大直徑樁底巖溶三維探測(cè)試驗(yàn)研究

張邦 劉鐵華 劉鐵 化希瑞

中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司， 武漢 430063

我國(guó)巖溶分布廣泛，總面積達(dá)到了346 萬km2，占國(guó)土面積的1/3 以上，其中以廣西、貴州和云南東部地區(qū)分布最廣，湖南、湖北、四川等地也有較廣泛的分布［1］。在巖溶地區(qū)，公鐵橋梁眾多，當(dāng)?shù)鼗休d力及樁的變形不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，加大鉆孔灌注樁直徑是一種常用的方法［2］。

溶洞發(fā)育的大小相差懸殊，形狀千變?nèi)f化，斷面形態(tài)極不規(guī)則，給巖溶地區(qū)的樁基設(shè)計(jì)和施工帶來了很大困難［3］，傳統(tǒng)方法使用鉆孔進(jìn)行樁底巖溶探測(cè)，孔旁巖溶容易被遺漏，可能造成橋梁的失穩(wěn)破壞，并以隱患的形式存在，在運(yùn)營(yíng)期逐漸暴露。

GB 50021—2009《巖土工程勘察規(guī)范》和GB 50007—2011《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定大直徑樁基礎(chǔ)施工過程中需查明樁底面以下3倍樁徑并不小于5 m 范圍巖溶發(fā)育情況。而樁周一定沖切角范圍內(nèi)存在溶洞或樁底下方溶洞頂板穩(wěn)定性較差時(shí)同樣存在安全隱患［4-5］。工程實(shí)踐中，由于缺少有效的探測(cè)手段，不少巖溶地區(qū)大直徑樁基施工時(shí)僅以勘察階段的鉆孔資料為依據(jù)而忽略了施工過程中的樁底巖溶探測(cè)?？辈祀A段巖溶探測(cè)主要有高密度電法、地震波法等地面勘探方法以及超前鉆探法、管波探測(cè)法、跨孔彈性波法等孔中探測(cè)方法［6-7］。地面物探方法探測(cè)精度與準(zhǔn)確率較差，只能宏觀上揭示探測(cè)區(qū)巖溶發(fā)育情況?？字刑綔y(cè)方法雖具有較高的垂向精度，但是探測(cè)結(jié)果沒有指向性，無法指示孔周巖溶、破碎的空間分布，且探測(cè)結(jié)果易受到地層界面、孔徑變化、液面等干擾。

樁基施工成孔后灌注前是探測(cè)樁底巖溶最好的時(shí)間，此時(shí)探測(cè)設(shè)備可以深入到樁孔內(nèi)，直接對(duì)樁底基巖進(jìn)行近距離探測(cè)。對(duì)于人工挖孔樁，人和探測(cè)儀器可以直接下到樁底進(jìn)行探測(cè)。魏昶帆、劉文峰、劉東坤等［8-10］應(yīng)用探地雷達(dá)配備高頻天線來探測(cè)人工挖孔樁樁底基巖質(zhì)量，通過在樁底采集的電磁波信號(hào)特征進(jìn)行定性分析，取得了一定效果。該方法僅適用于人工挖孔樁，對(duì)采用泥漿護(hù)壁的灌注樁則無法有效實(shí)施。石振明等［11］提出了樁底溶洞聲吶探測(cè)方法，采用水聲換能器，利用樁底泥漿與基巖耦合，在樁底中心激發(fā)彈性波，通過多角度反射信號(hào)的定性分析來判定樁底一定范圍的基巖質(zhì)量。Liu 等［12-13］通過三維有限差分模擬了彈性波在樁底巖溶探測(cè)中的傳播特征，對(duì)樁底聲吶信號(hào)進(jìn)行瞬時(shí)相位分析，提出相位差強(qiáng)度（IPDI）指標(biāo)評(píng)價(jià)巖溶發(fā)育情況。Shi 等［14］通過廣義S變換提取樁底聲吶信號(hào)特征，用于探測(cè)樁底巖溶及裂縫。該方法不能對(duì)巖溶成像，無法直觀地確定溶洞三維空間分布，且易受到孔壁反射干擾，淺部探測(cè)盲區(qū)較大。

