蘇紹鋒

（廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東廣州 510507）

孔內(nèi)攝像技術(shù)在樁基持力層檢測(cè)中的應(yīng)用研究

蘇紹鋒*

（廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣東廣州 510507）

針對(duì)樁基樁底持力層檢測(cè)傳統(tǒng)的鉆孔抽芯方法的局限性，分析了孔內(nèi)攝像技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。在樁底持力層巖體較為破碎的情況下，采用孔內(nèi)攝像技術(shù)能更直觀的判定。

樁基檢測(cè)；持力層；孔內(nèi)攝像技術(shù)

1　概述

目前公路工程橋梁樁基樁底持力層的檢測(cè)主要依靠鉆探抽芯，由于受目前的鉆探抽芯工藝限制，在節(jié)理較為發(fā)育或風(fēng)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(nèi)攝像技術(shù)能很好地解決鉆探巖芯原狀性差的問(wèn)題?？變?nèi)攝像技術(shù)為通過(guò)對(duì)孔壁的影像拍攝收集，通過(guò)分析孔內(nèi)攝像技術(shù)的成果照片，即可反映出基巖的完整性及風(fēng)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(shù)字成像系統(tǒng)的基本原理是在井下設(shè)備中采用了一種特殊的反射棱鏡成像的CCD光學(xué)耦合器件將鉆孔孔壁圖像以360°全方位連續(xù)顯現(xiàn)出來(lái)，利用計(jì)算機(jī)來(lái)控制圖像的采集和圖像的處理，實(shí)現(xiàn)模—數(shù)之間的轉(zhuǎn)換。圖像處理系統(tǒng)自動(dòng)地對(duì)孔壁圖像進(jìn)行采集、展開(kāi)、拼接、記錄并保存在計(jì)算機(jī)硬盤(pán)上，再以二維或三維的形式展示出來(lái)。亦即把從錐面反射鏡拍攝下來(lái)的環(huán)狀圖像轉(zhuǎn)換為孔壁展開(kāi)圖或柱狀圖（見(jiàn)圖1）。

圖1　孔壁圖像變換示意圖

高清數(shù)字鉆孔電視系統(tǒng)，最適合用于鉆孔孔壁結(jié)構(gòu)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(jì)數(shù)精度為0.1mm。 CCD像素?cái)?shù)：400萬(wàn)。精準(zhǔn)的定位裝置是由一個(gè)二軸磁力計(jì)和加速度計(jì)組成的，這樣沿鉆孔方向地質(zhì)體的微小變化也能被該套系統(tǒng)識(shí)別出來(lái)。而連續(xù)的孔壁數(shù)字圖像再經(jīng)觀看并對(duì)照巖芯鑒定成果，即可確切查明孔內(nèi)結(jié)構(gòu)面位置、產(chǎn)狀、張開(kāi)程度，充填物性狀或構(gòu)造巖體特征及巖性等全方位的信息。

高清數(shù)字鉆孔電視系統(tǒng)由井上和井下2個(gè)部分組成（見(jiàn)圖2）。井上部分主要由計(jì)算機(jī)、控制器、絞車(chē)、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(jī)、光源、反射棱鏡、透光罩、三軸磁力計(jì)和加速度計(jì)以及調(diào)焦裝置等組成。井上和井下2個(gè)部分經(jīng)傳輸電纜連接后進(jìn)行通信。

圖2　鉆孔電視系統(tǒng)組成及工作原理

計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)通過(guò)RS-232接口連接控制器采集電纜傳輸送上來(lái)的孔壁圖像信息，并對(duì)信息進(jìn)行處理，自動(dòng)識(shí)別、展開(kāi)和拼接，通過(guò)顯示器顯示孔壁展開(kāi)圖像和柱狀圖并記錄在計(jì)算機(jī)硬盤(pán)里。計(jì)算機(jī)上使用配套的看圖軟件即可以對(duì)已存入的圖像信息進(jìn)行編輯解釋處理，生成照片圖像，即為孔內(nèi)攝像的成果。

3　采用孔內(nèi)攝像技術(shù)的要求

進(jìn)行孔內(nèi)攝像作業(yè)的前提是，利用鉆機(jī)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(yīng)控制在一定范圍內(nèi)，斜率過(guò)大對(duì)攝像的效果直接產(chǎn)生影響。斜率的大小的一般根據(jù)孔深大小控制，孔深越大，鉆孔的斜率就應(yīng)控制越小。

由于孔內(nèi)攝像技術(shù)是通過(guò)攝像頭直接對(duì)孔壁的直接拍攝成像。因此孔內(nèi)攝像技術(shù)對(duì)孔內(nèi)環(huán)境要求較高，要求孔內(nèi)無(wú)水或者孔內(nèi)的水透明度高，且孔壁不能有附著物。

4　工程實(shí)例

南沙鳳凰二橋是鳳凰大道跨越上橫瀝水道，連接南沙經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)黃閣鎮(zhèn)和龍穴島港區(qū)的城市主干道，是連通黃閣鎮(zhèn)、靈山鎮(zhèn)、橫瀝鎮(zhèn)與珠江管理區(qū)的重要通道，是構(gòu)成環(huán)大南沙“中環(huán)路”的重要組成部分。

