基于井間地震CT技術(shù)的水泥漿灌注質(zhì)量檢測(cè)

　　摘要:在巖溶地區(qū)，用水泥漿對(duì)地基進(jìn)行加固。為了評(píng)價(jià)灌注質(zhì)量，采用了井間地震CT技術(shù)，結(jié)果表明:利用不同巖土體的彈性縱波速度差異可以劃分場(chǎng)地的地質(zhì)體，構(gòu)建場(chǎng)地介質(zhì)結(jié)構(gòu)圖像;通過縱波速度可以判斷灰?guī)r地基中水泥漿灌漿質(zhì)量;井間地震CT技術(shù)對(duì)巖土層界限相對(duì)比較清晰，溶洞顯示為“低速度”異常;水泥漿充滿后的溶洞、土洞或疏松體，其縱波速度顯著提高。

　　關(guān)鍵詞:井間地震CT技術(shù);縱波;水泥漿;巖溶

　　0引言在灰?guī)r地區(qū)，由于地下水徑流發(fā)達(dá)，地基中土洞、疏松體、溶洞十分發(fā)育，常發(fā)生地面塌陷，從而影響了地面建(構(gòu))筑物長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)。對(duì)此，常規(guī)手段是對(duì)土洞、疏松體、溶洞進(jìn)行灌注水泥漿作業(yè)[1-2]，確保地基土本身及灰?guī)r面以下一定深度范圍內(nèi)地層密實(shí)。灌漿作業(yè)結(jié)束后，需要對(duì)灌注質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，判斷土洞、溶洞和疏松體是否被水泥漿充滿，灌注是否密實(shí)均勻等信息。

　　建筑設(shè)施論文：基礎(chǔ)設(shè)施地震易損性的評(píng)估研究綜述

　　常規(guī)水泥漿灌注質(zhì)量評(píng)價(jià)方法有鉆孔取芯目測(cè)、鉆孔電視檢測(cè)、地質(zhì)雷達(dá)[3]、井間電磁波CT檢測(cè)[4]。前兩種方法只能得到孔壁上水泥漿灌注痕跡，不能檢測(cè)一定面積范圍內(nèi)的水泥漿灌注質(zhì)量，而地質(zhì)雷達(dá)、井間電磁波CT受地下水影響明顯[5]，檢測(cè)深度、距離受到限制。針對(duì)常規(guī)檢測(cè)水泥漿灌注質(zhì)量技術(shù)的不足，作者采用井間地震CT技術(shù)，以井間地震CT數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)水泥漿灌注質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

　　1工程概況及場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

　　擬建建筑物由2幢47層住宅樓、1幢58層商業(yè)辦公樓及2層～7層商業(yè)裙房組成。場(chǎng)地第四紀(jì)沉積物下伏灰?guī)r為早、中三疊世青龍組(T1+2x)，埋深75.6m～86.2m，青龍組灰?guī)r為一套淺海相碳酸鹽沉積物，成分為碳酸鈣(CaCO3)，中厚層，含泥質(zhì)，微晶結(jié)構(gòu)，裂隙發(fā)育，巖芯破碎現(xiàn)象較普遍，說明古巖溶強(qiáng)烈發(fā)育，溶洞多為泥質(zhì)充填，半充填及空溶洞較少。建筑物基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁，位于灰?guī)r之上的⑩，�灛伂嬸ね翆樱瑯抖司嗷�?guī)r面10m。

　　2水泥漿灌注技術(shù)

　　用水泥漿對(duì)地基進(jìn)行了灌漿處理，以提高地基承載力，同時(shí)充填巖溶洞隙，灌漿方式用袖閥管高壓注漿形式，灌漿對(duì)象為樁端周圍土、下伏灰?guī)r[6-7]。場(chǎng)地內(nèi)注漿加固工程共布置了36個(gè)注漿孔，注漿孔深度90m，深度為灰?guī)r面下6m，遇溶洞將溶洞全部注漿處理，注漿孔間距10m�；�于節(jié)約成本的考慮，注漿前利用注漿孔，采用井間地震CT查明場(chǎng)地范圍及有影響地段的巖溶洞隙的位置、規(guī)模、埋深，巖溶堆積物的性狀;注漿28d后采用井間地震CT對(duì)注漿孔進(jìn)行探測(cè)，查明場(chǎng)地范圍及有影響地段的巖溶注漿后填充效果，要求縱波波速不小于2000m/s。如果未達(dá)到注漿地段縱波波速不小于2000m/s的要求，則應(yīng)進(jìn)行二次及多次注漿，直至達(dá)到要求。

　　3水泥漿灌注質(zhì)量檢測(cè)

　　3.1檢測(cè)原理

　　地震縱波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑隨介質(zhì)的破碎、溶蝕、風(fēng)化程度等反映出的密度而變化，根據(jù)接收到的初至波走時(shí)信息，對(duì)介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行判釋。然后依據(jù)所測(cè)得的精確旅行時(shí)間進(jìn)行反演計(jì)算，求出目標(biāo)體的大小、深度等，井間地震CT是利用不同巖土體的彈性縱波速度差異來劃分地質(zhì)體，重建地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)圖像[8-11]。

