地質(zhì)雷達(dá)在可控壓密注漿樁地基加固效果檢測中的應(yīng)用

，

(1.湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司， 長沙 410007； 2.中南大學(xué)， 長沙 410083)

地質(zhì)雷達(dá)在可控壓密注漿樁地基加固效果檢測中的應(yīng)用

賀茉莉1，彭環(huán)云2

(1.湖南宏禹水利水電巖土工程有限公司， 長沙 410007； 2.中南大學(xué)， 長沙 410083)

可控壓密注漿是在壓密注漿的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型地基加固技術(shù)。本文采用地質(zhì)雷達(dá)無損技術(shù)對神木縣采兔溝水庫泄洪洞可控壓密注漿地基加固效果進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)：經(jīng)過可控壓密注漿處理的區(qū)域，注漿樁、砂土與樁—土界面的地質(zhì)雷達(dá)圖像存在明顯的差別；同時，砂土密實(shí)程度、砂土疏松區(qū)的位置與范圍均可在圖中得到體現(xiàn)。因此，采用地質(zhì)雷達(dá)對可控壓密注漿樁處理的效果進(jìn)行檢驗(yàn)是可行的。

地質(zhì)雷達(dá)檢測； 可控壓密注地基； 加固效果； 評價

可控壓密注漿是在壓密注漿的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型地基加固技術(shù)，其主要原理是用特制的高壓泵將高彈塑性注漿材料通過注漿管壓入到預(yù)定的土層中，漿料不斷壓密土體中的孔隙，并擠走土顆?？障吨械乃趾涂諝猓纬蓤A柱形或葫蘆形的均質(zhì)固結(jié)體樁；同時漿料壓密周邊地基土，提高樁周邊一定半徑范圍內(nèi)地基土的承載力，從而形成一種新型樁基礎(chǔ)及復(fù)合地基，減少地基沉降，提高地基承載力。

目前壓密注漿效果檢測方法以載荷板試驗(yàn)、標(biāo)貫、輕便觸探和靜力觸探為主, 但這些方法均存在試驗(yàn)成本高、周期長、檢測樣本數(shù)量少等問題。地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是近年來廣泛應(yīng)用的無損檢測技術(shù)，可根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射的電磁波在不同介質(zhì)的交界面處發(fā)生反射的原理來探測物質(zhì)的均勻性與缺陷的存在位置，具有評價速度快、無破損、成本低等優(yōu)點(diǎn)?？煽貕好茏{處理后的地基具有界面明確、注漿處理前后土體密實(shí)程度差別大等特點(diǎn)，符合地質(zhì)雷達(dá)使用范圍。

神木縣采兔溝水庫泄洪洞可控壓密注漿地基加固效果檢測中采用了地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)，本文主要根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)檢測結(jié)果，闡述其在可控壓密注漿地基加固效果檢測中的適用性，以在類似工程中推廣。

1 采兔溝水庫泄洪洞地基病害情況

采兔溝水庫工程位于榆林市神木縣錦界鎮(zhèn)采兔溝村附近禿尾河中游干流上，主要由大壩、泄洪洞、引水管、工作橋與大壩監(jiān)測等建筑物組成。大壩壩型為碾壓式砂壩，泄洪洞采用圓拱直墻型斷面，長167.35m，比降為1∶100，斷面凈寬2.80m、凈高4.20m。底板厚1.00m、拱頂厚0.60m、側(cè)墻厚0.60～1.00m，洞身每隔10m布設(shè)變形縫一道(共設(shè)置伸縮縫18條)。洞外壁采用土工布做反濾，每節(jié)洞端頭加設(shè)截水環(huán)。泄洪洞主要地層為第四系砂層，砂土的天然干密度在1.53～1.58g/cm3之間，孔隙率在41%～45%之間。

