管波探测法在岩溶勘察中的应用

管 波 探 测 法 在 岩 溶 勘 察 中 的 应 用
朱振 华 邓 劲松 易萍 华
摘 要 ： 绍 了一种新的物探方法—— 管波探测法 ， 介 并论述 了该 方法在 宁安城 际铁 路岩溶 勘察 中的应用和验证 情况 ， 证 明 了管波探测法在岩溶勘察 中的有 效作用 ， 以进一步推广应用。 关键词 ｉ 管波探 测法， 际铁路 ， 城 岩溶 ， 勘察 ， 应用
第３ ６卷 第 ４期 ２０ １０年 ２ 月
山 西 建 筑
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ＶｏＩ３ ． ＿ ６ Ｎｏ ４
Ｆ ｂ ２ １ ｅ ． ００
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文 章 编 号 ：０ ９６ ２ （０ ０）４０ ０ —２ １０ ８ ５２ １ ０ —１ ５０
中 图分 类 号 ： Ｕ４ ２ Ｔ １ 文献 标 识 码 ： Ａ
在岩溶地区进 行工 程项 目建设 ， 常采用嵌 岩桩 的基 础形式 。 装置 如图 ２ 示。图 ２中发 射仪器 产生 的发 射脉 冲信号 通过发 所 由于基岩 中岩溶发育 ， 存在溶洞 、 溶蚀裂 隙、 软弱夹层 等不 良地质 射换 能器 Ｓ转换成振 动脉 冲 ， 在孔壁 周 围产生 管波 ， 管波 沿钻孔
体 。根据《 岩土工程 勘察规 范》 要求 ， 施工 勘察 阶段 ， 在 当采 用大 轴向向上及向下传播 ， 接收换能器 Ｒ首先接 收到直达管波 。沿钻
直径嵌岩桩时 ， 应对桩 位进行 专 门 的桩 基勘察 ， 察点 应逐 桩布 孔 轴 向传 播 的 管 波 在 波 阻 抗 差 异 界 面 （ 径 变 化 处 、 面 处 、 勘 孔 液 孔 置， 勘探 的深度应不小 于桩 底面 以下桩 径 的 ３倍并 不小 于 ５１。 底 、 １ － １ 孔壁波 阻抗差异 界面） 处发生反射 和透射 ， 反射管 波 由接收换
育分布情况 ， 能有效弥 补一桩一孔 的不足 （ 见图 １ 。 ）
形信号
土层
基 —Ｌ
Ｓ 发射 ： 换 能 器 Ｒ： 收 接
换 能 器
现场进行管波探测 Ｉ Ｉ 确定钻探加深深度
现场判断完整基岩 ｌ 段 是否达 到设计 要求ｌ
Leabharlann Baidu
否
完成 ｌ
图 ２ 管 波探 测 装 置 图 图 ３ 管 波探 测流 程 图
管波有效探测范围 内的任何 波阻抗 变化 都会 产生反 射。在 钻孔 作 为判定 孔旁基岩完整 的判别依据 。 周围的圆柱状空问 ， 这种波 阻抗 的变 化必定是 由于钻孔旁 侧的岩 ２ 管波探 测 法的 应用 实例 性差异及 土洞 、 溶洞 、 软弱 夹层等 不 良地 质体 的存 在造成 的。因 ２． 工 程 概 况 １ 而可通过分析反射 管波来 确定钻 孔旁 侧是 否存在 岩性 差异及 不 南 京一 安 庆 新 建 铁 路 （ 三 院设 计 段 ）位 于 长 江 南 岸 ， 铁 ， 大致 走
） 直 无 过在孔液 中振动产生管波 ， 管波在孔 液和孔壁 以外一定范 围 内沿 度 。４ 直达波组 不存在 向下 弯 曲变 化 ， 达波 以后 ， 明显 的倾 斜 的直线形反 射波组 ， 且不 存在 管波 能量 消散 现象 ， 这种 特征 可 钻孔轴 向传播 ， 除在孔径变化 、 孔底和孔液 表面处产生反射外 ， 在
良地 质 体 。 向 Ｎ ＿Ｓ Ｆ ｗ。正 线 线 路 全 长 ６ ．５ｋ 铜 九 改线 段 长 ５０ ５ｌｎ池 ０３ ｍ， ．１ ， ａ
１２ 管波探测 装 置 ．
州疏解线 长 ３ ７ １ｋ 线路 总 长 ６ ．２ ｍ。全段 桥梁 特 大桥 ． ３ ｍ， ８ ８ ７ｋ
根据管波 的传播特性及 孔中的测试环境 ， 管波探测法 的探测 １ ２座 、 大桥 ８座 、 中桥 ６座 、 路桥 ６座 ， 公 总长度为 ３ ．７ｋ 桥梁 ２ ４ ｍ，
１４ 管 波探 测的 工程地 质 解释 ．
图 １ 管波探测法的探 测范围与桩端设计高程
１ 界 面反 射能 量强 、 ） 频率 低 ， 上下反 射界 面之 间的能量存 且
在消散现象 ， 这是 洞穴 、 溶洞 的反 映。２ 当溶 洞与探 测孔之 间存 ）
在 水 力 联 系 或 软 弱 夹 层 的 剪 切 波 速 度 Ｉ￣ 液 压 缩 波 速 度 小 时 ， ：Ｌ Ｌ 在
但一桩一孔的钻探往往会遗漏孔旁 的溶洞 ， 以完全查 明整个桩 能 器 Ｒ接 收 。 难
位范围内的岩溶发育情况 ， 岩溶 勘察新方法—— 管波探测法 能探 测到直径 ２ｍ～２ ５ｒ ． ｎ范围 内溶 洞 、 软弱 夹层及溶蚀 裂隙带 的发
射 脉 冲 — 日 振 动 波 同步 触 发 信 号 按 技 术 要 求 钻 探 ， 整基 完 岩段达到设计要求时终孔 钻 探 清 孔 — —— —— 深 钻进 加
１３ 管 波探 测流 程 ．
实 际 工 程 中 ， 常 出现 钻 孔 揭 露 的 完 整 基 岩 段 厚 度 已经 满 足 常
规范要求 ， 管波探测法 发现其 “ 完整 基岩段 ” 中是 否存在 溶洞 、 软 弱夹层等 不 良地质体的情况 。为 了保 证桩位持 力层的完整性 ， 通 常采用管 波探 测与钻探互动 的探测流程 ， 见图 ３ 。
１ 管波探 测法
１ １ 管波探 测原理 ．
即无 直达 管波 ， 同时该处 当相互接触 的两种介 质一种是流体另一种 是 固体时 ， 流体 的 管波 时问剖面中表 现 为管波 能量 消散 ， 的反 射管波能量低 、 频率 高 ， 这是溶 蚀裂 隙 的反 映。３ 倾斜 的反 ） 振动会在两种介质的分界面附近产生沿界 面传播 的界面波 ， 称作 不 底 广义的瑞利波。在 液体填充的孔 内及孔壁 土 ， 义的瑞利 波沿孔 射波组 即为不 良地 质体 边界 处 的反 射管 波 ， 良地质体 的顶 、 广 的轴 向传 播 ， 作 管 波 。 管 波 探 测 利 用 桩 位 中 心 的 一 个 钻 孔 ， 称 通 界面深度 为反 射管波 同相轴 时距 曲线与 零时 间的交 点对应 的深