CN113835122A - 一种桩侧旁孔反射波法确定桩侧位置的方法 - Google Patents

一种桩侧旁孔反射波法确定桩侧位置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种桩侧旁孔反射波法确定桩侧位置的方法，包括以下步骤：（1）在待检测桩体外侧布置若干探测孔，在各探测孔中分别设置测斜管并插入测斜仪以测斜计算出各高程点的实际空间位置坐标；（2）在两探测孔之间进行地震波的发射和接收以获得孔间岩土层的纵波速度值；（3）在探测孔中向待检测的桩体发射弹性反射波，通过将弹性反射波从发射到接收的走时结合孔间岩土层的纵波速度值，计算出桩体的侧壁面与探测孔之间的水平间距沿深度的变化关系，并以探测孔中各所述高程点的实际空间位置坐标以推算出桩体的桩侧边界坐标。本发明的优点是：有效探测出盾构旁邻近桥桩的实际位置，避免桩基托换的施工，填补了地下障碍物水平测距技术空白。

Description

一种桩侧旁孔反射波法确定桩侧位置的方法
技术领域
本发明属于物理勘查技术领域，具体涉及一种桩侧旁孔反射波法确定桩侧位置的方法。
背景技术
目前国内所采用的多种弹性波反射类方法仅能粗略地给出反射体位置，无法作出空间定位和给出断层等的形状，因而无法准确确定地质体反射面的空间位置。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种桩侧旁孔反射波法确定桩侧位置的方法，该方法通过采用弹性反射波法来有效探测桩体桩侧边界的具体位置。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种桩侧旁孔反射波法确定桩侧位置的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
（1）在待检测的桩体外侧布置若干探测孔，在各所述探测孔中分别设置测斜管，将测斜仪插入所述测斜管中以测斜计算出所述探测孔中各高程点的实际空间位置坐标；
（2）在两所述探测孔之间进行地震波的发射和接收以获得孔间岩土层的纵波速度值；
（3）在所述探测孔中向待检测的所述桩体发射弹性反射波，弹性反射波在发射后遇到所述桩体的侧壁面发生反射并反射至所述探测孔中进行接收，通过将弹性反射波从发射到接收的走时结合所述孔间岩土层的纵波速度值，计算出所述桩体的侧壁面与所述探测孔之间的水平间距沿深度的变化关系，并以所述探测孔中各所述高程点的实际空间位置坐标以推算出所述桩体的桩侧边界坐标。
步骤（1）中：在待检测的所述桩体外侧布置6个所述探测孔，对所述探测孔进行位置测量以及高程测量；以所述探测孔的孔口为起算点，将所述测斜仪插入所述测斜管内并自上而下每隔0.5米设一高程点进行偏移角A 0j 的测定，待所述测斜仪插入至所述测斜管底部后将所述测斜仪的探头旋转180°并自下而上在各所述高程点处进行偏移角A 180j 的测定；相邻所述高程点之间构成测段，将各所述测段的水平位移进行叠加以推算总位移量，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
式中：
X i 为i深度的所述高程点的坐标，单位为mm；
X QSi 为位于i深度的所述高程点与所述起算点之间的初始水平间距，单位为mm；
L为所述测斜仪的探头长度，单位为mm；
θ j 为所述测斜管的倾角；
A 0j 为所述测斜仪在0°方向上的偏移角读数；
A 180j 为所述测斜仪在180°方向上的偏移角读数；
C为所述测斜仪探头的误差修正系数；
按照上述步骤，将所述测斜仪的探头分别旋转90°和270°，在所述测斜管中的各所述高程点位置进行偏移角A 90j 和偏移角A 270j 的测定，并计算自所述探测孔的孔口向下各所述高程点的总位移量；
以所述探测孔的孔口为基准，根据所述探测孔中各所述高程点在不同方向上的总位移量，计算出所述探测孔中各所述高程点的实际空间位置坐标。
步骤（2）中：在两个所述探测孔之间分别设置地震波装置，其中一个所述探测孔中的地震波装置发射地震波，另一个所述探测孔中的地震波装置接收地震波，以计算孔间岩土层的纵波速度值，计算公式为：
V pi =d i /(△t i )
式中：
V pi 为两个所述探测孔之间的孔间岩土层的纵波速度值，单位为m/s；
d i 为两个所述探测孔内的所述地震波装置之间的发射与接收距离之和，单位为m；
△t i 为两个所述探测孔内的所述地震波装置之间地震波发射与接收时间之和，单位为s。
步骤（3）中：在所述探测孔中深度为Z的A点利用激振装置向待检测的所述桩体桩侧边界的B点发射弹性反射波，激发的弹性反射波从点A到达所述桩体上的B点后反射到达所述探测孔中的点C，以此计算出所述探测孔中点A到所述桩体桩侧边界点B处的水平间距D，计算公式为：
Figure 571724DEST_PATH_IMAGE002
式中：
t为弹性反射波在路径A→B→C的走时t；
V pi 为两个所述探测孔之间的孔间岩土层的纵波速度值，单位为m/s；
Z为所述探测孔中弹性反射波的发射深度，单位为m；
n=1/sinθ，θ为所述桩体与土反射角，通过弹性反射波的波形图求出；
根据步骤（1）中计算获得的所述探测孔中各高程点的实际空间位置坐标以及已知的所述桩体的坐标以计算求解两点间的方位角Γ，之后再通过已求出的所述探测孔至所述桩体桩侧边界的距离推算出所述桩体桩侧边界的坐标。
本发明的优点是：利用本发明有效探测出盾构旁邻近桥桩的实际位置，避免桩基托换的施工，有效探测出填补了地下障碍物水平测距技术空白，为盾构穿越提供有效参考，对类似探测具有借鉴和指导意义。
附图说明
