钻孔与管波相结合分析岩溶发育的方法研究.pdf

第6 期（总第2 90 期）2023年6 月D0I:10.16799/ki.csdqyfh.2023.06.072城市道桥与防洪URBAN ROADS BRIDGES&FLOOD CONTROL相关专业钻孔与管波相结合分析岩溶发育的方法研究赵旭光1,王博2（1.广州市市政工程设计研究总院有限公司，广东广州5 1 0 0 6 0；2.机械工业勘察设计研究院有限公司，陕西西安7 1 0 0 43）摘要：岩溶在我国发育广泛，且发育无规律性，特征极其复杂。在各类工程建设过程中，很难通过传统钻探手段查明岩溶发育情况，无法给出准确客观的岩溶发育范围。通过工程实例，综合钻孔资料与管波探测结果，将钻孔资料分析后岩溶的发育范围与钻孔资料结合管波探测成果分析后岩溶的发育范围进行对比分析，发现单一根据钻孔分析岩溶发育与钻孔结合管波分析岩溶发育两者确定的岩溶发育范围上有较大差异。通过具体分析，为岩溶发育判断提供一个新思路，进而为这类地区的相关设计、施工等提供更准确的工程地质依据。关键词：地质钻孔、管波探测、岩溶发育范围中图分类号：U412.2文献标志码：B文章编号：1 0 0 9-7 7 1 6(2 0 2 3)0 6-0 2 8 4-0 3按传播空间划分为体波和面波，体波包括横波和纵0 引 言波，体波在无限空间中传播；面波包括瑞利波和勒夫随着我国城市建设的快速发展，为缓解日益拥波，面波在波阻抗的界面附近传播1 9-1 0 1。在充满液体的堵的城市交通状况，给市民提供便捷的交通环境，城钻孔与周围地层之间形成一个明显的波阻抗，当波传市内修建了大量的立交桥、跨线桥等桥梁工程，桥梁播至该界面时就像一个新的“震源”，激发了沿钻孔轴工程的建设，产生了大量的桩基工程，由于现代城市方向传播的波，称为管波。管波探测是一种有效、精桥梁工程往往规模较大，故桩基础多为大直径桩,查确、能快速查明以钻孔为中心一定范围内岩溶、基岩明桩基持力层是保证桥梁设计施工的前提，因此桩裂隙带或断桩等不良情况分布的方法，弥补了勘察钻基稳定持力层的确定对设计和施工尤为重要，也是孔一桩一钻的不足,与之形成互补 2-1 3 。管波探测法保证桩基质量的前提和基础。的应用为设计、施工定桩长提供更加全面、可靠的地对于岩溶发育地区,溶洞大小不一、形状千变万质依据。因此，本文以广州市花都区某道路桥梁工程化，溶洞分布无规则，这样复杂的地质情况下，常规为研究对象，通过将钻孔资料与管波探测结果相结合大直径桩基采用一桩一钻的传统钻探手段往往无法分析的方法，对岩溶范围进行了更准确的判定。完全反映桩径范围内持力层的情况，桩位溶洞的发1工程简介育对冲桩施工带来困难，过程中经常发生塌孔、偏孔、卡锤、漏浆等情况，严重时甚至会引起地面沉降。因此，准确探明溶洞的分布对于选择桩端持力层具有重要意义 2 。目前，广泛使用的岩溶物探方法有瞬变电磁法、跨孔CT法、单孔声波法、地质雷达法、管波探测法 3-8 等。管波探测法在诸多物探方法中应用较为广泛且简便，勘察过程中找到溶洞范围尤为重要，管波探测法的优势在于以钻孔中心为轴心，其有限半径范围恰好能覆盖桥梁桩基尺寸范围，这种优势在探测桩径范围内基岩溶洞上尤为明显，也是目前应用最广之处 9。根据弹性波理论，在弹性介质中传播的震动收稿日期：2 0 2 2-0 7-0 5作者简介：赵旭光（1 98 5 一），男，工学硕士，高级工程师，注册岩土工程师，从事勘察设计工作。本文以广州市花都区某道路桥梁工程为例，桥梁工程桩径主要为=1.2 m、1.5 m、1.8 m，均为大直径桩基,勘察方案采用一桩一孔进行钻探施工。由于该处岩溶发育，钻探过程中揭露较多溶洞，且岩面起伏较大，溶洞发育没有规律性，经统计该范围内溶洞见洞率达6 2.5%，实际见洞率大于45%，根据岩溶地区建筑地基基础技术规范（DBJ/T15-1362018）,该工程为为岩溶强烈发育。查明桩基范围内岩溶发育情况是本工程勘察的关键。2勘察资料本工程于详勘阶段完成0 轴钻孔Z1、Z 3,桩径均为1.5 0 m。由于设计方案调整，钻孔Z1、Z 3 偏离桩2842023年第6 期赵旭光，等：钻孔与管波相结合分析岩溶发育的方法研究城市道桥与防洪位，重新对调整后桩位进行钻探，完成钻孔Z1(B)与层底层底分层柱状图地层Z3(B),其中钻孔Z1(B)位于Z1东北侧0.99m，钻高程/深度/厚度/1:250mm孔Z3(B)位于Z3东北侧1.0 9m。钻孔孔口标高均在-10.4419.605.109.109.20之间，该区域典型的地质剖面详见图1，钻孔位置关系详见图2。本文详细分析了钻孔资料及管波探测解译结果，以便判断该位置的岩溶发育范围。