管波探测法工程应用典型实例

国家发明专利、自主知识产权

广东省建设行业科技成果推广项目

管波探测法工程应用典型实例

2010年4月

管波探测法及其应用实例

饶其荣[1]李学文[1]

（1、广东省地质物探工程勘察院，广州，510800）

[摘要] 本文对管波探测法的主要用途、基本原理、异常特征及其解释进行了介绍，通过多年的实践论证了其在探测岩溶方面的作用。并重点阐述了，管波探测法在桩位岩溶探测方面具有其他勘察方法无法比拟的优势。文中还举例论述了管波探测法在滑坡勘察中的应用情况。

[关键词]管波探测法，桩位，岩溶探测，持力层，完整性，滑动面

管波探测法是一种孔中物探方法，由饶其荣、李学文在长期从事岩溶勘察的工作实践中发明，于2003年申请、2006年获得国家发明专利（专利号：ZL200310112325.0）[1]，2007年被广东省建设厅列入“广东省建设行业科技成果推广项目”。

2004年，广东省地质勘查局地质科学研究基金资助了“管波探测法应用研究”项目，项目开展了管波探测的理论、管波对不良地质体的探测有效性、有效探测半径和技术方法的研究[2]。“管波探测法应用研究”项目，获2006年度广东省地质勘查局地质科技成果一等奖，2006年度广东省科技成果二等奖。

1、管波探测法简介

1.1主要用途

1）管波探测法主要用于岩溶探测（包括溶洞探测、裂隙探测、软弱层探测等）。特别适用于大口径嵌岩桩桩位的岩溶探测。

灰岩地区，岩溶发育，存在溶洞、溶蚀、裂隙、软弱夹层等不良地质现象。

嵌岩桩桩端的承载力大，对持力岩层的完整性要求高，特别是采用单桩单柱基础时，更是如此。

根据《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）的要求，在岩溶发育地区，当采用大直径嵌岩桩时，应进行专门的桩基岩溶勘察，岩溶勘察宜采用工程地质测绘和调查、物探、钻探等多种手段结合的方式进行，勘察点应逐桩布置，勘探深度应不小于（桩）底面以下桩径的3倍并不小于5米，当相邻桩底的基岩起伏较大时应适当加深。

图1 管波探测法的测试装置

管波探测法有效探测半径约1.0米，可分辨大于0.3米的孔旁溶洞，对溶洞的定位误差小于0.3米，具有非常高的垂向探测精度[2]。

管波探测法是通过在桩位中心的一个勘察钻孔中进行探测，即可快速探明桩位范围内的岩溶、软弱夹层及裂隙带的发育和分布情况，评价嵌岩桩持力层的完整性，为桩基设计提供直接依据，并可指导基桩施工。

2）管波探测法还应用于滑坡体的滑动面探测。

基岩（特别是强风化基岩）中的滑动面，钻探是很难判别的，管波探测法可直观地识别基岩中的滑动面。

1.2基本原理及测试装置

管波探测法的基本原理是：在钻孔中利用“管波”作为探测物理场，探测孔周围一定范围内的溶洞、溶蚀、裂隙、软弱夹层等不良地质体的孔中物探方法。

管波探测法的测试装置如图1所示，是一种一发一收、固定收发距的单孔测试装置。

1.3异常特征及其地质解释 管波探测法异常主要表现为二种：

一种是在界面处的管波反射，另一种是在不良地质体处的管波能量变化。如图2所示。

图2 管波探测法的异常特征及其地质解释

图3 管波岩溶探测成果图

图4 广清高速流溪河大桥桥墩下陷

钻孔中可能产生管波反射的界面主要有：基岩面、溶洞顶和底面、裂隙、孔底、水面等。引起管波能量变弱的不良地质体主要有：溶洞、溶蚀、软弱岩层、土层等。

管波探测法的地质解释分为完整基岩段、裂隙发育段、溶蚀发育段、岩溶发育段、软弱岩层和土层等6种情况。完整基岩段的特征是：管波无能量衰减，界面反射在段内明显甚至有多次反射；岩溶发育段的特征是：管波能量严重衰减，界面反射在段内消失了；裂隙发育段、溶蚀发育段的特征是：段内界面反射多，溶蚀发育段伴随有能量衰减现象；如图2所示。软弱岩层和土层的特征是：管波速度变低和有能量衰减。

图3是一个钻孔的管波岩溶探测成果图，“岩溶发育段”用“带牙三角形”表示。段内钻探有揭示的，顶角在解释柱状图最左边开始向右划，无揭示的，顶角在解释柱状图中间开始向右划。

2、在桩基岩溶勘察上的应用

2.1灰岩地区桩基持力层的岩溶问题

目前，在岩溶发育地区，大直径嵌岩的桩基岩溶勘察，一般采用“一桩一孔钻探”的方式进行。近年来，在桩基施工时，经常出现掉锤，在桩基抽芯检测时，发现持力层存在溶洞等

图5 管波岩溶探测的作用

安全隐患，如广州地铁二号线北延段、五号线高架段、云（浮）梧（州）高速公路高锋大庆桥、大连保税区疏港高速公路、花都天马丽苑一期等工程的大直径嵌岩桩，在抽芯检测时，在基桩持力层发现了溶洞，又如，阳（江）阳（春）高速公路在桩基施工时，发生两次掉锤事故。而上述这些工程项目都已进行了“一桩一孔钻探”的桩基岩溶勘察。实践表明，在岩溶发育地区，采用“一桩一孔钻探”的桩基岩溶勘察，难以探明桩位范围内的岩溶发育情况，依然会存在桩基半边嵌岩、持力层中存在溶洞的隐患，如果这些隐患不被及早发现并处理，则在日后的施工或使用中，存在建（构）筑物下沉甚至倒塌的风险。如广清高速流溪河大桥墩下陷（见图4）。

管波岩溶探测的主要作用在于扩展勘探半径范围。把“一桩一孔钻探”进行桩基岩溶勘察，只能观察到约Φ76~110mm 孔径范围的岩溶，经管波探测后，可探测到约Φ2000mm 的直径范围的岩溶，如图5所示。

2.2应用实例

管波探测法的实测应用从2003年开始，至今已经历了7年

的时间，表1是已完成的主要岩溶探测项目一览表（未完全包括授权给外单位探测的项目），有二十个单位委托探测，项目三十六个，共计完成了7682个桩位，涉及的行业主要有公路、铁路和房地产。

表1 已完成的主要管波探测法岩溶探测项目一览表

根据对广州地铁五号线滘口～大坦沙高架桥工程管波岩溶探测的统计，管波探测发现的溶洞比钻探揭露的溶洞增加了32.18%，新发现的溶洞高度0.5~3.7m，平均洞高1.43m；管波探测发现的溶洞比钻探揭露的溶洞增大的有58.97%，增加洞高0.5~5.6m，平均增加洞高1.77m；经管波探测后发现持力层厚度未达到规范（或设计）要求的桩位占14.58%。

根据对广梧高速公路河口至平台段工程第4合同段管波岩溶探测的统计[3]，管波探测发现有岩溶而未被钻探揭露的钻孔有74个桩位，占已探测桩位的

27.6％；最小洞高为0.2m，最大洞高为3.8m，平均洞高为1.8m。在65个已被钻探揭露的岩溶中，管波探测到的岩溶范围增大的有6O个，占92.3％；最小增加洞高为0.1m，最大增加洞高为5.2m，平均增加洞高为0.97m。原有268个钻孔，根据钻孔资料，已经满足桩基持力层设计要求，经管波探测后，持力层厚度未满足设计