图1为本发明中桥桩探测平面示意图；
图2为本发明中测斜管的侧视图；
图3为本发明中测斜管的平面视图；
图4为本发明中测斜原理示意图；
图5为本发明中测斜仪探头在探测孔中不同角度测斜的示意图；
图6为本发明中在探测孔中利用弹性反射波法确定桩侧边界的示意图；
图7为本发明中探测孔坐标与桩体坐标之间的方位角示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-7，图中各标记分别为：探测孔1、桩体2、盾构边线3、测斜仪4、测斜管5、黄砂6、中心基准线7；
α为A0-A180方向的方位角、β为A90-A270方向的方位角、θ j 为测斜管的倾角。
实施例：如图1-7所示，本实施例具体涉及一种桩侧旁孔反射波法确定桩侧位置的方法，该方法主要包括以下步骤：
（1）如图1所示，在盾构边线3的一侧为高速的桥桩（即桩体2），在待测的桩体2旁设置6个探测孔1，对各个探测孔1进行位置测量以及高程测量；如图2、3、4所示，以探测孔1的孔口为起算点，将测斜管5对应布置在各个探测孔1中，在测斜管5与探测孔1之间填充有黄砂6以进行限位固定，将测斜仪4的探头插入至测斜管5内，之后自上而下每隔0.5米设一高程点并进行偏移角A 0j 的测定，其中，7为中心基准线，如图5所示，第一回合的测试是测斜仪4的探头在A0角度方向进行的；待测斜仪4移动至测斜管5的底部之后，将测斜仪4上的探头旋转180°，即将测斜仪4的探头旋转至如图5中的A180角度方向，之后自下而上依次在前述的各高程点上进行偏移角A 180j 的测定；相邻的高程点之间构成测段，将各测段的水平位移进行叠加以推算总位移量，计算公式为：
Figure 882619DEST_PATH_IMAGE001
式中：
X i 为i深度的高程点的坐标，单位为mm；
X QSi 为位于i深度的高程点与孔口起算点之间的初始水平间距，单位为mm；
L为测斜仪4的探头长度，单位为mm；
θ j 为测斜管5的倾角；
A 0j 为测斜仪4在0°方向上的偏移角读数；
A 180j 为测斜仪4在180°方向上的偏移角读数；
C为测斜仪4上探头的误差修正系数。
按照上述同样的方式，将测斜仪4的探头分别旋转90°和270°，在测斜管5中的各高程点位置分别进行偏移角A 90j 和偏移角A 270j 的测定，即完成另一个来回的测试，并计算自探测孔1的孔口向下各高程点的总位移量；
以探测孔1的孔口为基准，根据探测孔1中各高程点在不同方向上的总位移量，计算出探测孔1中各高程点的实际空间位置坐标。
（2）在两探测孔1之间进行地震波的发射和接收以获得孔间岩土层的纵横波速度值，具体步骤如下：
在两个探测孔1之间分别设置地震波装置，其中一个探测孔1中的地震波装置发射地震波，另一个探测孔1中的地震波装置接收地震波，以计算孔间岩土层的纵波速度值，计算公式为：
V pi =d i /(△t i )
式中：
V pi 为两个探测孔1之间的孔间岩土层的纵波速度值，单位为m/s；
d i 为两个探测孔1内的地震波装置之间的发射与接收距离之和，单位为m；
△t i 为两个探测孔1内的地震波装置之间地震波发射与接收时间之和，单位为s。
需要说明的是，本次发射的地震波为纵波，发射-接收在孔中等高同步移动探测，由于探测孔间距较小，可以将孔间岩土层速度水平向均匀。
（3）桩侧旁孔反射波法是利用弹性波在介质波阻抗（即介质的速度与密度的乘积）差异界面产生反射波的原理进行界面探测。
利用弹性波的纵波反射，桩体混凝土的波阻抗一般可达7×106 kg/m2.s ~12×106kg/m2.s，一般土层的波阻抗为2×106 kg/m2.s ~4×106kg/m2.s，两者波阻抗差异显著，弹性波由桩侧土层到达桩体表面时反射系数可达0.4~0.7。因此，在桩体2旁侧钻孔设置探测孔1进行反射波探测，通过接收反射波回程时间，结合场地土层速度对桩体2位置进行计算，可以较好地查明孔旁一定范围内桩体2的侧壁位置。
在探测孔1中向待检测的桩体2发射弹性反射波，弹性反射波在发射后遇到桩体2的侧壁面发生反射并反射至探测孔1中进行接收，利用检测数据分析处理系统读取近探测桩孔反射波到达时间，通过将弹性反射波从发射到接收的走时结合孔间岩土层的纵波速度值，计算出桩体2的侧壁面与探测孔1之间的水平间距沿深度的变化关系，并以探测孔1中各高程点的实际空间位置坐标以推算出桩体2的桩侧边界坐标。具体的步骤如下：
如图6所示，通常情况下，可以认为该探测孔周边除附近桩土间可以构成强波阻抗界面外无其它反射界面。因此，该计算界面即推断为桩侧边界。在探测孔1中深度为Z的A点利用激振装置向待检测的桩体2桩侧边界的B点发射弹性反射波，激发的弹性反射波从点A到达桩体2上的B点后反射到达探测孔1中的点C，以此计算出探测孔1中点A到桩体2桩侧边界点B处的水平间距D，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
式中：
t为弹性反射波在路径A→B→C的走时t；
V pi 为两个探测孔1之间的孔间岩土层的纵波速度值，单位为m/s；
Z为探测孔1中弹性反射波的发射深度，单位为m；
n=1/sinθ，θ为桩体与土反射角，通过弹性反射波的波形图求出；
如图7所示，根据步骤（1）中计算获得的探测孔1中各高程点的实际空间位置坐标以及已知的桩体2的坐标以计算求解两点间的方位角Γ，之后再通过已求出的探测孔1至桩体2桩侧边界的距离推算出桩体2桩侧边界的坐标。
本实施例的有益效果在于：利用本发明有效探测出盾构邻近桥桩的实际位置，避免桩基托换的施工，填补了地下障碍物水平测距技术空白，为盾构穿越提供有效参考，对类似探测具有借鉴和指导意义。

