或洞穴[2]；②针对溶洞与探测孔间的关系，相关人员可结合管波时间情况，了解到管波能量正处于消散阶段。此过程中，管波在反射后的特点越发明显，如能量低、频率高，则可断定工程地质为溶蚀裂缝；③直达波没有出现变化，同时在波能力并无出现消散情况。

2 对岩溶勘察工作中应用管波探测法进行分析

2.1 工程概况

某滨海地区工程广泛分布着震旦系营城子组灰岩，岩溶分布普遍，各个岩溶的形态又非常复杂。由于岩溶分布的不确定和隐蔽性，所以，在岩溶地区工程的勘察工作难以开展，仅靠钻探法很难达到勘察工作的要求。某建筑场地的拟建筑物高二十二层，其中地下室一层，裙房是四层的商业住户综合楼层，公寓楼则是使用框架剪力墙的建筑结构，住宅楼是使用框支剪力墙的建筑结构，裙房是使用框架结构[3]。根据详勘数据资料，拟建筑物的基础一般使用大口径嵌岩桩基础。在施工期勘察阶段，在对某些桩位进行钻探法勘察和管波探测，将两种不同勘察法的勘察结果进行对比分析。

2.2 管波探测法在岩溶勘察中的应用

通过调查发现，勘察单位在进行岩溶勘察作业中借助管波探测法，能够清楚的发现，至少有五十个桩位存在岩溶区域发育。相关数据显示，管波探测所监测到大量的岩溶区域，若采用传统钻探方式则无法确保钻孔深度，这时选择现代化探测方式，可进一步保证勘察钻孔深度质量。

2.3 结果验证

针对管波探测获得的相关数据信息，可随机3 个桩位进行钻探检验。检验时，在桩周分别布置四个探孔进行钻探取芯，验证探孔距离桩中心约1.2~1.5m。钻探检验结果如下：

①管波探测判断的完整基岩段内，钻探检验揭露后都是微风化岩石，没有溶洞的存在；②在管波探测判断的岩溶发育段，虽然管波探测孔没有揭露溶洞，在钻探检验的3 个桩位中，在每个桩位的4 个探孔中，最少有1 个探孔在某处深度揭露有溶洞，但探测孔揭露的洞高一般比管波探测判断的岩溶发育段要小；③管波探测判断的软弱夹层中，一般是以夹层状进行分布的，本次检验没有遇到这种情况。

结合上述分析可知，在现阶段岩溶勘察工作中，管波探测法的有效使用能够对孔周围距离进行全面勘测，同时还能够对周围地质情况进行准确判断。实践表明，这种探测方式优势显著，具体表现资金投入少、精度高等。另外管波探测法在应用中可扩大具体探测范围，有效解决传统钻探方式存在的弊端。

在现代信息技术快速发展的背景下，管波探测法作为工程建设系统中，最新的发明专利，潜在的经济价值很大。

3 管波探测法应用于基桩检测

3.1 管波探测法应用于混凝土灌注桩桩身完整性的检测

在某工程的桩基础使用冲孔灌注桩，按照标准设置具体长度，此桩底的持力层主要以微风化岩为主。根据标准要求，对该桩布置四个探孔位，期间采用钻芯法方式获取检测结果，在孔一的20m 左右处有夹泥缺陷，其他部分处于完整状态。此环节中工作人员需要对桩身完整情况进行探测，管波探测分别利用四个钻芯孔作为换能器的上下通道，管波探测法的检测结果是在孔一的20m 左右管波反射信号明显，管波的能量衰减比较多，由此可得出此区域情况符合实际检测结果，存在缺陷问题。在孔二到孔四均有管波反射信号，在孔二管波探测信号显示在6m 左右有管波反射，从管波发射幅度和信号衰减强度判断该处有轻微的缺陷。但钻芯法的四个钻孔芯样中都没有显示出该处有缺陷。

由此可见，“一桩一孔一管波”的检测方法可以更加全面和准确地判断桩身的完整性，相比于一桩多孔的钻芯法要更加的准确、全面和方便。

3.2 管波探测法应用于预应力管桩桩身完整性的检测

某工程桩基础使用预应力管桩。其中桩一、桩二、桩三处于不同状态，具体表现在缺陷、轻微缺陷和完整方面。另外，中风化岩为本工程桩底主要持力层。对这三根预应力管柱进行管波探测法试验，管波探测结果显示，在桩一的5.2~5.5m 处出现管波的反射信号，在桩二的8.3~8.4m 处出现管波的反射信号和低应变法的检测结果一样。管波探测结果显示，在桩三的9.2~9.3m 处出现管波反射，表明该处的桩身有缺陷，而低应变法因为桩身和围岩会吸收传播能量，在能量传播到问题处之前就已经完全衰减，所以接收到的反射信号中没有显示该处的有缺陷。

在工程应用中通过对各种方法的实践表明，在检测基桩桩身完整程度中通过管波探测法的有效使用，有效提高工作人员在此环节的工作效率，同时还在应用中充分发挥其各项优势。钻芯法对与局部缺陷容易出现漏判或者误判的情况，“一桩一孔一管波”比“一桩一孔钻芯”和“一桩多孔钻芯”更加全面精准可靠。由于能量的衰减特性，低应变法常常无法检测到更加深处的桩身缺陷，因此容易出现缺陷漏判的现象。管波探测是顺着桩身的轴线进行发射和接收脉冲信号，对整个桩身的缺陷都能够准确全面地检测出来。