井下電視在巖溶發育區嵌巖樁檢測中的應用

侯迎彬 張寧 張瑞鋒 丁帥

1. 中國電建集團河北省電力勘測設計研究院有限公司 河北 石家莊 050031；2. 河北太古工程檢測有限公司 河北 石家莊 050031

1 井下電視成像基本原理

井下電視是在樁身鉆芯法孔內，采用高精度、高清晰度和高分辨率的孔內攝像頭對整根樁或樁身局部缺陷進行拍攝，攝取孔壁結構圖像，觀察樁身有無彎曲，有無裂縫，裂縫的形態、間距、長度；樁底有無沉渣，沉渣的分布、厚度；樁底及持力層范圍內有無溶洞，溶洞位置、大小、形態、充填狀態等[1]。攝像頭通過帶有刻度標示的防水電纜與監視器相連，孔壁結構的狀態清晰顯示、儲存到地面上的監視器中，可識別樁身缺陷位置、形式及大小，據此分析樁身完整性并能準確定位缺陷位置。

井下電視主要由地面部分和井下部分組成。井下部分包括攝像頭和電纜，攝像頭由攝像機、LED燈、玻璃罩和錐形鏡組成。地面部分包括控制器、電腦、三腳架、絞車和深度計數器等。

井下電視的整個采集過程由圖像采集控制軟件系統完成，在LED光源的照射下，攝像頭采集孔壁圖像，并經電纜將圖像信息傳送至控制器和電腦，軟件系統把采集的圖像展開或合并記錄在電腦上。

井下電視對采集的孔壁信息形成兩種圖像資料。一種為360°展開圖，相當于把孔壁圖像攤開；另一種為數字巖芯圖像，它對孔壁圖像進行數字合成，類似于巖芯，可以自由旋轉，可以在任意角度來觀察巖芯。

2 常規檢測方法

根據樁位設計說明，擬建場地嵌巖樁檢測采用低應變、聲波透射法及鉆芯法等相結合的方式對樁身完整性、單樁豎向抗壓承載力、樁底沉渣厚度及樁端持力層進行檢測。

低應變法目前在樁身完整性檢測中使用最為普遍，但該方法具有一定的局限性，可能帶來檢測的不準確。例如，有效檢測長度有限，深部缺陷難以獲得，特別是裂縫缺陷；不能檢測豎向裂縫；若淺部存在較嚴重缺陷時，很難再發現其下部的第二缺陷，等間距缺陷時識別更難；不能明確缺陷的具體形式，例如灌注樁出現的縮頸與局部松散、夾泥、空洞等，只憑測試信號就很難區分。同時低應變檢測出的缺陷位置常有一定的誤差。

鉆心法是檢測灌注樁的成樁質量的一種有效手段，不受場地限制，特別適用于大直徑混凝土灌注樁的成樁質量檢測。主要用于檢測樁身混凝土質量情況；樁底沉渣厚度是否符合設計或規范要求；樁端持力層的巖土性質和厚度是否符合設計或規范要求；施工記錄樁長是否真實。為了獲取比較真實的芯樣，鉆芯法要求使用雙管單動鉆具鉆取芯樣，嚴禁采用單管單動鉆具，要求采用金剛石鉆頭，且鉆頭胎體不得有肉眼可見的裂紋、缺邊、少角喇叭形磨損。此外，還需要注意金剛石鉆頭、擴孔器與卡簧的配合和使用的細節。鉆至樁底時宜采取減壓、慢速鉆進、干鉆等適宜的方法和工藝，鉆取沉渣并測定沉渣厚度。

鉆芯法對鉆機機長和鉆具有較高的要求。首先要能取出樁底沉渣，設計要求樁底沉渣不超過5cm，而用鉆機取出5cm左右的軟弱夾層，并判斷是4cm還是6cm，這就要求鉆機機長具有非常高的技術經驗[2]；其次，在巖溶極強烈發育地段，持力層灰巖溶洞發育規模及形態不可預知，特別是如果抽芯鉆孔恰好位于某溶洞壁上，僅從巖芯判斷，機長與記錄員往往不認為揭穿的是溶洞，充其量將其當作溶隙對待，而忽略的溶洞的存在，最終釀成不可彌補的損失。特別是在市場經濟體制下，抽芯鉆鉆機工人的技術和責任心很難達到理想的效果。

