管波探測法在巖溶勘察與基樁檢測中的應用

陸勝

（遼寧工程勘察設計院有限公司，遼寧錦州 121000）

0 引言

結合實際，在嵌巖樁基礎探測工作中選用管波探測法具有重要意義，主要針對樁位超前的環境下所進行探測工作。其中，鉆孔長期受到孔液影響而逐漸產生管波現象。針對孔旁的分布情況，相關人員則可通過此探測方法進行后續勘察工作。此外還可快速查明基樁直徑（小于等于2m）范圍內的地質情況。這種方式的使用不僅有助于對基樁持力層的完整性進行了解，同時還可確保后續作業有序進行。經判斷，其有效探測直徑為2.0m。國家基礎設施建設不斷的發展，工程范圍的不斷擴展，必然會遇到巖溶復雜地質，由于巖溶在空間上發育不均以及巖溶水文地質復雜，如果在檢測方式上使用傳統方法，也就是鉆探法，則無法保證勘察結果的準確性與實際性。實踐證明，在巖溶勘察工作中選用管波探測法可以最大程度地保障持力層的完整性。

1 管波探測法概述

1.1 管波探測法的基本原理

所謂的管波探測法就是根據其帶有的彈性波，對地質范圍區域情況進行探測的方法[1]。管波在孔液和孔壁外的一段距離內沿鉆孔軸向傳播進行對一定范圍地質的探測。相關研究表明，管波速度與孔液體特征具有一定的相似性，具體包括能量強、能量衰減慢等特征。在孔徑產生變化處以及孔底孔液的表面處，任何阻抗管波發生變化的地方都會產生反射。在鉆孔周圍的空間，阻抗管波產生變化的往往是受地質條件因素影響所引起的，因而在進行工程建設中要特別注重地質條件的勘察工作。

1.2 管波探測裝置

為確保巖溶勘察工作有序進行，相關人員首先需要對管波具有的特征、具體探測區域的環境做好調查工作。期間，做好相關準備工作，結合管波探測法應用要求，為后續發射環節創造良好條件，之后根據發射器裝置的有效使用，以振動脈沖的形式進行勘察，如圖1所示。

圖1 管波探測法裝置

1.3 管波探測流程

通過調查了解到，在樁基施工建設中經常出現基巖段厚度超標的問題，為確保勘察工作有序展開，相關人員首先要做好基巖段的地質條件的了解。

在此工作中，要想能夠切實提高樁位持力層的整體性，施工單位可根據具體情況選擇管波探測與傳統鉆探法結合方式進行。

1.4 對于管波探測的工程地質解釋予以分析

為了能夠全面了解和掌握工程地質中應用管波探測情況，下文主要從以下幾點進行分析：①管波反射現象。實踐調查表明，管波現象具有多種特征，經過一定的反射后，促使其能量出現消散狀態。對于這種情況，相關人員基本會判定該地質為溶洞或洞穴[2]；②針對溶洞與探測孔間的關系，相關人員可結合管波時間情況，了解到管波能量正處于消散階段。此過程中，管波在反射后的特點越發明顯，如能量低、頻率高，則可斷定工程地質為溶蝕裂縫；③直達波沒有出現變化，同時在波能力并無出現消散情況。

2 對巖溶勘察工作中應用管波探測法進行分析

2.1 工程概況

某濱海地區工程廣泛分布著震旦系營城子組灰巖，巖溶分布普遍，各個巖溶的形態又非常復雜。由于巖溶分布的不確定和隱蔽性，所以，在巖溶地區工程的勘察工作難以開展，僅靠鉆探法很難達到勘察工作的要求。某建筑場地的擬建筑物高二十二層，其中地下室一層，裙房是四層的商業住戶綜合樓層，公寓樓則是使用框架剪力墻的建筑結構，住宅樓是使用框支剪力墻的建筑結構，裙房是使用框架結構[3]。根據詳勘數據資料，擬建筑物的基礎一般使用大口徑嵌巖樁基礎。在施工期勘察階段，在對某些樁位進行鉆探法勘察和管波探測，將兩種不同勘察法的勘察結果進行對比分析。

2.2 管波探測法在巖溶勘察中的應用

通過調查發現，勘察單位在進行巖溶勘察作業中借助管波探測法，能夠清楚的發現，至少有五十個樁位存在巖溶區域發育。相關數據顯示，管波探測所監測到大量的巖溶區域，若采用傳統鉆探方式則無法確保鉆孔深度，這時選擇現代化探測方式，可進一步保證勘察鉆孔深度質量。