　　由上式可以推斷出地震縱波CT的原理:當(dāng)?shù)卣鹂v波穿過介質(zhì)的速度發(fā)生變化時(shí)，其走時(shí)也隨著發(fā)生改變，將多條通過介質(zhì)的地震縱波射線走時(shí)提取出來，反算出介質(zhì)的地震縱波速度空間分布圖像，通過速度空間分布推斷出介質(zhì)的密度，進(jìn)而由密度得到水泥漿灌注質(zhì)量�？组g地震CT技術(shù)的觀測(cè)系統(tǒng)主要有以下幾種:1)共炮點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將震源固定在一口井中，在相鄰的一口或多口井中按一定距離移動(dòng)接收點(diǎn)來完成數(shù)據(jù)采集。

　　2)共接收點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將檢波器固定在一口井或多口井中，在相鄰井中按一定距離移動(dòng)震源來完成數(shù)據(jù)采集。3)炮點(diǎn)和接收點(diǎn)同步移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，炮點(diǎn)和接收點(diǎn)平行同步，由淺向深或由深向淺按一定距離等間距移動(dòng)，每炮一個(gè)檢波器或多個(gè)檢波器接收。

　　3.2現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集

　　數(shù)據(jù)采集采用炮點(diǎn)和接收點(diǎn)同步移動(dòng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，主要步驟如下:1)把道間距0.5m，12道水聲檢波器放入檢測(cè)范圍內(nèi)某一注漿孔中。2)把電火花震源放入檢測(cè)范圍內(nèi)另一個(gè)注漿孔中。3)調(diào)整激發(fā)點(diǎn)的深度使其與最下邊檢波器等深度相等并激發(fā)，另一注漿孔中的12道水聲檢波器接收并記錄數(shù)據(jù)。4)上提震源1.0m進(jìn)行第二個(gè)激發(fā)點(diǎn)的激發(fā)并記錄數(shù)據(jù)，并重復(fù)該過程12次。5)震源上提5.5m，上提檢波器3.0m，使得震源位置和最下邊檢波器處于同一深度的位置。6)重復(fù)步驟2)～步驟5)，直至目標(biāo)孔段數(shù)據(jù)采集結(jié)束為止。7)數(shù)據(jù)一側(cè)采集結(jié)束后，將檢波器和震源交換孔位，重復(fù)步驟2)～步驟6)的工作。

　　3.3檢測(cè)結(jié)果分析

　　資料的數(shù)據(jù)處理按以下步驟進(jìn)行:以提高信噪比為目的的數(shù)據(jù)濾波;讀取初至運(yùn)行時(shí);計(jì)算機(jī)反演;CT圖像成圖。其中在計(jì)算機(jī)反演、CT圖像成圖時(shí)，通過二維最短路徑最小走時(shí)法射線追蹤確定模型旅行時(shí)和雅可比矩陣的正演模擬及最小二乘共軛梯度法LSQR算法的反演計(jì)算，由旅行時(shí)數(shù)據(jù)反演井間縱波速度的分布。

　　1)測(cè)試深度-75m～-88m，剖面寬度14m。2)ZK2在-75m～-80.8m范圍為黏土層，-80.8m～-88m為灰?guī)r層，而ZK19在-75m～-79.85m范圍為黏土層，-79.85m～-88m為灰?guī)r層。3)土巖結(jié)合面高程-79.8m～-80.5m。4)注漿前用井間地震CT技術(shù)探測(cè)，剖面測(cè)點(diǎn)間平均縱波速度Vpa=2521m/s，最小波速Vmin=1635m/s，最大波速Vmax=3369m/s。5)剖面總體波速上部小于下部，土巖結(jié)合面之下存在低速區(qū)，波速不大于2000m/s，通過注漿孔鉆探推測(cè)巖溶較為發(fā)育，多為黏土或碎石充填。6)第一次注漿后，土巖結(jié)合面之下的低速區(qū)，波速在2000m/s～2100m/s之間。7)第二次注漿后，剖面內(nèi)測(cè)點(diǎn)間平均縱波速度Vpa=2725m/s，最小波速Vmin=2135m/s，最大波速Vmax=3369m/s，低速區(qū)消失，波速不小于2100m/s。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　1)可以利用井間地震CT技術(shù)，通過縱波速度可以判斷灰?guī)r地基中水泥漿灌漿質(zhì)量，溶洞、土洞或疏松體由于被水泥漿充滿，縱波速度顯著提高。2)從速度圖像上看，井間地震CT技術(shù)對(duì)巖土層界限相對(duì)比較清晰，對(duì)溶洞洞體顯示的“低速度”異常區(qū)也較明顯。

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　　作者：陳忠1，2，楊海兵1，2，朱月笙2，趙為洪2，鄭偉2

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