目前，樁底巖溶探測(cè)方法主要采用地質(zhì)雷達(dá)法和樁底聲吶法，通過采集到的信號(hào)特征定性分析巖溶發(fā)育與否，無法精細(xì)探測(cè)樁底巖溶的三維分布情況。為此，本文根據(jù)樁底巖溶探測(cè)環(huán)境，提出基于電磁波的瞬變電磁方法和基于彈性波的超聲成像方法，對(duì)樁底巖溶發(fā)育情況進(jìn)行三維成像，通過電阻率和超聲反射波能量值的相對(duì)大小，半定量地評(píng)價(jià)巖溶發(fā)育情況。通過模型試驗(yàn)，對(duì)比不同方法優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)解釋原則，為樁底巖溶探測(cè)提供更加有效的方法。

1 樁底巖溶特征與方法選擇

1.1 樁底探測(cè)環(huán)境

巖溶地區(qū)大直徑嵌巖樁通常采用人工挖孔灌注樁、鉆孔灌注樁，而鉆孔灌注樁常見的成孔方式主要有沖擊鉆成孔和旋挖鉆成孔。樁底的探測(cè)環(huán)境主要有以下特點(diǎn)：

1）空間狹小。樁基直徑通常大于0.8 m，最大不超過4 m，鐵路橋梁樁基常見樁徑為1 ～ 2 m。該直徑范圍若采用常規(guī)的地面物探方法，無法在樁底采集到有效數(shù)據(jù)。

2）深度大。我國(guó)鉆孔灌注樁最大深度達(dá)150 m，人工挖孔樁最大深度達(dá)53 m，即便是人可以下到樁底的人工挖孔樁，也存在很大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

3）沉渣、泥漿環(huán)境。對(duì)于干作業(yè)的人工挖孔樁，樁底沉渣可以清理干凈，但是鉆孔灌注樁，樁孔內(nèi)通常充滿泥漿，常規(guī)方法無法下到樁內(nèi)，且樁底即使清孔后還會(huì)有沉渣殘留。

在復(fù)雜的樁底環(huán)境下，只能將采集數(shù)據(jù)設(shè)備吊放到樁底，測(cè)點(diǎn)位置不可控，此外還要面對(duì)惡劣的沉渣、泥漿環(huán)境，難以進(jìn)行樁底高精度三維探測(cè)。

1.2 樁底巖溶物理特征分析

嵌巖樁樁底巖溶探測(cè)時(shí)樁底已深入灰?guī)r，探測(cè)環(huán)境主要有水、黏土、碎石、灰?guī)r等介質(zhì)，各類介質(zhì)的相關(guān)物理性能參數(shù)見表1。樁底基巖、巖溶等介電常數(shù)差異明顯，當(dāng)存在巖溶或裂隙時(shí)，無論洞內(nèi)干燥或充水、充泥都會(huì)引起局部介電常數(shù)顯著變化。此外，巖溶邊界或裂隙則是較強(qiáng)的阻抗界面。根據(jù)巖溶中可能存在的充填物與正常圍巖的物性（相對(duì)介電常數(shù)、電導(dǎo)率、波速等）差異，可以使用電磁波和彈性波方法。

表1 樁底介質(zhì)的物理性能參數(shù)

本文主要研究在大直徑樁施工階段成孔后進(jìn)行樁底巖溶探測(cè)，考慮到樁底巖溶特征和探測(cè)環(huán)境，需使用能適應(yīng)狹小空間的方法。為此，提出使用基于電磁波的瞬變電磁方法和基于彈性波的超聲成像方法與既有地質(zhì)雷達(dá)法和樁底聲吶法進(jìn)行對(duì)比研究，不同方法特征及適用情況見表2。

表2 樁底巖溶探測(cè)方法特征及適用情況

2 樁底巖溶三維探測(cè)方法

2.1 樁底地質(zhì)雷達(dá)方法

地質(zhì)雷達(dá)法作為一種應(yīng)用電磁波的探測(cè)技術(shù)，由于其分辨率高、效率高，在工程檢測(cè)中應(yīng)用廣泛。但是在樁底環(huán)境使用時(shí)會(huì)受到狹小空間以及樁側(cè)壁干擾等諸多限制。大直徑挖孔灌注樁成孔后，將雷達(dá)天線放至孔底進(jìn)行探測(cè)，要求孔底無積水且相對(duì)平整。

使用地質(zhì)雷達(dá)在樁底進(jìn)行巖溶環(huán)形探測(cè)，如圖1所示，在樁底部選定一點(diǎn)為起點(diǎn)，沿孔壁按順時(shí)針方向，布設(shè)環(huán)行測(cè)線，采用勻速移動(dòng)或等間距點(diǎn)測(cè)方式探測(cè)。

