井下电视在岩溶发育区嵌岩桩检测中的应用

侯迎彬 张宁 张瑞锋 丁帅

1. 中国电建集团河北省电力勘测设计研究院有限公司 河北 石家庄 050031；2. 河北太古工程检测有限公司 河北 石家庄 050031

1 井下电视成像基本原理

井下电视是在桩身钻芯法孔内，采用高精度、高清晰度和高分辨率的孔内摄像头对整根桩或桩身局部缺陷进行拍摄，摄取孔壁结构图像，观察桩身有无弯曲，有无裂缝，裂缝的形态、间距、长度；桩底有无沉渣，沉渣的分布、厚度；桩底及持力层范围内有无溶洞，溶洞位置、大小、形态、充填状态等[1]。摄像头通过带有刻度标示的防水电缆与监视器相连，孔壁结构的状态清晰显示、储存到地面上的监视器中，可识别桩身缺陷位置、形式及大小，据此分析桩身完整性并能准确定位缺陷位置。

井下电视主要由地面部分和井下部分组成。井下部分包括摄像头和电缆，摄像头由摄像机、LED灯、玻璃罩和锥形镜组成。地面部分包括控制器、电脑、三脚架、绞车和深度计数器等。

井下电视的整个采集过程由图像采集控制软件系统完成，在LED光源的照射下，摄像头采集孔壁图像，并经电缆将图像信息传送至控制器和电脑，软件系统把采集的图像展开或合并记录在电脑上。

井下电视对采集的孔壁信息形成两种图像资料。一种为360°展开图，相当于把孔壁图像摊开；另一种为数字岩芯图像，它对孔壁图像进行数字合成，类似于岩芯，可以自由旋转，可以在任意角度来观察岩芯。

2 常规检测方法

根据桩位设计说明，拟建场地嵌岩桩检测采用低应变、声波透射法及钻芯法等相结合的方式对桩身完整性、单桩竖向抗压承载力、桩底沉渣厚度及桩端持力层进行检测。

低应变法目前在桩身完整性检测中使用最为普遍，但该方法具有一定的局限性，可能带来检测的不准确。例如，有效检测长度有限，深部缺陷难以获得，特别是裂缝缺陷；不能检测竖向裂缝；若浅部存在较严重缺陷时，很难再发现其下部的第二缺陷，等间距缺陷时识别更难；不能明确缺陷的具体形式，例如灌注桩出现的缩颈与局部松散、夹泥、空洞等，只凭测试信号就很难区分。同时低应变检测出的缺陷位置常有一定的误差。

钻心法是检测灌注桩的成桩质量的一种有效手段，不受场地限制，特别适用于大直径混凝土灌注桩的成桩质量检测。主要用于检测桩身混凝土质量情况；桩底沉渣厚度是否符合设计或规范要求；桩端持力层的岩土性质和厚度是否符合设计或规范要求；施工记录桩长是否真实。为了获取比较真实的芯样，钻芯法要求使用双管单动钻具钻取芯样，严禁采用单管单动钻具，要求采用金刚石钻头，且钻头胎体不得有肉眼可见的裂纹、缺边、少角喇叭形磨损。此外，还需要注意金刚石钻头、扩孔器与卡簧的配合和使用的细节。钻至桩底时宜采取减压、慢速钻进、干钻等适宜的方法和工艺，钻取沉渣并测定沉渣厚度。

钻芯法对钻机机长和钻具有较高的要求。首先要能取出桩底沉渣，设计要求桩底沉渣不超过5cm，而用钻机取出5cm左右的软弱夹层，并判断是4cm还是6cm，这就要求钻机机长具有非常高的技术经验[2]；其次，在岩溶极强烈发育地段，持力层灰岩溶洞发育规模及形态不可预知，特别是如果抽芯钻孔恰好位于某溶洞壁上，仅从岩芯判断，机长与记录员往往不认为揭穿的是溶洞，充其量将其当作溶隙对待，而忽略的溶洞的存在，最终酿成不可弥补的损失。特别是在市场经济体制下，抽芯钻钻机工人的技术和责任心很难达到理想的效果。