20-2.1020.20-5.9016.409.10013.20)10-12.0010.3015.2071%19.80（2.5 0 164.0ML-26.80-4.50图1 该区域典型地质剖面简图Z1(B)NZ1Z1、Z 1(B)钻孔间距0.99mZ1、Z 3 钻孔间距3.7 5 mZ3(B)Z3Z3、Z 3(B)钻孔间距1.0 9mZ1(B)、Z 3(B)钻孔间距3.8 0 m图2 钻孔位置关系3根据钻孔结果分析岩溶发育范围根据位置关系,将Z1对应Z1(B）、Z 3 对应Z3(B)进行对比分析，钻孔溶洞发育对比结果详见表1，钻孔柱状图详见图3。表1 钻孔溶洞发育情况对比钻孔编号Z1岩面标高/m-10.44-11.26是否揭示溶洞否溶洞发溶洞顶板标高/m育情况溶洞高/m根据表1 及图3，可初步推测分析钻孔及钻孔之间溶洞发育情况，具体分析结果如下：（1)Z 1（B）、Z 3 各自揭露溶洞，其他位置无溶洞发育；(2)Z1、Z 1(B）钻孔中心间距0.99m，两钻孔距离较近，岩面标高相差0.8 2 m，如将Z1钻孔继续加深，推测在标高-2 1.3 4-2 2.0 0 m范围内遇溶洞的可能性较大；（3)Z 1、Z 1(B）、Z 3、Z 3(B)四孔整体分析,根据钻孔揭露溶洞情况，推测Z1、Z 1（B）、Z 3 间为岩溶发育高程/层底深度层底厚度/分层柱状图地层名称mm-11.26非岩层20.9630.10-21.4630.60微风化石灰岩2.0020.30)2.5019.78=6.0016.284-1.9014.30=9.0013.30016.70(5.60)CO21.00.30-L28.20(-5.90)1:250m20.402.109.700.50-21.3430.50Z1钻孔柱状图层底层底分层柱状图地层高程/深度厚度/1:250COmGO20C.OTL27.90(-5.62)Z1(B)Z3-9.73是是-20.96-16.430.52.7名称非岩层微风化石灰岩溶洞微风化石灰岩10.9031.3640.50Z1(B)钻孔柱状图高程/层底层底分层柱状图地层名称深度/厚度1:250mm-9.7318.9010.10-16.4325.60-17.6326.80-19.13-18.4327.6028.3029.3338.5010.20Z3钻孔柱状图图3 钻孔柱状图（该柱状图仅保留了岩层部分）范围。将以上三点分析简化为图4。Z1(B)Z1Z3(B)Z3(B)Z3-9.05第（1）种情况分析示意图Z1(B)Z1Z3(B)Z3第（3）种情况分析示意图图4推测钻孔及钻孔间溶洞发育图4钻孔结合管波测试结果分析岩溶发育范围管波探测法的原理是在充填液体的孔内用发射2859.90mm非岩层-9.05微风化石灰岩6.701.200.700.80名称18.101.10溶洞微风华石灰岩溶洞微风化石灰岩-24.4433.50-27.3536.402.90Z3(B)钻孔柱状图Z1(B)Z1Z3(B)Z3第（2）种情况分析示意图实际揭露溶洞范围推测溶洞范围图例非岩层微风化石灰岩22.9432.0013.901.50￥中风华石灰岩丫微风化石灰岩城市道桥与防洪探头发射信号，产生沿钻孔轴向传播的管波，判定孔旁岩溶裂隙和软弱夹层等所处位置。实测资料表明，管波的探测范围为管波的半波长，即以钻孔中心为轴心，半波长为半径的圆柱状区域，半径约1 m左右，探测结果没有指向性 1 4-1 5 。本工程在钻孔Z1(B）、Z 3(B)进行了管波探测，管波探测解释成果详见图5。层底/m层厚柱状图时间/ms深度标高m1:2000.05.0钻孔Z1(B）管波解译成果【层底/层厚柱状图时间/ms深度标高/1:2009.05.0钻孔Z3（B）管波解译成果图5 管波探测解译成果成图钻孔Z1(B)管波探测结果显示，在标高-2 1.1 6-21.66m为溶洞，其他位置未探测到有溶洞，与钻孔Z1(B)钻探结果基本相符,由于钻孔Z1与Z1(B)间距为0.99m，管波探测范围为半径1 m，由此判断钻孔Z1在管波探测范围内不存在溶洞，因此根据钻孔资料推测的Z1在标高-2 1.3 4-2 2.0 0 m范围内遇溶洞的可能性较大的结论不准确。钻孔Z3(B)管波探测结果显示，在标高-1 4.9 4-18.44m为溶洞,Z3(B)钻孔未揭露溶洞，但距离钻孔Z3（B)1.0 9 m 的Z3在标高-1 6.43 -1 9.1 3 m揭露溶洞，与钻孔Z3(B)管波资料相差不大。由此推测，钻孔Z3(B)在-1 4.0 0 -2 0.0 0 范围大概率为半边溶蚀，该半边溶蚀与钻孔Z3所揭露的溶洞可能存在联通。