2008年泄洪洞建成，2009年10月初步蓄水，蓄水深10m左右。2010年5月蓄水安全鑒定期間，發(fā)現(xiàn)泄洪洞洞基局部有滲水、漏水及漏水帶沙現(xiàn)象。某些伸縮縫底部冒水、出現(xiàn)個別冒砂。泄洪洞右側(cè)和底板滲水(涌水)嚴(yán)重，左側(cè)也存在部分滲水點(diǎn)；洞體各伸縮縫均出現(xiàn)了變形和錯位，壩軸線附近伸縮縫變形較大；洞身也發(fā)現(xiàn)有裂縫出現(xiàn)，幾乎均為貫通裂縫。該泄洪洞存在較為嚴(yán)重的混凝土滲漏、裂縫等病害及基礎(chǔ)疏松區(qū)問題，其主要原因是泄洪洞處于軟基上，地基土在上部壩體荷載作用下產(chǎn)生了不均勻的沉降，泄洪洞地基最大沉降量達(dá)到160mm。在水庫蓄水至正常蓄水位后，由于荷載的變化，將進(jìn)一步加劇泄洪洞質(zhì)量缺陷。

2 采兔溝水庫泄洪洞可控壓密注漿地基處理

為解決泄洪洞地基沉降問題，首先采用地質(zhì)雷達(dá)查清泄洪洞洞身與基礎(chǔ)砂層的密實(shí)程度及空洞缺陷的存在部位；然后對該泄洪洞底板地基與泄洪洞洞周分別進(jìn)行可控壓密注漿處理與充填注漿處理；處理完后，采用地質(zhì)雷達(dá)對泄洪洞洞身與基礎(chǔ)進(jìn)行檢測，以檢驗(yàn)壓密注漿處理效果。

根據(jù)泄洪洞檢測結(jié)果，洞身混凝土檢測強(qiáng)度值滿足設(shè)計要求，但泄洪洞底部和側(cè)墻外存在較多疏松區(qū)域，泄洪洞與放水塔之間存在不均勻沉降，伸縮縫處漏水及漏水涌沙，洞壁出現(xiàn)環(huán)向裂縫。原工程地質(zhì)資料顯示，泄洪洞洞底以下4.5～10.5m砂層結(jié)構(gòu)松散，相對密度較低(為0.36～0.42左右)，洞底以下存在1～2m松疏區(qū)。為了提高泄洪洞基礎(chǔ)的均勻性和承載力，減少泄洪洞基礎(chǔ)一定范圍內(nèi)的沉陷變形，設(shè)計采用可控壓密注漿對泄洪洞基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，形成復(fù)合地基?？咨?m，在每段洞底布置10個孔，分兩排布置，橫向孔間距為1.60m，距兩側(cè)壁0.60m；縱向間距為2m均布，除距2號伸縮縫鉆孔為2m外，其余鉆孔距兩端1m，材料配合比為：水泥∶砂∶石屑∶膨潤土∶水∶外加劑=100∶150∶250∶30∶58∶0.3，形成壓密注漿樁徑約0.40～0.70m。

3 采兔溝水庫泄洪洞可控壓密注漿地基處理效果檢測

為滿足探測精度要求，采用RIS K2型地質(zhì)雷達(dá)對洞底地基注漿前后進(jìn)行連續(xù)縱向掃描探測，采集數(shù)據(jù)，天線頻率為600 MHz，測點(diǎn)距為0.10 m，探測有效深度為3m。當(dāng)雷達(dá)天線沿所定測線緊貼混凝土表面向前移動，通過測距輪滾動觸發(fā)高頻電磁波，電磁波遇到電性不同分界面時，就會產(chǎn)生反射天線接收產(chǎn)生的信號；然后通過雷達(dá)轉(zhuǎn)換卡將脈沖電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并傳送給雷達(dá)主機(jī)；最后經(jīng)過一系列的濾波、去噪等處理，得到隱蔽部位的連續(xù)雷達(dá)剖面圖。

地質(zhì)雷達(dá)圖像解釋的基礎(chǔ)是研究電磁波的傳播特性，因此，主要是通過找尋反射界面來判斷目的體的幾何形狀和物理特征。

3.1 可控壓密注漿前泄洪洞底板地基掃描

可控壓密注漿前對泄洪洞2～19號伸縮縫底板中線進(jìn)行了縱向掃描，本文選取2-4號、6-7號伸縮縫掃描圖像進(jìn)行分析，缺陷存在位置典型掃描圖像見下頁圖1。