相比之下井下電視孔內成像清楚直觀，可對缺陷做出定量分析，對缺陷位置做出準確測量，對缺陷形式做出準確描述，給設計帶來很大的方便；樁身有多道缺陷時可準確測出每道缺陷；可檢測樁身的豎向裂縫；不受樁長度的限制，可對深部樁身缺陷和樁端破損進行檢測。

3 工程實例

3.1 工程概況

云南某電廠擬建廠址地形起伏較大，屬剝蝕－溶蝕地貌，所在地段屬巖溶極強烈發育區，為殘峰坡地及巖溶盆地。地層巖性以三疊系灰巖為主，青灰色，微晶質結構，薄層－中厚層狀構造，巖層總體產狀：15°～45°∠9°～16°。上覆厚度不等的紅黏土，屬典型的喀斯特地貌。根據廠址的勘察報告，場地的平均遇洞率在30%左右，平均鉆孔線溶率在8.8%左右，屬巖溶強烈~極強烈發育地段。溶洞埋深一般在地面以下1～32m之間，洞高一般在0.2～15m之間。溶洞大部分由軟塑和流塑黏土充填，局部為砂土充填或無充填或半充填。地下水以巖溶水的形式賦存于巖溶洞穴或裂隙中，水量較豐富，混合水位埋深在一般在2.50m~6.00m之間。

根據地基處理方案，對于主廠房、鍋爐、煙筒、冷卻塔及煤棚等主要建構筑擬采用嵌巖樁方案，以下中等風化灰巖為持力層，樁徑1.0m，有效樁長不小于5.0m，且保證樁端全斷面進入基巖不小于0.7m，樁端下完整基巖不小于5.0m。樁端沉渣厚度不得超過5.0cm。

3.2 井下電視觀測分析

云南某電廠嵌巖樁在進行樁基檢測中，某樁1的鉆芯如圖1所示，井下電視揭示的樁端圖像如圖2所示。

圖1 樁1鉆芯圖

圖2 樁1 井下電視成像展開及卷芯圖（樁端段）

對樁1，從鉆芯上來說，此樁混凝土芯樣連續、完整，膠結較好，骨料分布均勻，斷口基本吻合，持力層巖芯呈柱狀，巖體較完整，屬中等風化灰巖，應判為Ⅰ類樁。但從井下電視揭露的孔內圖像顯示，該樁樁底沉渣控制較好，但樁端下1.0m范圍內的持力層存在洞高分別為16cm和20cm的兩個溶洞，此樁樁端一半位于溶洞之上，樁端持力層的性狀是否滿足設計要求需進行驗算。

樁2、樁3、樁4的井下電視成像如圖3所示。其中樁2樁底沉渣厚度超過40cm，直接采取了補樁措施。樁3樁底沉渣厚度約4cm，符合設計要求；樁4樁底無沉渣，質量完好。

圖3 樁2、樁3、樁4 井下電視成像展示（樁端段）

4 結束語

本文闡述了井下電視工作的基本原理，結合云南某電廠嵌巖樁的檢測，論證了井下電視在巖溶發育區樁基檢測中的適用性。通過研究得出了以下結論與認識[3]：①鉆芯法在樁基檢測中有著廣泛的應用，但在巖溶發育區嵌巖樁檢測中存在一些自身的不足，如樁底沉渣厚度難以準確測量，樁端持力層溶洞、破碎帶等難以準確判定，樁身裂縫容易漏判等。②利用井下電視成像技術可對樁身及樁端持力層的完整性、缺陷及沉渣等進行非常直觀清晰的了解，對評價樁身及樁端持力層具有良好的效果。③利用井下電視可對孔壁進行連續觀測，不會因為取芯不完整而造成地層缺失，對判定樁底沉渣厚度具有非常良好的效果。④井下電視作為樁基檢測的輔助手段，能夠彌補低應變及鉆芯法等常規檢測手段的一些不足之處，尤其是在巖溶發育區嵌巖樁的檢測中，具有良好的效果。⑤井下電視要求干孔或清水，這不僅會增加工期和成本，有時還很難達到。因此，需要研究在復雜環境下特別是水不太清時的有效測試手段。