2.3 結果驗證

針對管波探測獲得的相關數據信息，可隨機3 個樁位進行鉆探檢驗。檢驗時，在樁周分別布置四個探孔進行鉆探取芯，驗證探孔距離樁中心約1.2~1.5m。鉆探檢驗結果如下：

①管波探測判斷的完整基巖段內，鉆探檢驗揭露后都是微風化巖石，沒有溶洞的存在；②在管波探測判斷的巖溶發育段，雖然管波探測孔沒有揭露溶洞，在鉆探檢驗的3 個樁位中，在每個樁位的4 個探孔中，最少有1 個探孔在某處深度揭露有溶洞，但探測孔揭露的洞高一般比管波探測判斷的巖溶發育段要小；③管波探測判斷的軟弱夾層中，一般是以夾層狀進行分布的，本次檢驗沒有遇到這種情況。

結合上述分析可知，在現階段巖溶勘察工作中，管波探測法的有效使用能夠對孔周圍距離進行全面勘測，同時還能夠對周圍地質情況進行準確判斷。實踐表明，這種探測方式優勢顯著，具體表現資金投入少、精度高等。另外管波探測法在應用中可擴大具體探測范圍，有效解決傳統鉆探方式存在的弊端。

在現代信息技術快速發展的背景下，管波探測法作為工程建設系統中，最新的發明專利，潛在的經濟價值很大。

3 管波探測法應用于基樁檢測

3.1 管波探測法應用于混凝土灌注樁樁身完整性的檢測

在某工程的樁基礎使用沖孔灌注樁，按照標準設置具體長度，此樁底的持力層主要以微風化巖為主。根據標準要求，對該樁布置四個探孔位，期間采用鉆芯法方式獲取檢測結果，在孔一的20m 左右處有夾泥缺陷，其他部分處于完整狀態。此環節中工作人員需要對樁身完整情況進行探測，管波探測分別利用四個鉆芯孔作為換能器的上下通道，管波探測法的檢測結果是在孔一的20m 左右管波反射信號明顯，管波的能量衰減比較多，由此可得出此區域情況符合實際檢測結果，存在缺陷問題。在孔二到孔四均有管波反射信號，在孔二管波探測信號顯示在6m 左右有管波反射，從管波發射幅度和信號衰減強度判斷該處有輕微的缺陷。但鉆芯法的四個鉆孔芯樣中都沒有顯示出該處有缺陷。

由此可見，“一樁一孔一管波”的檢測方法可以更加全面和準確地判斷樁身的完整性，相比于一樁多孔的鉆芯法要更加的準確、全面和方便。

3.2 管波探測法應用于預應力管樁樁身完整性的檢測

某工程樁基礎使用預應力管樁。其中樁一、樁二、樁三處于不同狀態，具體表現在缺陷、輕微缺陷和完整方面。另外，中風化巖為本工程樁底主要持力層。對這三根預應力管柱進行管波探測法試驗，管波探測結果顯示，在樁一的5.2~5.5m 處出現管波的反射信號，在樁二的8.3~8.4m 處出現管波的反射信號和低應變法的檢測結果一樣。管波探測結果顯示，在樁三的9.2~9.3m 處出現管波反射，表明該處的樁身有缺陷，而低應變法因為樁身和圍巖會吸收傳播能量，在能量傳播到問題處之前就已經完全衰減，所以接收到的反射信號中沒有顯示該處的有缺陷。

在工程應用中通過對各種方法的實踐表明，在檢測基樁樁身完整程度中通過管波探測法的有效使用，有效提高工作人員在此環節的工作效率，同時還在應用中充分發揮其各項優勢。鉆芯法對與局部缺陷容易出現漏判或者誤判的情況，“一樁一孔一管波”比“一樁一孔鉆芯”和“一樁多孔鉆芯”更加全面精準可靠。由于能量的衰減特性，低應變法常常無法檢測到更加深處的樁身缺陷，因此容易出現缺陷漏判的現象。管波探測是順著樁身的軸線進行發射和接收脈沖信號，對整個樁身的缺陷都能夠準確全面地檢測出來。

4 結語

管波探測法與其他的物探方法相比，具有快速、異常易于識別、可以準確探測溶洞深度；具有2m 的探測直徑，將鉆探成果擴大化；樁基施工前探測，有效保證基樁施工作業開展的有序性。因而勘察單位在進行巖溶勘察和基樁檢測作業中要注重該探測方法的使用，以此準確檢測出缺陷的位置和程度。