圖1 可控壓密注漿前泄洪洞底板中線地質(zhì)雷達(dá)掃描圖像

由于地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射的電磁波在不同介質(zhì)的交界面處會發(fā)生反射，也就是在介電常數(shù)發(fā)生變化的地方會發(fā)生反射，所以在地質(zhì)雷達(dá)剖面圖上就會形成圖像顏色與形狀的變化。從圖1可以看出，泄洪洞底板2～7號伸縮縫測試區(qū)域在鋼筋混凝土層—第四系砂層分界面上形成了較強(qiáng)的反射波，鋼筋混凝土層厚度約97cm左右，橫向鋼筋平均間距為20cm，鋼筋保護(hù)層厚度為8～15cm。下部砂土層內(nèi)未見明顯分層現(xiàn)象。泄洪洞底板自上而下的介質(zhì)結(jié)構(gòu)為：鋼筋混凝土層、第四系砂層。2～7號截水環(huán)與伸縮縫的間距為10m。

泄洪洞底板1m以下砂層地基中電磁波反射強(qiáng)度不均勻，存在大量不連續(xù)的異常區(qū)域，表明底板地基密實(shí)程度不均，出現(xiàn)局部疏松區(qū)。

疏松區(qū)主要分布于深度1.00～1.70m之間，局部有更深的點(diǎn)狀疏松區(qū)，某些部位存在水流淘空裂隙區(qū)。其中：2～3號縫之間存在深度范圍為1.00～2.50m的連續(xù)相對疏松區(qū)，基本貫通該節(jié)洞身長度；3～4號縫之間存在深度范圍為1.10～1.60m的局部相對疏松區(qū)，底部存在深度范圍為2.05～2.85m的局部相對疏松區(qū)；6～7號縫之間靠近7號縫2m長度范圍內(nèi)存在深度范圍為1.40～3.50m的局部相對疏松區(qū)。這些區(qū)域砂層不密實(shí)，且內(nèi)部含水率較高，但存在空洞的可能性較小。

綜上所述，采用地質(zhì)雷達(dá)可以探測出泄洪洞底板下地基土的密實(shí)程度，并可以精確地探明砂土疏松區(qū)的位置與范圍，為地基處理設(shè)計參數(shù)的確定提供有益的資料。

3.2 可控壓密注漿后泄洪洞底板地基掃描

可控壓密注漿后對泄洪洞2～19號伸縮縫底板中線進(jìn)行了縱向掃描，本文同樣選取2～4號、6～7號伸縮縫掃描圖像進(jìn)行分析，典型掃描圖像如圖2所示。

圖2 可控壓密注漿后泄洪洞底板中線地質(zhì)雷達(dá)掃描圖像

a.從雷達(dá)剖面圖可見明顯的豎條狀電磁波反射均勻區(qū)，即可控壓密注漿樁體。在可控壓密注漿樁與砂土交界處，電磁波強(qiáng)度有明顯差異，沿樁身豎向可見明顯界面。注漿樁內(nèi)電磁波反射均勻，砂土層明顯可見樁柱擴(kuò)散體及擠密現(xiàn)象。

b.在砂土層可控壓密注漿加固范圍內(nèi)，泄洪洞6～7號伸縮縫底板1m以下砂層地基中電磁波反射強(qiáng)度基本均勻，表明砂土地基密實(shí)，原疏松區(qū)在注漿后基本消失，注漿效果良好。

c.2～3號縫之間在深度范圍為1～2.50m的連續(xù)相對疏松區(qū)得到改善，相對疏松區(qū)地層變得較均勻，但并沒有完全消失，在1～1.50m局部范圍內(nèi)仍存在相對較弱的反射；3～4號縫之間在深度范圍為1.10～1.60m的局部相對疏松區(qū)得到改善，底部在深度范圍為2.05～2.85m的局部相對疏松區(qū)得到改善。

