孔內攝像技術在樁基持力層檢測中的應用研究

蘇紹鋒

（廣東省公路勘察規劃設計院股份有限公司，廣東廣州 510507）

孔內攝像技術在樁基持力層檢測中的應用研究

蘇紹鋒*

（廣東省公路勘察規劃設計院股份有限公司，廣東廣州 510507）

針對樁基樁底持力層檢測傳統的鉆孔抽芯方法的局限性，分析了孔內攝像技術的優點。在樁底持力層巖體較為破碎的情況下，采用孔內攝像技術能更直觀的判定。

樁基檢測；持力層；孔內攝像技術

1　概述

目前公路工程橋梁樁基樁底持力層的檢測主要依靠鉆探抽芯，由于受目前的鉆探抽芯工藝限制，在節理較為發育或風化不均的地層中，抽芯的巖芯保持的原狀性差，容易造成樁基持力層的誤判。

鉆孔孔內攝像技術能很好地解決鉆探巖芯原狀性差的問題。孔內攝像技術為通過對孔壁的影像拍攝收集，通過分析孔內攝像技術的成果照片，即可反映出基巖的完整性及風化程度，從而避免樁基持力層的誤判。

2　鉆孔電視工作原理［1］

鉆孔數字成像系統的基本原理是在井下設備中采用了一種特殊的反射棱鏡成像的CCD光學耦合器件將鉆孔孔壁圖像以360°全方位連續顯現出來，利用計算機來控制圖像的采集和圖像的處理，實現模—數之間的轉換。圖像處理系統自動地對孔壁圖像進行采集、展開、拼接、記錄并保存在計算機硬盤上，再以二維或三維的形式展示出來。亦即把從錐面反射鏡拍攝下來的環狀圖像轉換為孔壁展開圖或柱狀圖（見圖1）。

圖1　孔壁圖像變換示意圖

高清數字鉆孔電視系統，最適合用于鉆孔孔壁結構分析，分辨率可定制，垂直方向分辨率為0.1mm，方位角分辨率為5000pix/360°深度計數精度為0.1mm。 CCD像素數：400萬。精準的定位裝置是由一個二軸磁力計和加速度計組成的，這樣沿鉆孔方向地質體的微小變化也能被該套系統識別出來。而連續的孔壁數字圖像再經觀看并對照巖芯鑒定成果，即可確切查明孔內結構面位置、產狀、張開程度，充填物性狀或構造巖體特征及巖性等全方位的信息。

高清數字鉆孔電視系統由井上和井下2個部分組成（見圖2）。井上部分主要由計算機、控制器、絞車、腳架、井口滑輪、深度傳感器等硬件組成；井下部分為探管總成裝置，包括電視攝像機、光源、反射棱鏡、透光罩、三軸磁力計和加速度計以及調焦裝置等組成。井上和井下2個部分經傳輸電纜連接后進行通信。

圖2　鉆孔電視系統組成及工作原理

計算機圖像處理系統通過RS-232接口連接控制器采集電纜傳輸送上來的孔壁圖像信息，并對信息進行處理，自動識別、展開和拼接，通過顯示器顯示孔壁展開圖像和柱狀圖并記錄在計算機硬盤里。計算機上使用配套的看圖軟件即可以對已存入的圖像信息進行編輯解釋處理，生成照片圖像，即為孔內攝像的成果。

3　采用孔內攝像技術的要求

進行孔內攝像作業的前提是，利用鉆機成孔，且鉆孔的孔徑不能小于攝像探頭的直徑。鉆孔一般為垂直孔。鉆孔的斜率應控制在一定范圍內，斜率過大對攝像的效果直接產生影響。斜率的大小的一般根據孔深大小控制，孔深越大，鉆孔的斜率就應控制越小。

由于孔內攝像技術是通過攝像頭直接對孔壁的直接拍攝成像。因此孔內攝像技術對孔內環境要求較高，要求孔內無水或者孔內的水透明度高，且孔壁不能有附著物。

4　工程實例

南沙鳳凰二橋是鳳凰大道跨越上橫瀝水道，連接南沙經濟開發區黃閣鎮和龍穴島港區的城市主干道，是連通黃閣鎮、靈山鎮、橫瀝鎮與珠江管理區的重要通道，是構成環大南沙“中環路”的重要組成部分。

