映射探测桩底完整性研

地震映射技术检测人工挖孔桩孔底岩层完整性可行性研究

蒋传琳1张宪哲2付向科1 罗文启2

（1.河南省煤田地质局物检测量队，河南郑州450009；

2.河南省煤田地质局资源环境调查中心，河南郑州450003）

摘要：在一些覆盖层厚度较薄地区，建造高层建筑物时通常采用人工挖孔灌注桩基础。按照现行规范桩孔应用钻探方式对孔底3d或5m深度范围内岩层进行检验。这不仅费工、费时、检验成本高，探查深度还局限在3d或5m的深度。为此，本文考虑采用地震映射技术作为主要检测手段，少量的钻探作为对物探分析结果的验核，在提高检测速度同时量，可以节省检测费用。本文通过在山西某市的检测实例，说明地震映射方法进行桩底岩层探测的有效性。

关键词：地震映射，检测，基桩孔底，岩层完整性，可行性

1 引言

在一些覆盖层厚度较薄地区，建造高层建筑物时通常采用人工挖孔灌注桩基础。按照现行《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）要求，人工挖孔桩终孔时，单柱单桩的大直径嵌岩桩，应视岩性检验桩底下3d或5m深度范围内有无空洞、破碎带、软弱夹层等不良地质体件[1]。并在条文说明中明确“应用超前钻逐孔对孔底3d或5m深度范围内持力层进行检验”[2]。若是按规范采用钻探进行检验，不论是在孔内，还是在孔上进行钻探操作均较为困难，费工、费时、检验成本高，勘查深度还较为局限——往往仅限于3d或5m的深度，若在5.5m存在空洞或软弱夹层就难以发现。若工程场地存在土质软弱或渗水量较大，会因钻探检验过程较长而引起孔壁坍塌，影响基桩施工进度和增加施工单位生产成本。为此，考虑采用物探技术来作为主要检测手段，少量的钻探作为对物探分析结果的验核，这样可以在保证检测质量的前提下提高检测速度，同时因减少了大量的钻探工作量，可以节省出可观的检测费用。

低应变在基桩施工质量检测应用经过近二十年实践，已取得业界的普遍认可。本次采用地震映射技术对基桩孔底进行检测，分析桩下5m内是否存在不良地质体，基础理论与低应变方法一致，这就为此方法的应用是否能取得预期效果奠定了理论基础。

众所周知，波阻抗是岩层中的纵波速度υ与岩层密度ρ的乘积。它是表述应力波在岩体中传播时，运动的岩石质点产生单位速度所需的扰动力，也反映了岩石对动量传递的抵抗能力。在岩层界面两侧波阻抗的变化，对波的能量传递有很大影响。当两侧波阻抗相等时，入射波的能量全部透过界面传到另一侧。界面两侧波阻抗不等时，无论增大或变小，人射波的能量都不能全部透过界面传到另一侧。当界面前方的波阻抗为零时，反射波和人射波的幅度大小相等符号相反；当界面前方的波阻抗为无限大时，反射波的大小、符号都与入射波相同，透射波则是入射波的两倍[3]。由此可知，当入射波从波阻抗ρ1υ1的岩层入射到波阻抗ρ2υ2

的岩层分界面时，反射波振幅A f和入射波振幅A r之间存在着如下关系：

1

1221

122r f νρνρνρνρ＋－＝

A A 式中：A f /A r ——反射系数[4]。

由上式可知，反射波振幅A f 与两种岩层的波阻抗有关，当2211νρνρ＝时，A f ＝0，不发生反射；当2211νρνρ≤时，A f ＞0；当2211νρνρ≥时，A f ＜0，这样不仅可以据分界面形成反射波振幅初步分析出岩层界面波阻抗大、小，还可以根据反射波中是否包含有其它干涉、绕射波，确定出下伏岩层是否为软弱层或有空洞存在。

