地质雷达在可控压密注浆桩地基加固效果检测中的应用

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(1.湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司， 长沙 410007； 2.中南大学， 长沙 410083)

地质雷达在可控压密注浆桩地基加固效果检测中的应用

贺茉莉1，彭环云2

(1.湖南宏禹水利水电岩土工程有限公司， 长沙 410007； 2.中南大学， 长沙 410083)

可控压密注浆是在压密注浆的基础上发展起来的一种新型地基加固技术。本文采用地质雷达无损技术对神木县采兔沟水库泄洪洞可控压密注浆地基加固效果进行检测，发现：经过可控压密注浆处理的区域，注浆桩、砂土与桩—土界面的地质雷达图像存在明显的差别；同时，砂土密实程度、砂土疏松区的位置与范围均可在图中得到体现。因此，采用地质雷达对可控压密注浆桩处理的效果进行检验是可行的。

地质雷达检测； 可控压密注地基； 加固效果； 评价

可控压密注浆是在压密注浆的基础上发展起来的一种新型地基加固技术，其主要原理是用特制的高压泵将高弹塑性注浆材料通过注浆管压入到预定的土层中，浆料不断压密土体中的孔隙，并挤走土颗粒空隙中的水分和空气，形成圆柱形或葫芦形的均质固结体桩；同时浆料压密周边地基土，提高桩周边一定半径范围内地基土的承载力，从而形成一种新型桩基础及复合地基，减少地基沉降，提高地基承载力。

目前压密注浆效果检测方法以载荷板试验、标贯、轻便触探和静力触探为主, 但这些方法均存在试验成本高、周期长、检测样本数量少等问题。地质雷达技术是近年来广泛应用的无损检测技术，可根据地质雷达发射的电磁波在不同介质的交界面处发生反射的原理来探测物质的均匀性与缺陷的存在位置，具有评价速度快、无破损、成本低等优点。可控压密注浆处理后的地基具有界面明确、注浆处理前后土体密实程度差别大等特点，符合地质雷达使用范围。

神木县采兔沟水库泄洪洞可控压密注浆地基加固效果检测中采用了地质雷达技术，本文主要根据地质雷达技术检测结果，阐述其在可控压密注浆地基加固效果检测中的适用性，以在类似工程中推广。

1 采兔沟水库泄洪洞地基病害情况

采兔沟水库工程位于榆林市神木县锦界镇采兔沟村附近秃尾河中游干流上，主要由大坝、泄洪洞、引水管、工作桥与大坝监测等建筑物组成。大坝坝型为碾压式砂坝，泄洪洞采用圆拱直墙型断面，长167.35m，比降为1∶100，断面净宽2.80m、净高4.20m。底板厚1.00m、拱顶厚0.60m、侧墙厚0.60～1.00m，洞身每隔10m布设变形缝一道(共设置伸缩缝18条)。洞外壁采用土工布做反滤，每节洞端头加设截水环。泄洪洞主要地层为第四系砂层，砂土的天然干密度在1.53～1.58g/cm3之间，孔隙率在41%～45%之间。

2008年泄洪洞建成，2009年10月初步蓄水，蓄水深10m左右。2010年5月蓄水安全鉴定期间，发现泄洪洞洞基局部有渗水、漏水及漏水带沙现象。某些伸缩缝底部冒水、出现个别冒砂。泄洪洞右侧和底板渗水(涌水)严重，左侧也存在部分渗水点；洞体各伸缩缝均出现了变形和错位，坝轴线附近伸缩缝变形较大；洞身也发现有裂缝出现，几乎均为贯通裂缝。该泄洪洞存在较为严重的混凝土渗漏、裂缝等病害及基础疏松区问题，其主要原因是泄洪洞处于软基上，地基土在上部坝体荷载作用下产生了不均匀的沉降，泄洪洞地基最大沉降量达到160mm。在水库蓄水至正常蓄水位后，由于荷载的变化，将进一步加剧泄洪洞质量缺陷。