综上分析，根据钻孔资料结合管波探测资料，重新推测分析该范围的溶洞分布，具体详见图6 中结合管波探测推测钻孔间溶洞关系图。赵旭光，等：钻孔与管波相结合分析岩溶发育的方法研究Z1Z3(B)Z3解释描述10.0钢套管屏蔽段20.420.411.2630.321.169.930.821.66:0.510.016.7-7.6424.014.947.325.016.041.126.317.241.227.518.441.229.1|20.04|1.62023年第6 期Z1(B)Z1(B)Z1Z3(B)Z3图4第（3）种情况分析示意图结合管波推测钻孔间溶洞关系图6 钻孔分析岩溶发育与钻孔结合管波分析岩溶发育结果对比5结论完整基岩段本文主要探讨了钻孔范围内的岩溶发育情况，岩溶发育段一是根据钻孔资料分析岩溶发育范围，二是根据钻孔资料结合管波探测解译成果分析岩溶发育范围。完整基岩段对比两者所得出的结论，岩溶发育范围存在较大差异，具体详见图4、图6,较直观的反映了两种分析方解释描述法所得结论的差异，钻孔资料结合管波探测的方法16.7王层完整基岩段岩溶发育段溶蚀裂隙发育段岩溶发育段节理裂隙发育段更能反映出实际岩溶发育范围的情况。分析差异原因，主要在于钻孔资料仅能反映孔径范围内的岩层实际情况，单纯根据钻孔资料分析，工程经验或主观意识起到了决定性作用，存在一定的判断偏差。管波探测的应用，在钻孔的基础上增加了较大的探测范围,从而更准确的了解孔径范围外的岩层情况,能更精准的判断岩溶的发育范围，为设计施工提供准确的工程地质依据。参考文献：1石振明，沈丹，彭铭，等.岩溶地区桩基施工溶洞处理技术以吉安永和大桥桩基施工为例 J.工程地质学报，2 0 1，2 3（6):1 1 6 0-1167.2李容.跨孔CT法在岩溶区某大桥勘察中的应用 J.路基工程,2 0 1 8(S1):141-144.3晏军.岩溶隧道超前地质预报几种主要物探方法的选择与实践 J.隧道建设（中英文），2 0 2 0,40（S1)：3 2 7-3 3 6.4俞仁泉，赵鹏辉,廖顺.跨孔电阻率CT法在岩溶精确勘探中的应用研究 J.灾害学,2 0 1 9,3 4(S1):142-145.5胡富彭，欧元超，付茂如.不同充填介质下的溶洞跨孔电阻率CT探查数值模拟 J.中国岩溶，2 0 1 9,3 8（5)：7 6 6-7 7 3.6麦瑞浩.单孔声波测井与跨孔CT成像在岩溶地区地质勘探中的应用 J.中南公路工程,2 0 0 4(2)：1 41-1 44.7周华贵，何一韬.海底岩溶盾构隧道勘察、设计及岩溶处理关键技术研究以大连地铁5 号线火梭区间海底隧道为例 J.隧道建设（中英文）,2 0 1 8,3 8(1 1)：1 8 3 0-1 8 3 5.8吴东升.岩溶强烈发育地区桥梁桩基础的勘察和设计 .公路,2 0 1 9,64(12):113-117.(下转第2 9 1 页）2862023年第6 期李雪洋：SMW工法桩在超深基坑中的适用性研究城市道桥与防洪表2 支撑轴力对比支撑轴力基坑编号现场监测数据第一道混凝土支撑4091739第二道钢支撑358762第三道钢支撑6581345第四道钢支撑5451183钢支撑监测数据最大值与理论值差异的原因分析：设计时，钢支撑预加轴力按支撑轴力的7 0%进行预加，导致理论计算值偏大。实际现场施工时，支撑预加轴力未施加至设计值，导致基坑开挖时，轴力监测数据偏小。4结语本文以苏州某基坑工程为案例，通过理论计算单位：kN理论设计值015833112851 2002.66110502364分析SMW工法桩的变形等规律,并结合现场施工监测数据进行验证，得到以下结论：(1)SMW工法桩可作为深度1 5 m左右基坑的围护结构，且在工期、环保、经济性上具有明显优势。(2)15m基坑深度下，钢材承载力满足性能要求且有较大富余量。可通过减小支撑竖向距离，增加支撑层数，可控制基坑变形。(3)随着基坑深度的增加，侧向水土压力逐渐加大。钢材与水泥土、水泥土最薄弱位置的抗剪，是关系到基坑安全的重要因素。通过增加SMW工法桩无侧限抗压强度，可提高基坑安全系数。参考文献：1JGJ/T1992010,型钢水泥土搅拌墙技术规程 S.2JGJ1202012,建筑基坑支护技术规程 S.（上接第2 8 6 页）9彭功勋,赵旭光，张陆军.管波探测法在广州西北部复杂岩体桩基勘察中的应用 J.广东土木与建筑，2 0 1 8,2 5（1 1)：5-9,1 6.10单娜林.工程地震勘探 M.北京：冶金出版社，2 0 0 6.11李学文,郭金根,饶其荣.桩位溶洞探测新技术一管波探测法 J.工程地球物理学报，2 0 0 5,2（2）：1 2 9-1 3 312李望明，吴述来，易强，等.