根据以上分析，使用地震映射法进行桩底检测，理论上是成立的，但实际能否实现，检测资料怎样分析与对比，特别是如何确定是否存在软弱夹层和空洞，都缺少规范和成功经验。我们根据以往测桩的经验，巧妙地解决了传感器的安装与激发问题，又通过对采集数据分析后，认为地震映射法对桩底岩层检测，可以确定是否存在软弱夹层或空洞的情况。

地震映射法是一种采用等偏移距或零偏移距进行激发和接收来自地下反射界面近法线或法线反射信号振幅和走时的一种浅层地震反射法[3]。此方法在勘查埋藏深度较小的岩层反射面、裂隙(或裂缝)、空洞等方面较为有效。目前这项技术已广泛应用在复杂地质条件下的工程勘查中，并取得了较好的地质效果。

本文通过对山西某工程实际检测情况，来说明，以供同行们参考。 2 检测情况

2.1 工程概况

工程场地位于山西省南部某市，由岩土勘查报告知：场地位原为老工业厂区，地貌原为黄土中低山剥蚀冲沟单元，后经人工堆填建筑垃圾和粉煤灰，冲沟已基本填平，因此，地基土在20.0米以上分布杂乱，厚度变化比较大，均匀性较差。在工程地质勘查深度范围内，杂填土以下为：第四系的粉质粘土、粘土；石炭系的灰岩、铝土质泥页岩及煤层。石炭系的泥岩、灰岩抗压强度均满足工程桩承载力的需要，可作为桩基础的持力层。但石炭系中的灰岩常发育有岩溶空洞，煤层也因开采而会存在采空区或采掘巷道，这些空洞对上覆建筑物基桩是潜在的安全隐患。场地静水位6.0～6.5米，微具承压性。

检测人员进入工程场地时，3#楼、4#楼、5#楼的人工挖孔桩已全面展开，已无法在地面实施物探工作，特别是3#楼多数基桩孔已挖至或接近设计层位，因此，进场后对3#楼开挖完成的桩孔进行

检测。因为工程场地潜水位较高，孔底渗水较快，桩孔开挖完成后不能及时灌注，容易引起孔壁坍塌。为此，检测人员在现场等待桩孔的开挖，一旦完成立即进行检测。

2.2 现场检测

检测使用国产SWS-5型工程检测

仪，单只18Hz 地震检波器，由于孔底积水深度超过3cm ，激发采用5磅手锤敲

击（长30cm、直径8cm的封口）钢管。为确保采集资料的可靠性，每个桩孔都进行2~3个点位的检测，并将检测记录存盘。

受工程开挖和其它条件影响，3#楼的检测于2008年7月3日～11日进行，实际有效检测工作日4天，共检测桩孔85个（另有7个孔进行了复测），占设计开挖桩孔的77%，平均日检测21.2孔。若能保证检测连续进行的话，则每日检测数量应在50个孔以上。

从检测和复

测情况看，数据

重复性良好（见：

图1），说明测试

数据能够反映地

层深部信息，可

以用于分析地层

结构。

2.3 数据处

理与分析

由于A轴线

桩孔距工程地质

勘查孔（K35、K36、K37）较近，因此，以这条轴线桩孔检测曲线分析来说明（见：图2）。

数据处理采用SWS-5仪器配套的地震映象数据处理软件，按照工程轴线将相应桩基孔测试数据顺序排列，并适当进行曲线幅度调整、滤波、振幅补偿等数据处理，形成地震映

射剖面。

粗看采集的数据

曲线，不同桩孔间检

测曲线无相似性（见：

图3），似乎测试曲线

分析无从下手，但仔

细观察曲线的相位强

度和相位数，就会发

现其间存在着许多相

似性和渐变关系，而

这种相位强弱和多少

的变化，正是反射波

在地层中传播中遇到

波阻抗界面的反映

（见：图4）：反射波

相位左偏越强，说明

下伏地层相对上覆阻

抗越小，而右偏越强，

则下伏地层阻抗相对

上覆地层越大；而在两个较强相位之间相对较弱相位的增加与减少，表明两较强波阻抗界面间地层厚度变化。