2 采兔沟水库泄洪洞可控压密注浆地基处理

为解决泄洪洞地基沉降问题，首先采用地质雷达查清泄洪洞洞身与基础砂层的密实程度及空洞缺陷的存在部位；然后对该泄洪洞底板地基与泄洪洞洞周分别进行可控压密注浆处理与充填注浆处理；处理完后，采用地质雷达对泄洪洞洞身与基础进行检测，以检验压密注浆处理效果。

根据泄洪洞检测结果，洞身混凝土检测强度值满足设计要求，但泄洪洞底部和侧墙外存在较多疏松区域，泄洪洞与放水塔之间存在不均匀沉降，伸缩缝处漏水及漏水涌沙，洞壁出现环向裂缝。原工程地质资料显示，泄洪洞洞底以下4.5～10.5m砂层结构松散，相对密度较低(为0.36～0.42左右)，洞底以下存在1～2m松疏区。为了提高泄洪洞基础的均匀性和承载力，减少泄洪洞基础一定范围内的沉陷变形，设计采用可控压密注浆对泄洪洞基础进行加固处理，形成复合地基。孔深8m，在每段洞底布置10个孔，分两排布置，横向孔间距为1.60m，距两侧壁0.60m；纵向间距为2m均布，除距2号伸缩缝钻孔为2m外，其余钻孔距两端1m，材料配合比为：水泥∶砂∶石屑∶膨润土∶水∶外加剂=100∶150∶250∶30∶58∶0.3，形成压密注浆桩径约0.40～0.70m。

3 采兔沟水库泄洪洞可控压密注浆地基处理效果检测

为满足探测精度要求，采用RIS K2型地质雷达对洞底地基注浆前后进行连续纵向扫描探测，采集数据，天线频率为600 MHz，测点距为0.10 m，探测有效深度为3m。当雷达天线沿所定测线紧贴混凝土表面向前移动，通过测距轮滚动触发高频电磁波，电磁波遇到电性不同分界面时，就会产生反射天线接收产生的信号；然后通过雷达转换卡将脉冲电信号转换成数字信号，并传送给雷达主机；最后经过一系列的滤波、去噪等处理，得到隐蔽部位的连续雷达剖面图。

地质雷达图像解释的基础是研究电磁波的传播特性，因此，主要是通过找寻反射界面来判断目的体的几何形状和物理特征。

3.1 可控压密注浆前泄洪洞底板地基扫描

可控压密注浆前对泄洪洞2～19号伸缩缝底板中线进行了纵向扫描，本文选取2-4号、6-7号伸缩缝扫描图像进行分析，缺陷存在位置典型扫描图像见下页图1。

图1 可控压密注浆前泄洪洞底板中线地质雷达扫描图像

由于地质雷达发射的电磁波在不同介质的交界面处会发生反射，也就是在介电常数发生变化的地方会发生反射，所以在地质雷达剖面图上就会形成图像颜色与形状的变化。从图1可以看出，泄洪洞底板2～7号伸缩缝测试区域在钢筋混凝土层—第四系砂层分界面上形成了较强的反射波，钢筋混凝土层厚度约97cm左右，横向钢筋平均间距为20cm，钢筋保护层厚度为8～15cm。下部砂土层内未见明显分层现象。泄洪洞底板自上而下的介质结构为：钢筋混凝土层、第四系砂层。2～7号截水环与伸缩缝的间距为10m。

泄洪洞底板1m以下砂层地基中电磁波反射强度不均匀，存在大量不连续的异常区域，表明底板地基密实程度不均，出现局部疏松区。

疏松区主要分布于深度1.00～1.70m之间，局部有更深的点状疏松区，某些部位存在水流淘空裂隙区。其中：2～3号缝之间存在深度范围为1.00～2.50m的连续相对疏松区，基本贯通该节洞身长度；3～4号缝之间存在深度范围为1.10～1.60m的局部相对疏松区，底部存在深度范围为2.05～2.85m的局部相对疏松区；6～7号缝之间靠近7号缝2m长度范围内存在深度范围为1.40～3.50m的局部相对疏松区。这些区域砂层不密实，且内部含水率较高，但存在空洞的可能性较小。