圖1 雷達(dá)探測(cè)樁底巖溶

2.2 樁底瞬變電磁法基本原理與探測(cè)方法

瞬變電磁法也稱時(shí)間域電磁法，是利用不接地回線或接地線源向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng)，在一次脈沖磁場(chǎng)間歇期間，通過線圈或接地電極觀測(cè)二次渦流場(chǎng)，進(jìn)而反演地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

樁底巖溶探測(cè)時(shí)，對(duì)瞬變電磁的線圈結(jié)構(gòu)有以下要求：①尺寸小，能適應(yīng)樁底狹小空間；②小盲區(qū)，能探測(cè)樁底10 m以內(nèi)巖溶發(fā)育情況。

基于以上要求，本文研究使用反磁通瞬變電磁裝置用于樁底巖溶探測(cè)。等值反磁通瞬變電磁法采用上下平行共軸的兩個(gè)相同線圈同步施加反向電流作為發(fā)射源，并在兩發(fā)射線圈中間平面接收地下二次場(chǎng)（圖2）。由于接收面為上下兩線圈的等值反磁通平面，其一次場(chǎng)磁通始終為0，因此一次場(chǎng)關(guān)斷時(shí)，接收線圈測(cè)量的是地下的純二次場(chǎng)響應(yīng)，具有較小的探測(cè)盲區(qū)。

圖2 等值反磁通瞬變電磁法裝置

等值反磁通瞬變電磁法用于樁底狹小空間巖溶探測(cè)，可采用環(huán)形測(cè)點(diǎn)水平采集方式和錐形測(cè)點(diǎn)傾斜采集方式。

1）環(huán)形測(cè)點(diǎn)水平采集方式：采用環(huán)形測(cè)線的方式沿樁底一周布置測(cè)點(diǎn)，如圖3（a）所示，以正北為起點(diǎn)，間隔30°夾角移動(dòng)裝備采集數(shù)據(jù)。

圖3 樁底瞬變電磁法測(cè)量測(cè)點(diǎn)布置

2）錐形測(cè)點(diǎn)傾斜采集方式：將探測(cè)天線置于樁底正中心，測(cè)量時(shí)抬起天線的一側(cè)20 cm（天線直徑0.8 m，此時(shí)天線傾角15°），傾向以正北為起點(diǎn)，間隔30°夾角抬高天線側(cè)邊采集數(shù)據(jù)。如圖3（b）所示。

2.3 樁底聲吶法

樁底聲吶法是在樁底泥漿中利用高頻換能器激發(fā)和接收彈性波，根據(jù)回波的特性分析樁底不良地質(zhì)體情況。

現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí)，將一發(fā)四收探頭放置于樁底，使發(fā)射和接收換能器盡可能垂直樁底面，如圖4 所示。探頭放置好后，控制主機(jī)采集數(shù)據(jù)，完成當(dāng)次采集后，牽引探頭旋轉(zhuǎn)一定的方向后再次采集數(shù)據(jù)，重復(fù)多次采集直到各接收點(diǎn)方位均勻覆蓋樁底一周。將所有接收信號(hào)按接收點(diǎn)的方位順序排列生成探測(cè)聲吶應(yīng)力波剖面圖，并進(jìn)行綜合處理分析。

圖4 樁底聲吶法探測(cè)

2.4 樁底超聲成像法基本原理與探測(cè)方法

超聲波換能器被激發(fā)時(shí)，以一定的輻射角度呈錐體向下發(fā)射超聲波，超聲波在向下傳播過程中遇到巖溶、節(jié)理裂隙等不連續(xù)界面時(shí)發(fā)生反射、透射、折射現(xiàn)象，反射回的超聲波信號(hào)被換能器接收，透射的超聲波繼續(xù)向下傳播，對(duì)接收到的超聲信號(hào)進(jìn)行一定的處理可反映介質(zhì)結(jié)構(gòu)。

本文提出使用超聲相控陣換能器采集高密度超聲波全矩陣數(shù)據(jù)，使用全聚焦成像算法對(duì)介質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維高精度成像。使用M行N列的面陣相控陣換能器采集全矩陣數(shù)據(jù)，面陣中每個(gè)換能器具有發(fā)射和接收超聲信號(hào)的功能。采集過程［15］如圖5 所示，以8 × 8的64陣元換能器為例，每個(gè)陣元均是一個(gè)獨(dú)立的通道，可以單獨(dú)發(fā)射和接收超聲波信號(hào)，編號(hào)為E1—E64。

