管波探测法工程应用典型实例文档格式.docx

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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。

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。

图1管波探测法的测试装置

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

图2管波探测法的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。

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；

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管波岩溶探测成果图

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

图4广清高速流溪河大桥桥墩下陷

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

图5管波岩溶探测的作用

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

序号

工程名称

委托单位

完成工作量

（桩位）

1

广清高速公路与环城高速公路连接线工程

广东省公路勘察规划设计院

51

2

佛山市和顺至北滘公路主干线工程DS17标段和顺南立交桥工程

上海市政工程设计研究院

188

3

佛山市狮山至和顺公路主干线工程桂和互通立交、里和互通立交工程

天津市市政工程设计研究院

96

4

佛山市和顺至北滘公路主干线工程DS13、DS15、DS16、DS17标段

广东省佛山市路桥工程总公司

480

5

佛山市三水二桥

30

6

佛山市南海区江厦立交至东西二线段加宽改造工程雅瑶桥、大冲桥工程

佛山市南海区道路建设管理处

280

7

佛山市和顺棠溪至料美公路主干线勘察第HLK-01～03合同段工程

250

8

广州市轨道交通五号线滘口～大坦沙石灰岩分布范围高架桥工程

广州市地下铁道总公司

9

广州市轨道交通六号线浔峰岗～河沙石灰岩分布范围高架桥工程

251

10

佛山市南海区广佛公路至沙涌公路改造工程广佛高速分离式立交

82

11

广西玉林凯旋世纪广场（21层）

广西玉林凯旋世纪广场

144

12

桂林市平山环卫工人廉租房

桂林市市政局

13

广东云梧高速公路河口至双凤段第4合同段施工阶段

广东云梧高速公路筹建处

297

14

广东云梧高速公路河口至双凤段第5合同段施工阶段

50

15

广东云梧高速公路双凤至平台段灰岩区施工阶段

373

16

佛山中海金沙湾高层住宅小区

中海地产发展有限公司

624

17

广贺高速贺州段

广贺高速贺州段筹建处

18

辽宁大连保税区大窑湾疏港高速公路港区段特大桥

大连市保税区规划土地管理局

116

19

惠州念山至深圳白沙沿海高速公路

惠州惠深岩海公路有限公司

20

广州市轨道交通六号线浔峰岗～河沙石灰岩分布范围高架桥工程（补勘）

350

21

佛山市高明区人和至西安河村段公路工程

23

22

花都天马丽苑高层（32层）住宅区

广州市天马河房地产有限公司

1963

阳春市春天花园高层（28层）住宅区

阳春市建筑工程公司

56

24

广东韶赣高速公路

广东韶赣高速公路筹建处

25

花都锦东花园二期

骏威房地产有限公司

26

珠三角洲经济区外环公路江门至肇庆段

广东省高速公路有限公司

261

27

阳山县文塔桥

阳山县交通局

28

广清高速扩建工程流溪河大桥

29

阳江至罗定高速公路阳江至阳春段

185

云浮岑溪高速公路双凤至榃滨（粤境段）

78

31

地铁六号线沙背站

32

新广从公路快速化改选黄石东至北二环段

广州市市政设计院

76

33

新建南京至安庆城建铁路（铜池段）补充定测岩溶区墩台及桩位岩溶勘察

铁道第三勘察设计院集团有限公司

110

34

英德北江三桥

35

新建沪昆客运专线（长昆段）定测岩溶区墩台及桩位岩溶勘察

246

36

高明步洲大桥

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要求，需加深的桩位有11个，占4.1％，共加深63.76m，平均每孔加深5.80m。

从这些数据来看，管波岩溶探测的作用是显然的。

图6管波探测到的桩底岩溶

上表所列工程项目中，除今年完成的几个项目（序号27~32）还在进行桩基施工外，其他的项目已竣工使用或已经过抽芯检测，根据收集到的施工单位冲桩或挖桩记录，从冲桩的快慢、漏浆、偏锤，挖桩观察到的岩溶等记录分析，施工记录的情况与管波探测结果吻合。

从抽芯检测结果和业主反馈的信息来看，有3个项目各有一支桩的持力层发现有一个溶洞（由管波测试孔位偏离了桩位引起），按抽芯检测桩数为10%计，持力层有问题的桩只占抽芯检测桩的0.43%。

从而可知，管波岩溶探测的应用效果是显著的。

图7管波探测到岩溶比钻探揭露的大一倍

图6是业主（广东云梧高速公路筹建处）委托我们进行管波岩溶探测前，在云梧高速公路工程的一个基桩抽芯检测孔中进行管波岩溶探测的成果，管波探测反映的岩溶比抽芯检测到的溶洞要大（桩底下就是岩溶）。