综上所述，采用地质雷达可以探测出泄洪洞底板下地基土的密实程度，并可以精确地探明砂土疏松区的位置与范围，为地基处理设计参数的确定提供有益的资料。

3.2 可控压密注浆后泄洪洞底板地基扫描

可控压密注浆后对泄洪洞2～19号伸缩缝底板中线进行了纵向扫描，本文同样选取2～4号、6～7号伸缩缝扫描图像进行分析，典型扫描图像如图2所示。

图2 可控压密注浆后泄洪洞底板中线地质雷达扫描图像

a.从雷达剖面图可见明显的竖条状电磁波反射均匀区，即可控压密注浆桩体。在可控压密注浆桩与砂土交界处，电磁波强度有明显差异，沿桩身竖向可见明显界面。注浆桩内电磁波反射均匀，砂土层明显可见桩柱扩散体及挤密现象。

b.在砂土层可控压密注浆加固范围内，泄洪洞6～7号伸缩缝底板1m以下砂层地基中电磁波反射强度基本均匀，表明砂土地基密实，原疏松区在注浆后基本消失，注浆效果良好。

c.2～3号缝之间在深度范围为1～2.50m的连续相对疏松区得到改善，相对疏松区地层变得较均匀，但并没有完全消失，在1～1.50m局部范围内仍存在相对较弱的反射；3～4号缝之间在深度范围为1.10～1.60m的局部相对疏松区得到改善，底部在深度范围为2.05～2.85m的局部相对疏松区得到改善。

3.3 泄洪洞底板地基加固处理效果地质雷达检测结果评价

通过上述分析可知，经过可控压密注浆处理的区域和未经过可控压密注浆处理的区域，在雷达图像上有一定差别。

a.未进行可控压密注浆处理的区域，砂土层电磁波反射强度比较杂乱，存在大量相对疏松区；经过处理的区域，砂土层电磁波反射强度比较均匀，砂层内没有明显的分层反应，土层密实性也比较好。

b.可控压密注浆桩体因桩体均匀、致密，强度较高，其电磁波反射图像与周围砂土层有明显差异，沿桩身竖向可以看到明显的桩—土界面。

c.桩体内部与砂土层内地质雷达图像有效地反映了注浆效果的好坏，注浆前后地质雷达检测图像反映地基加固质量达到了设计要求。

4 结 论

地质雷达无损检测技术，可根据地质雷达发射的电磁波在不同介质的交界面处发生反射的原理，来探测物质均匀性与缺陷的存在位置。经过可控压密注浆处理的区域，由于存在桩、砂土等不同介质与桩—土界面对地质雷达电磁波的反射能力不同，其地质雷达图像存在明显的差别。本工程应用表明，采用地质雷达进行可控压密注浆效果检测, 具有无损、快速、形象直观、操作方便与检测范围广等优点, 可以在类似工程中进一步实践和推广。

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ApplicationofGeologicalRadarintheTestofControlledCompactionGroutingPileGroundStabilizationEffect

HE Mo-li1, PENG Huan-yun2

(1.Hunan Hong Yu Water Resources and Hydropower Geotechnical Engineering Ltd., Changsha 410007, China;2.Central South University, Changsha 410083, China)

The controlled compaction grouting is a new ground reinforcement technique on the basis of compaction grouting. In this paper, the geological radar non-destructive technique is applied to test the controlled compaction grouting ground stabilization effect in the flood discharging tunnel of Shenmu County Caitugou Reservoir. It is found that there is a significant difference in the geological radar images of grouting piles, sandy soil and pile-soil interface in the area processed by the controlled compaction grouting. Meanwhile, sandy soil compaction rate, position and scope of sandy soil loosening area are reflected on the images. Thus, it is practicable to test the processing effect on the controlled compaction grouting piles by geological radar.

geological radar detection; controlled compaction grouting foundation; reinforcement effect; evaluation

TV53

A

1005-4774(2014)11-0052-04