圖5 全矩陣采集與全聚焦成像原理

首先激發(fā)E1陣元發(fā)射超聲波，所有64個(gè)陣元同時(shí)接收信號(hào)，其中第j個(gè)陣元接收到的數(shù)據(jù)記為W（1，j）。然后依次按順序激發(fā)第i個(gè)陣元激發(fā)超聲波，并由所有陣元接收信號(hào)得到數(shù)據(jù)，最終得到全矩陣數(shù)據(jù)W（i，j），其中1 ≤i≤ 64，1 ≤j≤ 64。

對(duì)超聲全矩陣數(shù)據(jù)進(jìn)行三維聚焦成像，首先確定三維成像區(qū)域，然后根據(jù)分辨率劃分成像網(wǎng)格，利用全矩陣數(shù)據(jù)在成像范圍內(nèi)的每個(gè)成像點(diǎn)聚焦成像。成像點(diǎn)P的成像幅值（IP）計(jì)算式為

式中：Wi，j為第i個(gè)陣元S 發(fā)射，第j個(gè)陣元G 接收的單道記錄；tS，P，G為發(fā)射陣元S到成像點(diǎn)P再到接收陣元G的傳播時(shí)間之和。

對(duì)探測(cè)區(qū)域中所有成像點(diǎn)的成像值IP歸一化顯示即可得到探測(cè)區(qū)域的三維探測(cè)結(jié)果。

現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí)，將裝置放在孔口，使探頭中心與樁孔中心重合，勻速下放探頭至樁底。在采集終端設(shè)置發(fā)射電壓、頻率、掃描方式等參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。采集的數(shù)據(jù)傳回采集終端，實(shí)時(shí)計(jì)算樁底探測(cè)結(jié)果，通過成像切片初步顯示樁底巖溶發(fā)育情況。

3 樁底巖溶探測(cè)模型試驗(yàn)

3.1 模型設(shè)計(jì)與制作

為對(duì)比不同樁底巖溶探測(cè)方法對(duì)樁底10 m 范圍內(nèi)巖溶探測(cè)效果，設(shè)計(jì)大型混凝土模型，在灰?guī)r地層中澆筑，以模擬真實(shí)情況的邊界條件，如圖6（a）所示。選擇覆蓋層厚度1 m，基底為較完整灰?guī)r地層，使用旋挖鉆挖出直徑1.5 m、入巖深度11 m的鉆孔樁。

圖6 物理模型（單位：m）

制作了邊長(zhǎng)分別為0.1、0.3、0.6、0.9 m 的溶腔模型。將溶腔模型焊接固定在孔壁上，然后向模型樁內(nèi)澆筑C50 素混凝土，并使用振動(dòng)棒振搗密實(shí)。澆筑完成的混凝土模型中，溶腔的平面位置如圖6（b）所示，4個(gè)溶腔頂面深度分別為1、3、6、9 m。

3.2 地質(zhì)雷達(dá)法模型試驗(yàn)

使用無線頻率200 MHz地質(zhì)雷達(dá)在樁基巖溶模型中探測(cè)試驗(yàn)，沿樁周布置環(huán)形測(cè)線，采用點(diǎn)測(cè)的方式采集數(shù)據(jù)。清理樁底沉渣、采用人工方式移動(dòng)雷達(dá)天線進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，以正北為起點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)夾角30°。

數(shù)據(jù)經(jīng)濾波、去噪、增益后得到探測(cè)結(jié)果，見圖7。第1 道位置在3 m 溶腔上方，第5—第8 道位置在6、9 m 溶腔上方?？芍旱? 道在3 m 深度處出現(xiàn)明顯的低頻強(qiáng)反射。第5—第8 道在6 m 以下（圖中藍(lán)色虛線范圍）存在雙曲繞射形態(tài)的波形，雷達(dá)波形能量、相位出現(xiàn)明顯變化，圖中紅框處異常對(duì)應(yīng)兩個(gè)溶腔模型的深度與位置，但是無法有效區(qū)分兩個(gè)模型。

圖7 樁基巖溶模型地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)結(jié)果

3.3 瞬變電磁法模型試驗(yàn)

使用反磁通瞬變電磁設(shè)備在樁基巖溶模型中進(jìn)行探測(cè)試驗(yàn)，以環(huán)形測(cè)點(diǎn)水平采集方式和錐形測(cè)點(diǎn)傾斜采集方式進(jìn)行探測(cè)。以正北方向?yàn)槠鹗紲y(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)在樁中心以及沿樁周布置，樁周測(cè)點(diǎn)間隔30°。

