桥梁桩基地下岩溶探测技术

加拿大SSI
煤科院KDL 电子22所LTD
地球物理探测法
地质雷达
硬件组成
地球物理探测法
地质雷达
探测原理示意图
地球物理探测法
地质雷达
溶洞的地质雷达影像特 征都为向顶部弯曲的、
多重的强弱信号条纹相
间的异常区，由于灰岩 有较低的衰减系数，雷 达探测深度较为理想。 。
地球物理探测法
地质雷达
特点： 仅限于大直径桩孔内探 测，小直径桩无法探测 ，探测深度30m, 价位：
提
纲
桥梁桩基地下岩溶探测技术
中交第二航务工程局有限公司技术中心 2016年4月
提
背景及必要性
纲
地面地质调查法 地球物理探测法 桩基岩溶处治技术
提
背景及必要性
纲
地面地质调查法 地球物理探测法 桩基岩溶处治技术
背景及必要性
中国喀斯特分布图
高山峡谷，地质灾害多发地 公路、铁路桥梁跨越
背景及必要性
西南地区及中南部分地区岩溶分布统计表
桩基岩溶处治技术
传递能量法： 在钻机即将进入地下溶洞的斜面时，通过向 溶洞内投掷坚硬片石和粘土块，对钻孔进行 修正的方法。依据地质钻探柱状剖面图和施 工过程中钻绳的摆动和钻机冲击的声音进行 适用于岩 面倾斜、 岩质软硬 不均的情 况
倾斜情况判定。
地球物理探测法
桩基岩溶处治技术
钢护筒跟进 片石抛填
地球物理探测法
60万左右
地球物理探测法
地质雷达
缺点： 由于岩土体的复杂性， 地质雷达容易将岩体破 裂带、富水带等不良岩 土体显示溶洞，误判几
率较大。
地球物理探测法
管波测量
用于灰岩地区嵌岩桩基 础的探测，其利用钻孔 中的“管波”作为物理 场，来探测孔旁一定范 围内的裂隙、溶洞等不
良地质体。
地球物理探测法
管波测量
易于加大勘探密度 、深度，多种物探 方式相结合，配合 钻探。
物探 手段
管波测
析技术
地质雷
量
达
地球物理探测法
高密度电法
美国AGI 重庆地质仪器厂
物理基础为地下岩 土层的导电性差异
瑞典ABEM
重庆奔腾数控
，通过人工电流场
分布规律，查找岩 溶边界。以高密度 电阻率法最为常用 。
法国IRIS 德国DMT
日本OYO
50
45
40 35
30
25 20 15 10 5 0 贵州 82.19% 岩溶区面积 总面积
施工条件
施工工艺、整治措施等
云南 55.19% 广西 53.83% 四川 56.53% 重庆 94.95% 湖南 44.96% 湖北 53.85% 广东 13.05%
背景及必要性
有溶蚀力的流动水
施工条件
施工工艺、整治措施等
可溶性岩石
背景及必要性
施工条件
施工工艺、整治措施等
背景及必要性
桩基础施工安全
地下情况不明
卡钻
重锤掉落
泥浆漏失 孔壁坍塌
岩溶发育
规模、区域、埋深等
详勘
精度、探测方式等
施工条件
施工工艺、整治措施等
背景及必要性
岩溶发 育规律
节省人 力物力
桩基地下 岩溶探测
消除安 全隐患
保障施 工安全
提
背景及必要性
借助计算机层析成像法进行三维图像反演
地球物理探测法
CT层析法
特点： 用于深部岩溶探察，图像直观，信
息量丰富，勘探周期短。
价位： 16万左右 岩溶区
地球物理探测法
地质雷达
发射机通过发射天线发 射中心频率为12.5M至 美国GSSI 瑞典SGAB 英国ERA 意大利IDS
1200M、脉冲宽度为0
．1 ns的超高频脉冲电 磁波讯号，通过反射讯 号和岩体介电系数，计 算探测目标规模。
二十世纪初
不同介质分布 。
八九十年代
地球物理探测法
CT层析法
硬件构成
工作原理
地球物理探测法
CT层析法
通过同一网络结点的收发路径多，数据
量大，反演结果能较真实地还原孔间（
孔地）介质的物理量（波速、电阻率或 衰减系数），岩溶探测应用较多。
地球物理探测法
CT层析法
内业处理及二维图像
地球物理探测法
CT层析法
遥感技术
应用遥感技术可以观察 岩溶形态、岩溶发育要 素、岩溶地貌类型,识别 地下水露头、解译地下 水补给、径流、排泄条
件,追索地下河踪迹等。
地球物理探测法
遥感技术
依据均一的浅灰和灰色色调以及独特 的形态辨认。湿热气候条件下,岩溶 地貌一般具有深的色调和密集点状的 形态特征 。
提
背景及必要性
纲
地面地质调查法 地球物理探测法 分界面 ,覆盖层厚度,溶蚀 破碎带,溶洞范围 大小等,有效地提 髙了工程地质勘察 效率与精度
判释岩 溶发育 与构造
计算机及
地球物
数学工具
理探测
物理测 量反演 建立数 学模型
地球物理探测法
岩溶物探手段
设备轻便、效率高 ；在地面、水上或
高密度 电法 遥感技 术 CT层
钻孔中均能探测；
地球物理探测法
桩基岩溶处治技术
技术难点： 在于保证在溶洞层段顺