成果提交给业主以后，业主当即决定，云梧高速公路工程所有灰岩地区的桥梁桩位都要进行管波岩溶探测。

现在，工程的桩基部分已全部经过验收，在进行抽芯检测时，再没发现有持力层存在溶洞的情况。

从图7可看到，管波探测到的岩溶比钻探揭示的溶洞顶面浅且洞高大了1倍，在这种情况下，进行冲桩施工时，很可能发生掉锤故事。

从图8、图9可知，如果按钻探成果设计桩端高程，持力层就会存在足以影响桩基安全的溶洞。

如果在桩基检测时不被发现，就会埋下安全隐患，在使用过程中可能发生桩墩下陷事故。

图8管波探测到在钻探揭露溶洞下方存在多层岩溶图9管波探测到在钻探揭露溶洞下方存在较大的岩溶

2.3管波探测法的优势

作为一种物探方法，管波探测法与其他物探方法比较，具有成果快速、异常易于识别、异常的地质解释具有唯一性、勘察成果可靠性高、探测岩溶分辨能力强、垂向探测精度高、仪器设备投资少、不受工作场地限制等特点和优势。

作为一种大直径嵌岩桩的桩基岩溶勘察的方法，“一桩一孔钻探＋管波岩溶探测”与“一桩一孔钻探”、“一桩多孔钻探”、“一桩一孔钻探＋其他孔中物探”等方法比较，前者更加全面、安全、可靠，可避免发生安全和质量责任事故的风险，并最终可达到缩短建设工期、节省建设投资的经济目的。

2.4开展管波岩溶探测的意义

在岩溶发育的灰岩地区，进行大直径嵌岩桩的桩基岩溶勘察时，有必要在“一桩一孔钻探”的基础上，增加管波岩溶探测工作。

“一桩一孔钻探＋管波岩溶探测”的桩基岩溶勘察方法，更加符合《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001）的要求。

1）对于勘察工作而言，在进行钻探工作时，有可能会有人为的因素，造成漏记甚至隐瞒溶洞的情况发生，如果进行了管波岩溶探测，则可发现这些隐藏的溶洞，确保桩基岩溶勘察的质量、规避由此引起的经济和责任风险；

2）对于设计工作而言，在参照钻探资料的基础上，增加了管波岩溶探测成果资料，更能准确设计桩端标高，避免成桩后发现问题的麻烦和终身责任风险；

3）对于施工工作而言，管波岩溶探测成果资料，能更好地指导桩基施工工作，遇岩溶发育段时，可提前采取措施，避免掉锤、地面塌陷等事故的发生；

4）对于工程管理工作而言，开展管波岩溶探测工作，虽然在前期增加了少许勘察成本，但这可确保基桩持力层完整无溶洞，可避免发生安全和质量事故的问责风险，并最终可达到缩短建设工期、节省建设投资的经济目的。

3、在滑坡勘察上的应用

在滑坡勘察中，准确判断滑动面是解决问题的关键，在钻探的岩芯中，尽管采用了双管取芯，经常很难发现滑动面，特别是滑动面存在于强风化岩时更是如此，。

在这种情况下，管波探测法就能很好地解决问题。

顺德大良飞鹅岭滑坡勘察工程，钻探采用双管钻进取芯，在钻进和岩芯编录过程中，地质人员无法判别滑坡体的滑动面，图10是该工程中的其中一条勘察剖面，地面物探采用面波法，在剖面中的三个孔（ZK02、ZK03、ZK04）进行了管波探测，探测成果如图11~13所示。

从图中可看到，管波探测时间剖面显示，在三个测试孔的强风化层中，都有管波能量变弱的相对软弱层存在，我们根据各测试孔的位置、软弱层的标高、钻探及地质测绘资料，并结合面波波速影像图的波速分布趋势，综合分析判断，推断这些软弱层为滑动面。

4、几点认识

1）管波探测法主要用于桩基岩溶勘察，也可用于滑坡体的滑动面探测。

2）管波岩溶探测的主要作用在于扩大勘探半径。

把“一桩一孔钻探”进行的Φ76mm钻孔岩溶勘察，扩大为Φ2000mm桩位岩溶勘察。

3）管波岩溶探测准确、可靠，探测精度高。

4）对于大口径嵌岩桩的桩基岩溶勘察，管波探测法具有其他物探方法无法比拟的优势，“一桩一孔钻探＋管波岩溶探测”的桩基岩溶勘察方法，对工程建设各方都有利。

图10顺德大良飞鹅岭滑坡勘察L1测线面波速度分布及其解释剖面

参考文献

[1]发明专利公报管波探测法国家知识产权局第20卷第45期2004.11.10

[2]管波探测法应用研究报告饶其荣、李学文等2006.4

[3]广东公路交通管波探测法在广梧高速公路灰岩区桥梁桩基工程中的应用李海青、林才奎2009,2

典型实例