使用瞬變電磁法探測(cè)樁底巖溶模型數(shù)據(jù)反演后展開的反演結(jié)果剖面見圖8。橫坐標(biāo)為角度，其中0°為開始方向（圖中PVC 管方向），360°為樁中心測(cè)點(diǎn)。

圖8 傾斜探測(cè)展開平面圖

由圖8（a）可知，在250°方位6 m 深度處出現(xiàn)明顯高阻異常。由圖8（b）可知，在50°方位6 m深度處出現(xiàn)明顯高阻異常。

環(huán)形測(cè)點(diǎn)平面測(cè)量方式更直觀，與實(shí)際位置相近，而錐形測(cè)點(diǎn)傾斜測(cè)量方式由于天線傾斜，測(cè)量結(jié)果與實(shí)際位置有180°的角度差，將探測(cè)結(jié)果的坐標(biāo)換算到以樁底中心為原點(diǎn)的三維空間進(jìn)行三維顯示，見圖9。

圖9 樁底瞬變電磁法模型試驗(yàn)三維探測(cè)結(jié)果

使用瞬變電磁法通過環(huán)形測(cè)點(diǎn)水平采集方式與錐形測(cè)點(diǎn)傾斜采集方式探測(cè)時(shí)，二者對(duì)6 m 及以下深度的探測(cè)結(jié)果具有較好的一致性，但是對(duì)淺部的探測(cè)結(jié)果存在一定差異。使用錐形測(cè)點(diǎn)傾斜采集方式能探測(cè)樁底更大的范圍，而且對(duì)淺部3 m 處的溶腔也有較好的反應(yīng)。

3.4 樁底聲吶法模型試驗(yàn)

使用樁底聲吶裝置在巖溶模型進(jìn)行探測(cè)試驗(yàn)，將一發(fā)四收探頭吊放至樁底，通過探頭自帶的姿態(tài)傳感器查看傾角和俯仰角，調(diào)整位置使裝置水平。裝置包含四個(gè)方位傳感器，調(diào)整探頭方位，使采集到的數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的角度均勻覆蓋樁底一周。

模型試驗(yàn)共采集數(shù)據(jù)4組，共16道，如圖10所示，1—16 道數(shù)據(jù)按方位從小到大排列，大致分布在360°范圍內(nèi)?？芍? m 深度范圍內(nèi)的波形穩(wěn)定，一致性好，該部分波形主要為震源激發(fā)后到達(dá)接收傳感器的直達(dá)波，直達(dá)波能量較強(qiáng)會(huì)掩蓋反射信號(hào)，產(chǎn)生約2 m 的盲區(qū)。1—5 道數(shù)據(jù)3 m 深度處出現(xiàn)波動(dòng)異常，對(duì)應(yīng)方位0°～ 90°，與3 m 深度溶腔模型對(duì)應(yīng)。在6 m深度處所有記錄道均存在明顯的反射信號(hào)，對(duì)應(yīng)6 m深處溶腔模型。對(duì)9 m 深度的溶腔，該方法沒有明顯的反應(yīng)。

圖10 樁底聲吶法探測(cè)剖面

3.5 超聲成像模型試驗(yàn)

將超聲相控陣換能器下放至模型樁正中心，如圖11 所示，使用主頻為40 kHz 雷克子波作為發(fā)射信號(hào)，采集超聲全矩陣數(shù)據(jù)，并使用全聚焦成像算法計(jì)算。

圖11 樁底巖溶模型超聲成像數(shù)據(jù)采集

探測(cè)結(jié)果見圖12。x、y方向切片圖以探頭中心為原點(diǎn)，x切片方位角185°，y切片方位角95°。

圖12 模型樁超聲成像探測(cè)結(jié)果

由圖12 可知：①1、3、6、9 m 深度處巖溶強(qiáng)反射異常，其中1 m 深度處異常對(duì)應(yīng)邊長(zhǎng)0.1 m 溶腔模型，由于反射面積太小，反射能量相對(duì)較弱。3、6 m 深度處反射能量團(tuán)對(duì)應(yīng)邊長(zhǎng)為0.3、0.6 m 的溶腔模型，在方位角為185°的x切片圖上，3 m 深度處巖溶異常偏左，6 m 深度處巖溶異常偏右，與模型的位置關(guān)系相對(duì)應(yīng)。9 m 深度反射能量團(tuán)對(duì)應(yīng)邊長(zhǎng)為0.9 m 的溶腔模型，由于該溶腔模型上部存在三個(gè)大小不一的空腔，超聲波在向下傳播過程中經(jīng)多次反射造成能量損耗，導(dǎo)致該溶腔對(duì)應(yīng)的反射能量較弱。②由三維成像可知，4 個(gè)溶腔模型的位置與探測(cè)結(jié)果中的強(qiáng)反射能量團(tuán)吻合較好。