利用管波信息进行定量解释的方法 J物探与化探,2 0 1 7,41(2）：3 1 1-3 1 5.13 马锦国.地震勘探在桩底岩溶探测的效果分析 J.工程地球物理学报,2 0 1 9,1 6(2):1 6 8-1 7 3.14刘春生，石振明，刘鎏，等.复杂岩溶地区桩位岩溶探测方法研究综述 CJ/第十五届全国工程物探与岩石工程测试学术文会论文集,2 0 1 7:7-3.15林少忠.管波探测法在英德市北江三桥岩溶勘察中的应用 .西南公路,2 0 1 3(2）：2 1 9-2 2 2.291underground complex.Its total construction area is about 1.8 million square meters,which is a shallowburied box-type reinforced concrete structural system.The critical design of this project is to treat thelarge-span irregular section for the combination and separation locations of road flow.Therewith,thecalculation and analysis of the multi-ribbed box section structure are proposed to prove the rationality,reliability and safety of using this design method,which can be referred for the design of the similarprojects.Keywords:urban underground spatial complex;structural design;oversized span;irregular sectionStudy on Method of Analyzing Karst Development by Combining Borehole and Tube Wave Detection:ZHAOXuguang,WANGBo(284)Abstract:Karst is widely developed in China,and its development is irregular and characteristics areextremely complex.In the construction process of various projects,it is difficult to identify thedevelopment of karst through the traditional drilling methods,and the scope of karst development cannotbe accurately determined.The borehole data and results of tube wave detection are synthesized through anengineering example,and the karst development range analyzed by the borehole data is analyzed andcompared with that obtained by combining the borehole data and the tube wave detection.The resultsshow that there are great differences in the range of karst development determined by the two methods.The analysis and research can provide a new idea for judging the karst development,and also providemore accurate engineering geological basis for the relevant design and construction of such areas.Keywords:geological borehole;tube wave detection;karst development