根據(jù)勘察資料，該橋墩的基巖為花崗巖，該橋墩范圍內(nèi)發(fā)育小型斷層，巖芯破碎，風(fēng)化不均［2］。設(shè)計(jì)要求選擇的持力層為中風(fēng)化花崗巖。

4.1采用鉆探手段對(duì)樁基持力層的檢測(cè)分析

根據(jù)有關(guān)規(guī)范要求，對(duì)鳳凰二橋63號(hào)墩的10號(hào)樁布置了3個(gè)抽芯鉆孔進(jìn)行抽芯檢測(cè)，根據(jù)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(jiàn)，3個(gè)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(dòng)大，部分的巖芯基本無(wú)法判定其風(fēng)化程度及完整性（如a孔）。根據(jù)鉆探抽芯的巖芯難以判定該樁底持力層是否能滿足設(shè)計(jì)要求的中風(fēng)化花崗巖。

4.2采用孔內(nèi)攝像技術(shù)對(duì)樁基持力層的檢測(cè)分析

在鉆探抽芯的基礎(chǔ)上，對(duì)樁底持力層進(jìn)行了孔內(nèi)攝像方法的檢測(cè)?？變?nèi)攝像技術(shù)能直觀、直接、原始的反映出孔壁巖體的完整性、巖質(zhì)的新鮮程度。根據(jù)孔內(nèi)攝像的成果照片，a孔的巖體較為破碎，節(jié)理呈網(wǎng)狀發(fā)育，孔壁粗糙、凹凸不平，但巖質(zhì)較為新鮮，巖石斷口呈銳角狀。可判斷為破碎的中風(fēng)化巖。b孔及c孔的巖體完整性較a孔好，節(jié)理一般發(fā)育，巖質(zhì)較為新鮮。見(jiàn)圖3、圖4。

圖3　鉆探巖芯照片

圖4　孔內(nèi)攝像照片

根據(jù)孔內(nèi)攝像技術(shù)的成果，63號(hào)墩的10號(hào)樁的持力層可判斷為中風(fēng)化花崗巖，滿足設(shè)計(jì)要求。

4.3兩種技術(shù)應(yīng)用的對(duì)比分析

受鉆探工藝的限制，傳統(tǒng)的鉆探取芯技術(shù)在節(jié)理較為發(fā)育的地層中，往往會(huì)巖芯采取率較低。根據(jù)所取得的巖芯難以判斷巖體的風(fēng)化程度。其優(yōu)點(diǎn)為傳統(tǒng)的鉆探取芯技術(shù)可以取得試驗(yàn)樣品，可以進(jìn)行巖體的強(qiáng)度試驗(yàn)，得出巖體的抗壓強(qiáng)度。

孔內(nèi)攝像技術(shù)則為直接、直觀的在原位觀察巖體節(jié)理的發(fā)育程度、巖體的完整程度及風(fēng)化程度?？梢詼y(cè)量出節(jié)理的產(chǎn)狀，張開(kāi)程度及充填情況。如在b孔的樁底以下2.6m處，根據(jù)鉆孔抽芯知道其發(fā)育一組節(jié)理，節(jié)理面見(jiàn)大量褐黃色鐵錳質(zhì)浸染，但無(wú)法測(cè)出其產(chǎn)值、張開(kāi)程度及充填情況。根據(jù)孔內(nèi)攝像的照片，能清晰地反映出節(jié)理的產(chǎn)狀：145°∠38°及張開(kāi)程度約1cm，充填物為泥質(zhì)。建議進(jìn)行高壓注漿處理。見(jiàn)圖5、圖6。

由b孔的孔內(nèi)攝像成果可以看出，孔內(nèi)攝像技術(shù)在巖體的顏色發(fā)生變化，或巖體風(fēng)化不均時(shí)其攝像效果更佳。

圖5　鉆探揭露的節(jié)理面

5　結(jié)語(yǔ)

在樁基持力層檢測(cè)工作中，在采取傳統(tǒng)鉆探取芯成孔的基礎(chǔ)上，再采用孔內(nèi)攝像技術(shù)的使用，既能取得巖芯進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，又能通過(guò)直接的觀察判斷巖體的完整性及節(jié)理裂隙的產(chǎn)狀及充填情況。綜合這兩種方法，能更準(zhǔn)確地判斷樁底持力層是否滿足設(shè)計(jì)需要。

圖6　孔內(nèi)攝像查明的節(jié)理面

［1］朱應(yīng)驗(yàn)，葉志勇.鉆孔電視在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用［J］.土工基礎(chǔ)，2010，24（2）：98-100.

［2］鳳凰二橋工程地質(zhì)勘察報(bào)告［R］.廣東省公路勘察規(guī)劃設(shè)計(jì)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(xiàn)從事巖土工程勘察設(shè)計(jì)工作。