聲吶法在韶新高速公路樁底溶洞探測中的應用

王 磊

（中鐵二院工程集團有限責任公司，四川 成都 610031）

1 工程概況

韶新高速公路位于廣東省韶關市和惠州市境內，路線總體走向為西北—東南向，全長82km，沿線地層發(fā)育較為完整，自老到新地質年代有泥盆系、石炭系、下侏羅系、燕山期第三期花崗巖、上白堊系和第四系。其中巖溶主要分布于起點至k38范圍，發(fā)育于泥盆系帽子峰組和天子嶺組，巖性為灰?guī)r、泥質灰?guī)r。該范圍內橋梁有16座主線橋，根據詳勘地質資料，巖溶區(qū)橋梁工點見洞率5%～79%，洞徑4.7～41m，最大洞高41m。

巖溶發(fā)育程度以中—強為主，巖溶發(fā)育極不規(guī)律，對樁基施工、樁長確定、樁?判巖等造成極大困難，需采用工程物探的方法進一步探明樁?溶洞的發(fā)育情況。

聲吶探測法具有探測時間短、精度高、適宜泥漿環(huán)境、可在沖樁過程中多次進行的特點[1-3]，故該項目巖溶區(qū)橋梁樁?溶洞探測選用聲吶法，選取武漢某廠家生產的鉆孔樁樁底溶洞聲吶探測系統(tǒng)。

2 探測原理

聲吶反射探測法是利用聲吶探測設備發(fā)射彈性波，將樁內泥漿作為介質進行傳播，當彈性波遇到樁底一定范圍內的溶洞、溶蝕裂隙、破碎帶等，會反射異常回波，接收設備接收回波并根據回波特性可以分析判斷樁底的巖層情況。

根據不同回波特性，可解析出不同的樁?不良地質情況，主要有3種典型波形，對應3種樁?情況，如圖1所示。

圖1 反射信號圖

3 現(xiàn)場操作步驟

鉆孔灌注樁沖樁至設計樁長后需進行清孔，巖渣需盡可能清理干凈，樁?盡可能平整，巖渣清理后即可進行聲吶探測。以下對現(xiàn)場操作主要步驟進行具體分析。

（1）放置探頭：在樁基護筒上安放支架，利用支架將聲吶探頭及電纜連接線下放至樁?，保證聲吶發(fā)射器及傳感器跟泥漿液體接觸。

（2）調平探頭：根據探頭中的三維羅盤反映至現(xiàn)場主機的傾角數(shù)據，通過移動電纜調整探頭的位置及角度，使聲吶發(fā)射器與水平面的傾角盡可能垂直。

（3）聲吶探測：安放好探頭后，聲吶發(fā)射器發(fā)射聲吶彈性波，聲吶接收器接收樁?反射的回波信號，并將數(shù)字信號由通信電纜傳送到現(xiàn)場主機顯示和處理。

（4）多方位探測：為提高探測精度，在當次探測完成后，可以通過電纜控制，將聲吶探頭旋轉一定的方向。重復步驟（2）（3）重新進行多次探測，得到多組信號。

（5）軟件分析：利用樁底溶洞聲吶探測儀分析軟件，將接收信號按聲吶探頭的方位順序排列生成探測聲吶波形圖，根據波形圖分析判別樁?之下巖層的情況。

4 探測結果及施工驗證

韶新高速在樁基施工過程中，對巖溶區(qū)16座橋梁的382根樁基進行了聲吶探測，探測結果判別出樁?巖層完整、破碎、溶洞等不同情況，為樁基終樁或者樁長加深提供了理論依據。其中104根樁探測信號顯示樁?存在溶洞、裂隙，在加深樁長的施工過程中，89根樁出現(xiàn)輕微—強烈漏漿、塌孔現(xiàn)象，與聲吶探測結果吻合。以下列出部分較典型的樁基探測結果及施工驗證結果。

4.1 滃江大橋7-3

圖2 翁江大橋7-3樁?探測信號

滃江大橋7-3樁基設計樁長41m，達到設計深度、清孔后立即進行了樁?溶洞探測，其探測信號圖如圖2所示。由圖2可知，樁?以下2m處出現(xiàn)了波形不規(guī)則、衰減異常、振幅增大的現(xiàn)象，即溶洞信號明顯，推斷樁?2m位置存在溶洞，建議樁長加長3m重新探測。經過繼續(xù)沖樁，在沖至42.8m處出現(xiàn)泥漿漏漿現(xiàn)象，拋填片石后繼續(xù)沖樁，施工情況驗證了聲吶探測的結果。樁長加長3m穿過溶洞后，再次探測發(fā)現(xiàn)樁?5m內基巖完整，滿足終樁條件，可立即終樁。

4.2 大坪山大橋8C-2

大坪山大橋8C-2樁基設計樁長20m，達到設計深度、清孔后立即進行了樁?溶洞探測，其探測信號圖如圖3所示。由圖3可知，樁?以下1.5m處出現(xiàn)波形不規(guī)則、衰減嚴重、信號微弱的現(xiàn)象，推斷樁?1.5m位置存在裂隙，建議樁長加長2.5m后重新探測。經過繼續(xù)沖樁，在沖至21.6m處出現(xiàn)泥漿輕微漏漿現(xiàn)象，施工情況驗證了聲吶探測的結果。拋填片石繼續(xù)沖樁后，再次探測發(fā)現(xiàn)樁?5m內基巖完整，滿足終樁條件，可立即終樁。

圖3 大坪山大橋8C-2樁?探測信號

4.3 新江河大橋1-4

新江河大橋1-4樁基設計樁長58m，達到設計深度、清孔后立即進行了樁?溶洞探測，其探測信號圖如圖4所示。由圖4可知，波形呈指數(shù)衰減，振幅均勻衰減，未發(fā)生二次反射，且信號能量強，波形衰減正常，推斷出樁?以下基巖完整，可立即終樁。在樁基低應變檢測后，結果為樁?持力層完整，符合樁基承載力要求，與聲吶探測結果吻合。

圖4 新江河大橋1-4樁?探測信號

4.4 豬子峽大橋4-4

豬子峽大橋4-4樁基設計樁長65m，達到設計深度、清孔后立即進行了樁?溶洞探測，其探測信號圖如圖5所示。由圖5可知，樁?之下60cm內信號強度很低，與巖層的分界反射面離樁?較遠，推斷清孔不徹底，孔內殘余巖渣較厚，樁?之下無溶洞、裂隙反射信號，建議再次清孔后重新檢測。成樁后，進行樁基低應變檢測，結果顯示為樁?持力層完整，符合樁基承載力要求，與聲吶探測結果吻合。

圖5 豬子峽大橋4-4樁?探測信號

經過施工驗證，超過80%樁基聲吶探測結果與施工實際相對應，說明聲吶法在該項目的應用效果很好，為樁基終樁提供了可信的理論依據。

5 結束語

綜上所述，針對巖溶的物探，各項目應根據自身特點選取合適的探測手段。韶新高速根結合自身項目特點、巖層性質及探測需求，在施工階段選用了聲吶探測手段，為廣東省首次利用聲吶探測方法對樁?巖溶進行探測，填補了廣東省復雜巖溶區(qū)聲吶探測的空白。經過施工驗證，聲吶法探測效果較好，值得在廣東省復雜巖溶地區(qū)推廣使用。