井下電視在巖溶發(fā)育區(qū)嵌巖樁檢測中的應(yīng)用

侯迎彬 張寧 張瑞鋒 丁帥

1. 中國電建集團(tuán)河北省電力勘測設(shè)計研究院有限公司 河北 石家莊 050031；2. 河北太古工程檢測有限公司 河北 石家莊 050031

1 井下電視成像基本原理

井下電視是在樁身鉆芯法孔內(nèi)，采用高精度、高清晰度和高分辨率的孔內(nèi)攝像頭對整根樁或樁身局部缺陷進(jìn)行拍攝，攝取孔壁結(jié)構(gòu)圖像，觀察樁身有無彎曲，有無裂縫，裂縫的形態(tài)、間距、長度；樁底有無沉渣，沉渣的分布、厚度；樁底及持力層范圍內(nèi)有無溶洞，溶洞位置、大小、形態(tài)、充填狀態(tài)等[1]。攝像頭通過帶有刻度標(biāo)示的防水電纜與監(jiān)視器相連，孔壁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)清晰顯示、儲存到地面上的監(jiān)視器中，可識別樁身缺陷位置、形式及大小，據(jù)此分析樁身完整性并能準(zhǔn)確定位缺陷位置。

井下電視主要由地面部分和井下部分組成。井下部分包括攝像頭和電纜，攝像頭由攝像機(jī)、LED燈、玻璃罩和錐形鏡組成。地面部分包括控制器、電腦、三腳架、絞車和深度計數(shù)器等。

井下電視的整個采集過程由圖像采集控制軟件系統(tǒng)完成，在LED光源的照射下，攝像頭采集孔壁圖像，并經(jīng)電纜將圖像信息傳送至控制器和電腦，軟件系統(tǒng)把采集的圖像展開或合并記錄在電腦上。

井下電視對采集的孔壁信息形成兩種圖像資料。一種為360°展開圖，相當(dāng)于把孔壁圖像攤開；另一種為數(shù)字巖芯圖像，它對孔壁圖像進(jìn)行數(shù)字合成，類似于巖芯，可以自由旋轉(zhuǎn)，可以在任意角度來觀察巖芯。

2 常規(guī)檢測方法

根據(jù)樁位設(shè)計說明，擬建場地嵌巖樁檢測采用低應(yīng)變、聲波透射法及鉆芯法等相結(jié)合的方式對樁身完整性、單樁豎向抗壓承載力、樁底沉渣厚度及樁端持力層進(jìn)行檢測。

低應(yīng)變法目前在樁身完整性檢測中使用最為普遍，但該方法具有一定的局限性，可能帶來檢測的不準(zhǔn)確。例如，有效檢測長度有限，深部缺陷難以獲得，特別是裂縫缺陷；不能檢測豎向裂縫；若淺部存在較嚴(yán)重缺陷時，很難再發(fā)現(xiàn)其下部的第二缺陷，等間距缺陷時識別更難；不能明確缺陷的具體形式，例如灌注樁出現(xiàn)的縮頸與局部松散、夾泥、空洞等，只憑測試信號就很難區(qū)分。同時低應(yīng)變檢測出的缺陷位置常有一定的誤差。

鉆心法是檢測灌注樁的成樁質(zhì)量的一種有效手段，不受場地限制，特別適用于大直徑混凝土灌注樁的成樁質(zhì)量檢測。主要用于檢測樁身混凝土質(zhì)量情況；樁底沉渣厚度是否符合設(shè)計或規(guī)范要求；樁端持力層的巖土性質(zhì)和厚度是否符合設(shè)計或規(guī)范要求；施工記錄樁長是否真實(shí)。為了獲取比較真實(shí)的芯樣，鉆芯法要求使用雙管單動鉆具鉆取芯樣，嚴(yán)禁采用單管單動鉆具，要求采用金剛石鉆頭，且鉆頭胎體不得有肉眼可見的裂紋、缺邊、少角喇叭形磨損。此外，還需要注意金剛石鉆頭、擴(kuò)孔器與卡簧的配合和使用的細(xì)節(jié)。鉆至樁底時宜采取減壓、慢速鉆進(jìn)、干鉆等適宜的方法和工藝，鉆取沉渣并測定沉渣厚度。

鉆芯法對鉆機(jī)機(jī)長和鉆具有較高的要求。首先要能取出樁底沉渣，設(shè)計要求樁底沉渣不超過5cm，而用鉆機(jī)取出5cm左右的軟弱夾層，并判斷是4cm還是6cm，這就要求鉆機(jī)機(jī)長具有非常高的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)[2]；其次，在巖溶極強(qiáng)烈發(fā)育地段，持力層灰?guī)r溶洞發(fā)育規(guī)模及形態(tài)不可預(yù)知，特別是如果抽芯鉆孔恰好位于某溶洞壁上，僅從巖芯判斷，機(jī)長與記錄員往往不認(rèn)為揭穿的是溶洞，充其量將其當(dāng)作溶隙對待，而忽略的溶洞的存在，最終釀成不可彌補(bǔ)的損失。特別是在市場經(jīng)濟(jì)體制下，抽芯鉆鉆機(jī)工人的技術(shù)和責(zé)任心很難達(dá)到理想的效果。