3.3 泄洪洞底板地基加固處理效果地質(zhì)雷達(dá)檢測結(jié)果評價

通過上述分析可知，經(jīng)過可控壓密注漿處理的區(qū)域和未經(jīng)過可控壓密注漿處理的區(qū)域，在雷達(dá)圖像上有一定差別。

a.未進(jìn)行可控壓密注漿處理的區(qū)域，砂土層電磁波反射強(qiáng)度比較雜亂，存在大量相對疏松區(qū)；經(jīng)過處理的區(qū)域，砂土層電磁波反射強(qiáng)度比較均勻，砂層內(nèi)沒有明顯的分層反應(yīng)，土層密實(shí)性也比較好。

b.可控壓密注漿樁體因樁體均勻、致密，強(qiáng)度較高，其電磁波反射圖像與周圍砂土層有明顯差異，沿樁身豎向可以看到明顯的樁—土界面。

c.樁體內(nèi)部與砂土層內(nèi)地質(zhì)雷達(dá)圖像有效地反映了注漿效果的好壞，注漿前后地質(zhì)雷達(dá)檢測圖像反映地基加固質(zhì)量達(dá)到了設(shè)計要求。

4 結(jié) 論

地質(zhì)雷達(dá)無損檢測技術(shù)，可根據(jù)地質(zhì)雷達(dá)發(fā)射的電磁波在不同介質(zhì)的交界面處發(fā)生反射的原理，來探測物質(zhì)均勻性與缺陷的存在位置。經(jīng)過可控壓密注漿處理的區(qū)域，由于存在樁、砂土等不同介質(zhì)與樁—土界面對地質(zhì)雷達(dá)電磁波的反射能力不同，其地質(zhì)雷達(dá)圖像存在明顯的差別。本工程應(yīng)用表明，采用地質(zhì)雷達(dá)進(jìn)行可控壓密注漿效果檢測, 具有無損、快速、形象直觀、操作方便與檢測范圍廣等優(yōu)點(diǎn), 可以在類似工程中進(jìn)一步實(shí)踐和推廣。

[1] 沈可.唐津高速公路路基壓密注漿加固效果的研究[D].天津大學(xué)，2010.

[2] 王廣國,杜明芳.壓密注漿機(jī)理研究及效果檢驗(yàn)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2000，19(5):670-673.

[3] 張建南,呂繼東,吳新國.地質(zhì)雷達(dá)在探測地基處理中遇到的不良地質(zhì)體的應(yīng)用[C]//第二屆環(huán)境與工程地球物理國際會議論文集.2006:207-209.

[4] 孫家坡,陳元媛,王飛躍.地質(zhì)雷達(dá)檢測地基注漿效果應(yīng)用[J].建設(shè)科技,2008.

[5] 吳火珍,焦玉勇,李海波,張秀麗.地質(zhì)雷達(dá)檢測防空洞注漿效果的技術(shù)方法及應(yīng)用[J].巖土力學(xué),2008,29(S1):307-310.

[6] 張玉海.RIS-IIK探地雷達(dá)的工作原理及波形分析[J]. 建筑技術(shù),2003,34(4):277-288.

[7] 時方穩(wěn),杜應(yīng)吉,郝楓楠.探地雷達(dá)在水利工程安全檢測中的應(yīng)用[J].人民長江,2012,43(7):44-46.

ApplicationofGeologicalRadarintheTestofControlledCompactionGroutingPileGroundStabilizationEffect

HE Mo-li1, PENG Huan-yun2

(1.Hunan Hong Yu Water Resources and Hydropower Geotechnical Engineering Ltd., Changsha 410007, China;2.Central South University, Changsha 410083, China)

The controlled compaction grouting is a new ground reinforcement technique on the basis of compaction grouting. In this paper, the geological radar non-destructive technique is applied to test the controlled compaction grouting ground stabilization effect in the flood discharging tunnel of Shenmu County Caitugou Reservoir. It is found that there is a significant difference in the geological radar images of grouting piles, sandy soil and pile-soil interface in the area processed by the controlled compaction grouting. Meanwhile, sandy soil compaction rate, position and scope of sandy soil loosening area are reflected on the images. Thus, it is practicable to test the processing effect on the controlled compaction grouting piles by geological radar.

geological radar detection; controlled compaction grouting foundation; reinforcement effect; evaluation

TV53

A

1005-4774(2014)11-0052-04