相比之下井下电视孔内成像清楚直观，可对缺陷做出定量分析，对缺陷位置做出准确测量，对缺陷形式做出准确描述，给设计带来很大的方便；桩身有多道缺陷时可准确测出每道缺陷；可检测桩身的竖向裂缝；不受桩长度的限制，可对深部桩身缺陷和桩端破损进行检测。

3 工程实例

3.1 工程概况

云南某电厂拟建厂址地形起伏较大，属剥蚀－溶蚀地貌，所在地段属岩溶极强烈发育区，为残峰坡地及岩溶盆地。地层岩性以三叠系灰岩为主，青灰色，微晶质结构，薄层－中厚层状构造，岩层总体产状：15°～45°∠9°～16°。上覆厚度不等的红黏土，属典型的喀斯特地貌。根据厂址的勘察报告，场地的平均遇洞率在30%左右，平均钻孔线溶率在8.8%左右，属岩溶强烈~极强烈发育地段。溶洞埋深一般在地面以下1～32m之间，洞高一般在0.2～15m之间。溶洞大部分由软塑和流塑黏土充填，局部为砂土充填或无充填或半充填。地下水以岩溶水的形式赋存于岩溶洞穴或裂隙中，水量较丰富，混合水位埋深在一般在2.50m~6.00m之间。

根据地基处理方案，对于主厂房、锅炉、烟筒、冷却塔及煤棚等主要建构筑拟采用嵌岩桩方案，以下中等风化灰岩为持力层，桩径1.0m，有效桩长不小于5.0m，且保证桩端全断面进入基岩不小于0.7m，桩端下完整基岩不小于5.0m。桩端沉渣厚度不得超过5.0cm。

3.2 井下电视观测分析

云南某电厂嵌岩桩在进行桩基检测中，某桩1的钻芯如图1所示，井下电视揭示的桩端图像如图2所示。

图1 桩1钻芯图

图2 桩1 井下电视成像展开及卷芯图（桩端段）

对桩1，从钻芯上来说，此桩混凝土芯样连续、完整，胶结较好，骨料分布均匀，断口基本吻合，持力层岩芯呈柱状，岩体较完整，属中等风化灰岩，应判为Ⅰ类桩。但从井下电视揭露的孔内图像显示，该桩桩底沉渣控制较好，但桩端下1.0m范围内的持力层存在洞高分别为16cm和20cm的两个溶洞，此桩桩端一半位于溶洞之上，桩端持力层的性状是否满足设计要求需进行验算。

桩2、桩3、桩4的井下电视成像如图3所示。其中桩2桩底沉渣厚度超过40cm，直接采取了补桩措施。桩3桩底沉渣厚度约4cm，符合设计要求；桩4桩底无沉渣，质量完好。

图3 桩2、桩3、桩4 井下电视成像展示（桩端段）

4 结束语

本文阐述了井下电视工作的基本原理，结合云南某电厂嵌岩桩的检测，论证了井下电视在岩溶发育区桩基检测中的适用性。通过研究得出了以下结论与认识[3]：①钻芯法在桩基检测中有着广泛的应用，但在岩溶发育区嵌岩桩检测中存在一些自身的不足，如桩底沉渣厚度难以准确测量，桩端持力层溶洞、破碎带等难以准确判定，桩身裂缝容易漏判等。②利用井下电视成像技术可对桩身及桩端持力层的完整性、缺陷及沉渣等进行非常直观清晰的了解，对评价桩身及桩端持力层具有良好的效果。③利用井下电视可对孔壁进行连续观测，不会因为取芯不完整而造成地层缺失，对判定桩底沉渣厚度具有非常良好的效果。④井下电视作为桩基检测的辅助手段，能够弥补低应变及钻芯法等常规检测手段的一些不足之处，尤其是在岩溶发育区嵌岩桩的检测中，具有良好的效果。⑤井下电视要求干孔或清水，这不仅会增加工期和成本，有时还很难达到。因此，需要研究在复杂环境下特别是水不太清时的有效测试手段。