相比之下井下電視孔內(nèi)成像清楚直觀，可對缺陷做出定量分析，對缺陷位置做出準(zhǔn)確測量，對缺陷形式做出準(zhǔn)確描述，給設(shè)計帶來很大的方便；樁身有多道缺陷時可準(zhǔn)確測出每道缺陷；可檢測樁身的豎向裂縫；不受樁長度的限制，可對深部樁身缺陷和樁端破損進(jìn)行檢測。

3 工程實(shí)例

3.1 工程概況

云南某電廠擬建廠址地形起伏較大，屬剝蝕－溶蝕地貌，所在地段屬巖溶極強(qiáng)烈發(fā)育區(qū)，為殘峰坡地及巖溶盆地。地層巖性以三疊系灰?guī)r為主，青灰色，微晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，薄層－中厚層狀構(gòu)造，巖層總體產(chǎn)狀：15°～45°∠9°～16°。上覆厚度不等的紅黏土，屬典型的喀斯特地貌。根據(jù)廠址的勘察報告，場地的平均遇洞率在30%左右，平均鉆孔線溶率在8.8%左右，屬巖溶強(qiáng)烈~極強(qiáng)烈發(fā)育地段。溶洞埋深一般在地面以下1～32m之間，洞高一般在0.2～15m之間。溶洞大部分由軟塑和流塑黏土充填，局部為砂土充填或無充填或半充填。地下水以巖溶水的形式賦存于巖溶洞穴或裂隙中，水量較豐富，混合水位埋深在一般在2.50m~6.00m之間。

根據(jù)地基處理方案，對于主廠房、鍋爐、煙筒、冷卻塔及煤棚等主要建構(gòu)筑擬采用嵌巖樁方案，以下中等風(fēng)化灰?guī)r為持力層，樁徑1.0m，有效樁長不小于5.0m，且保證樁端全斷面進(jìn)入基巖不小于0.7m，樁端下完整基巖不小于5.0m。樁端沉渣厚度不得超過5.0cm。

3.2 井下電視觀測分析

云南某電廠嵌巖樁在進(jìn)行樁基檢測中，某樁1的鉆芯如圖1所示，井下電視揭示的樁端圖像如圖2所示。

圖1 樁1鉆芯圖

圖2 樁1 井下電視成像展開及卷芯圖（樁端段）

對樁1，從鉆芯上來說，此樁混凝土芯樣連續(xù)、完整，膠結(jié)較好，骨料分布均勻，斷口基本吻合，持力層巖芯呈柱狀，巖體較完整，屬中等風(fēng)化灰?guī)r，應(yīng)判為Ⅰ類樁。但從井下電視揭露的孔內(nèi)圖像顯示，該樁樁底沉渣控制較好，但樁端下1.0m范圍內(nèi)的持力層存在洞高分別為16cm和20cm的兩個溶洞，此樁樁端一半位于溶洞之上，樁端持力層的性狀是否滿足設(shè)計要求需進(jìn)行驗(yàn)算。

樁2、樁3、樁4的井下電視成像如圖3所示。其中樁2樁底沉渣厚度超過40cm，直接采取了補(bǔ)樁措施。樁3樁底沉渣厚度約4cm，符合設(shè)計要求；樁4樁底無沉渣，質(zhì)量完好。

圖3 樁2、樁3、樁4 井下電視成像展示（樁端段）

4 結(jié)束語

本文闡述了井下電視工作的基本原理，結(jié)合云南某電廠嵌巖樁的檢測，論證了井下電視在巖溶發(fā)育區(qū)樁基檢測中的適用性。通過研究得出了以下結(jié)論與認(rèn)識[3]：①鉆芯法在樁基檢測中有著廣泛的應(yīng)用，但在巖溶發(fā)育區(qū)嵌巖樁檢測中存在一些自身的不足，如樁底沉渣厚度難以準(zhǔn)確測量，樁端持力層溶洞、破碎帶等難以準(zhǔn)確判定，樁身裂縫容易漏判等。②利用井下電視成像技術(shù)可對樁身及樁端持力層的完整性、缺陷及沉渣等進(jìn)行非常直觀清晰的了解，對評價樁身及樁端持力層具有良好的效果。③利用井下電視可對孔壁進(jìn)行連續(xù)觀測，不會因?yàn)槿⌒静煌暾斐傻貙尤笔В瑢ε卸兜壮猎穸染哂蟹浅Ａ己玫男Ч?。④井下電視作為樁基檢測的輔助手段，能夠彌補(bǔ)低應(yīng)變及鉆芯法等常規(guī)檢測手段的一些不足之處，尤其是在巖溶發(fā)育區(qū)嵌巖樁的檢測中，具有良好的效果。⑤井下電視要求干孔或清水，這不僅會增加工期和成本，有時還很難達(dá)到。因此，需要研究在復(fù)雜環(huán)境下特別是水不太清時的有效測試手段。