rangeResearch on Applicability of SMW Construction Pile in Ultra-deep Foundation PitsAbstract:The SMW construction pile is generally used as the supporting structure for the foundation pitwith a depth of less than 11 m.It has the characteristics of short construction period,no pollution,lownoise and recyclable.In order to study the applicability of this construction method in ultra-deepfoundation pits,taking a foundation pit project(foundation pit depth of 15 m)in Suzhou as an example,thelateral deformation of SMW construction pile,steel strength bearing capacity,surface settlement and otherlaws are calculated under the construction conditions of excavating the ultra-deep foundation pit,and theon-site construction verification is carried out.The result shows that the SMW construction method can beused for the enclosure structure of the foundation pit with a depth of about 15 m,and has the obviousadvantages in the construction period,environmental protection and economy,which provides thereference for the other similar projects.Keywords:SMW construction pile;sectional steel cement soil mixing pile;support of foundation pit;deepfoundation pit engineering;deformation of foundation pit.LI Xueyang(287)Design of Automatic Elevator for Vertically Transporting SegmentsWU Zhongming,CAI Jiayuan,SHEN Haifeng,ZHANG Haidong,NI Jia(292)Abstract:In shield tunneling construction,the vertical transportation of segments from the ground to theunderground is generally carried by crane,which has problems such as the low transportation efficiencyand large safety risks.Based on the working principle of vertical elevator,a kind of elevator used forvertical transportation of segments is introduced,which has a high degree of automation.The safety,synchronization,reliability and adaptability design of the elevator system are expounded in detail.Theautomatic elevator can greatly improve the vertical transportation efficiency of segments and reduce the