3.6 大直徑樁底巖溶模型試驗(yàn)綜合分析

基于本次試驗(yàn)采用的方法和裝備，對(duì)探測(cè)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，地質(zhì)雷達(dá)法和瞬變電磁法探測(cè)過程中，需要人工移動(dòng)天線采集數(shù)據(jù)，實(shí)際操作難度較大、危險(xiǎn)系數(shù)高，無法適應(yīng)樁內(nèi)泥漿環(huán)境，僅適用于較淺的人工挖孔樁。

地質(zhì)雷達(dá)法探測(cè)最大有效深度5 ～ 8 m，盲區(qū)小于1 m，分辨率較高，不利于發(fā)現(xiàn)垂向串珠狀巖溶，探測(cè)成果形式為波形數(shù)據(jù)，通過人工經(jīng)驗(yàn)定性解譯，三維顯示困難。瞬變電磁法探測(cè)最大有效深度大于10 m，淺部盲區(qū)不大于3 m，分辨率較低，探測(cè)成果形式為電阻率，通過電阻率值進(jìn)行半定量解譯，可對(duì)探測(cè)成果三維成像。

樁底聲吶法和超聲成像法可以適應(yīng)泥漿環(huán)境，適用于絕大多數(shù)大直徑的樁基。在探測(cè)過程中，樁底聲吶法要均勻調(diào)整裝置方位，操作難度較大。探測(cè)最大有效深度小于9 m，盲區(qū)2 ～ 3 m，分辨率較高，探測(cè)成果形式為波形數(shù)據(jù)，通過人工經(jīng)驗(yàn)定性解譯，三維顯示困難。樁底超聲成像法裝置較小，探測(cè)過程中只需要把裝置下放到樁底即可，數(shù)據(jù)采集時(shí)不需要移動(dòng)裝置，可以一次性完成數(shù)據(jù)采集，操作難度小。超聲成像法探測(cè)最大有效深度為10 m，淺部盲區(qū)小于1 m，分辨率高，探測(cè)成果形式為超聲反射能量，通過反射能量幅值進(jìn)行半定量解譯，可對(duì)探測(cè)成果三維成像。

對(duì)4 種在大直徑樁底探測(cè)的方法從適應(yīng)環(huán)境、操作難度、探測(cè)深度、盲區(qū)、分辨率、解譯、三維成像等方面進(jìn)行定性比較，見表3。

表3 樁底巖溶探測(cè)方法特點(diǎn)

根據(jù)各種方法原理以及模型試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)了各種樁底巖溶探測(cè)方法的適用樁型與異常解釋原則，見表4。

表4 不同方法適用樁基類型及解釋原則

4 結(jié)語

本文從施工階段大直徑樁底巖溶探測(cè)環(huán)境與地球物理特征出發(fā)，提出了基于電磁波的瞬變電磁法和基于彈性波的超聲成像法，通過試驗(yàn)總結(jié)出不同探測(cè)方法特點(diǎn)與異常解釋原則。

瞬變電磁法采用環(huán)形測(cè)點(diǎn)或錐形測(cè)點(diǎn)方式采集數(shù)據(jù)，對(duì)反演結(jié)果三維展示，可以直觀地展示樁底巖溶空間發(fā)育形態(tài)，該方法探測(cè)深度大于10 m，但分辨率較低，盲區(qū)較大，對(duì)樁底環(huán)境要求高，適用于人工挖孔樁探測(cè)。

樁底超聲成像法基于相控陣超聲換能器采集高密度超聲數(shù)據(jù)進(jìn)行聚焦成像，可實(shí)現(xiàn)樁底10 m 范圍的地質(zhì)結(jié)構(gòu)三維成像，探測(cè)盲區(qū)小于1 m、精度優(yōu)于0.1 m。該方法操作簡(jiǎn)單，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的推廣與應(yīng)用價(jià)值。