利成孔而不出现卡钻与
掉钻等施工故障，并制 定具体的解决造壁、护 壁、斜面开孔、穿越顶 板和空洞的施工方案。
地球物理探测法
桩基岩溶处治技术
泥浆造壁法： 在使用优质泥浆护壁施工的同时，按一定比
例分别加入烧碱、水泥、锯木屑、草袋、片
（碎）石等混合材料，借助于钻头的冲击捣 固作用，将填充材料同稠密的泥浆一起挤入 溶洞和溶洞裂隙中，形成强度连续的钻孔路 径。
管波测量
管波探测法有效探测半 径大于 1.0 米，可分辨
大于0.3 米的孔旁洞穴
，对洞穴的定位误差小 于0.3米，具有非常高的 垂向探测精度。 价位：15万左右
地球物理探测法
遥感技术
利用遥感器从空中来探 测地面物体性质的,它根 据不同物体对波谱产生 不同响应的原理,识别地 面上各类岩溶发育规模
。
地球物理探测法
缺少足够的勘察工作和准确度
地质钻探本身的缺陷问题
地质研究工作比较薄弱
重钻探进尺，轻地质研究
地面地质调查法
钻探技术优化
钻孔遇洞率 钻孔线溶蚀率 岩芯采取率 钻进工艺 钻探工艺改进 钻头改进
合理参数取值的获取
提
背景及必要性
纲
地面地质调查法 地球物理探测法 桩基岩溶处治技术
地球物理探测法
物理学 原理和
桩基岩溶处治技术
岩溶钻孔灌浆
提
纲
谢 谢！
地球物理探测法
高密度电法
硬件构成
工作原理
地球物理探测法
高密度电法
现场探测
现场探测
工作流程
地球物理探测法
高密度电法
表层电阻率较低，厚
度约5～10m，为第 四系覆盖层，剖面 120～180m、320～ 380m段，基岩电阻 率明显向下凹下，结 合地质资料分析，为 岩溶发育区反映。
成果判释
地球物理探测法
前桥梁桩基勘察规范所要求的主要勘察
手段仍是钻探。
地面地质调查法
钻探法
钻探原则：
一桩一孔，桩径大于1.5m需三个以上钻孔； 在弱、中、强岩溶区，钻孔深度应深入基岩3、 5、8m；若遇到溶洞，应钻入溶洞底部3~4倍桩 径； 钻孔揭示溶洞高度大于5m，需进行补孔。
地面地质调查法
存在的一些问题
场地“未三通一平”，钻孔定 位不准，部分未钻探 “一孔之见”、有一定误判率
地球物理探测法
桩基岩溶处治技术
密闭压浆法： 利用土体化学加固原理，使用高压输浆泵将 化学浆液通过灌浆导管均匀压入地层，使原 来松散砂石散粒体或岩石裂隙充满浆液。固 结成一种强度较高、抗渗水性且与周围岩体
适用于富 含砂石等 充填物而 不为空洞 的岩溶情 况
胶结稳定的新结构“人造石”。
地球物理探测法
于探测对象埋深的
4倍； 测量剖面测线长度 需在对象区域外加 埋深一半的长度；
地球物理探测法
CT层析法
日、 德等 研发 低频 电磁 波仪 中科 院物 探所 采用 层析 算法 胜利油田研发 的XBH2000， 透射率达到 400m 目前
CT法是在两个钻孔 分别发射和接收无 线电波，根据不同 位置上接收的场强 的大小来确定地下 地矿部物探所： JWT-1型电磁波仪 美国：井间电磁波 反演 六七十年代
适用于洞 体尺度相 对于桩径 不大的小 溶洞
地球物理探测法
桩基岩溶处治技术
钢护筒跟进法： 首先用振动打桩锤将钢护筒逐步下沉到需要 保护孔壁的地层和岩石上，再用回旋钻 机钻孔，缓慢下沉钢护筒，接近溶洞时，向 孔内抛填片石与絮状物，并用钻机将抛填
物向四周挤压，将溶洞填满。
适合于水 中或陆上 桩基础穿 越串珠状 溶洞或溶 洞大而空 的情况
高密度电法
利用解析法、有限差 分法、有限元法、边 界元法和面积分法， 基于地电模型，可以 得到岩溶三维电法电 阻率反演数据体。
成果判释
地球物理探测法
高密度电法
技术要求： 测线布置长度宜大 技术特点： 电极布设一次性完成 ，断面信息丰富，精 度高。 探测深度最大可达 60m。 价位： 20万左右，为常用 场地岩溶物探设备。
纲
地面地质调查法 地球物理探测法 桩基岩溶处治技术
地面地质调查法
地面地质界面法：可定性岩溶的
装备
空间分布，但遗漏的情况较多；
地质体投射技术、地质测绘法： 主要采用穿越、追索和全面踏勘
地面地质调查法
地面地质调查法
钻探法
由于地下岩溶形态分布的随机性和复杂
性，桥梁桩基地质勘察准确性较低，造
成桩基持力层选择失误，桩尖高程变更 率高，施工中未预见性事故频发等，目
发射仪发射同一主频的 脉冲信号，与孔液作用 产生振动，在孔壁和孔 液产生管波，接收器输 出振动信号通过记录仪
同步记录。
地球物理探测法
管波测量
一同移动发射器和接收 器，按深度排列不同深 度的探测点得到的振动 记录，最终得到时间剖 面。可判别岩溶洞穴的
存在及其顶底深度 。
管波探测法观测系统
地球物理探测法