根據勘察資料，該橋墩的基巖為花崗巖，該橋墩范圍內發育小型斷層，巖芯破碎，風化不均［2］。設計要求選擇的持力層為中風化花崗巖。

4.1采用鉆探手段對樁基持力層的檢測分析

根據有關規范要求，對鳳凰二橋63號墩的10號樁布置了3個抽芯鉆孔進行抽芯檢測，根據抽芯鉆孔的巖芯，a孔的巖芯呈中粗砂狀，b孔的巖芯呈碎塊狀，塊徑一般為1～3cm。c孔的巖芯呈碎塊狀，塊徑約為3～5cm。因此可見，3個抽芯孔的樁底持力層中，c孔的持力層巖體較好，b孔次之，a孔的樁底持力層最差。

鑒于目前鉆探抽芯工藝水平，巖芯擾動大，部分的巖芯基本無法判定其風化程度及完整性（如a孔）。根據鉆探抽芯的巖芯難以判定該樁底持力層是否能滿足設計要求的中風化花崗巖。

4.2采用孔內攝像技術對樁基持力層的檢測分析

在鉆探抽芯的基礎上，對樁底持力層進行了孔內攝像方法的檢測。孔內攝像技術能直觀、直接、原始的反映出孔壁巖體的完整性、巖質的新鮮程度。根據孔內攝像的成果照片，a孔的巖體較為破碎，節理呈網狀發育，孔壁粗糙、凹凸不平，但巖質較為新鮮，巖石斷口呈銳角狀。可判斷為破碎的中風化巖。b孔及c孔的巖體完整性較a孔好，節理一般發育，巖質較為新鮮。見圖3、圖4。

圖3　鉆探巖芯照片

圖4　孔內攝像照片

根據孔內攝像技術的成果，63號墩的10號樁的持力層可判斷為中風化花崗巖，滿足設計要求。

4.3兩種技術應用的對比分析

受鉆探工藝的限制，傳統的鉆探取芯技術在節理較為發育的地層中，往往會巖芯采取率較低。根據所取得的巖芯難以判斷巖體的風化程度。其優點為傳統的鉆探取芯技術可以取得試驗樣品，可以進行巖體的強度試驗，得出巖體的抗壓強度。

孔內攝像技術則為直接、直觀的在原位觀察巖體節理的發育程度、巖體的完整程度及風化程度。可以測量出節理的產狀，張開程度及充填情況。如在b孔的樁底以下2.6m處，根據鉆孔抽芯知道其發育一組節理，節理面見大量褐黃色鐵錳質浸染，但無法測出其產值、張開程度及充填情況。根據孔內攝像的照片，能清晰地反映出節理的產狀：145°∠38°及張開程度約1cm，充填物為泥質。建議進行高壓注漿處理。見圖5、圖6。

由b孔的孔內攝像成果可以看出，孔內攝像技術在巖體的顏色發生變化，或巖體風化不均時其攝像效果更佳。

圖5　鉆探揭露的節理面

5　結語

在樁基持力層檢測工作中，在采取傳統鉆探取芯成孔的基礎上，再采用孔內攝像技術的使用，既能取得巖芯進行強度試驗，又能通過直接的觀察判斷巖體的完整性及節理裂隙的產狀及充填情況。綜合這兩種方法，能更準確地判斷樁底持力層是否滿足設計需要。

圖6　孔內攝像查明的節理面

［1］朱應驗，葉志勇.鉆孔電視在樁基檢測中的應用［J］.土工基礎，2010，24（2）：98-100.

［2］鳳凰二橋工程地質勘察報告［R］.廣東省公路勘察規劃設計院有限公司，2008.

TU473.16

A

1004-5716（2016）04-0176-03

2015-03-15

蘇紹鋒（1984-），男（漢族），廣西北流人，工程師，現從事巖土工程勘察設計工作。