Claims (4)

1.一种桩侧旁孔反射波法确定桩侧位置的方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
（1）在待检测的桩体外侧布置若干探测孔，在各所述探测孔中分别设置测斜管，将测斜仪插入所述测斜管中以测斜计算出所述探测孔中各高程点的实际空间位置坐标；
（2）在两所述探测孔之间进行地震波的发射和接收以获得孔间岩土层的纵波速度值；
（3）在所述探测孔中向待检测的所述桩体发射弹性反射波，弹性反射波在发射后遇到所述桩体的侧壁面发生反射并反射至所述探测孔中进行接收，通过将弹性反射波从发射到接收的走时结合所述孔间岩土层的纵波速度值，计算出所述桩体的侧壁面与所述探测孔之间的水平间距沿深度的变化关系，并以所述探测孔中各所述高程点的实际空间位置坐标以推算出所述桩体的桩侧边界坐标。
2.根据权利要求1所述的一种桩侧旁孔反射波法确定桩侧位置的方法，其特征在于步骤（1）中：
在待检测的所述桩体外侧布置6个所述探测孔，对所述探测孔进行位置测量以及高程测量；以所述探测孔的孔口为起算点，将所述测斜仪插入所述测斜管内并自上而下每隔0.5米设一高程点进行偏移角A 0j 的测定，待所述测斜仪插入至所述测斜管底部后将所述测斜仪的探头旋转180°并自下而上在各所述高程点处进行偏移角A 180j 的测定；相邻所述高程点之间构成测段，将各所述测段的水平位移进行叠加以推算总位移量，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
式中：
X i 为i深度的所述高程点的坐标，单位为mm；
X QSi 为位于i深度的所述高程点与所述起算点之间的初始水平间距，单位为mm；
L为所述测斜仪的探头长度，单位为mm；
θ j 为所述测斜管的倾角；
A 0j 为所述测斜仪在0°方向上的偏移角读数；
A 180j 为所述测斜仪在180°方向上的偏移角读数；
C为所述测斜仪探头的误差修正系数；
按照上述步骤，将所述测斜仪的探头分别旋转90°和270°，在所述测斜管中的各所述高程点位置进行偏移角A 90j 和偏移角A 270j 的测定，并计算自所述探测孔的孔口向下各所述高程点的总位移量；
以所述探测孔的孔口为基准，根据所述探测孔中各所述高程点在不同方向上的总位移量，计算出所述探测孔中各所述高程点的实际空间位置坐标。
3.根据权利要求1所述的一种桩侧旁孔反射波法确定桩侧位置的方法，其特征在于步骤（2）中：在两个所述探测孔之间分别设置地震波装置，其中一个所述探测孔中的地震波装置发射地震波，另一个所述探测孔中的地震波装置接收地震波，以计算孔间岩土层的纵波速度值，计算公式为：
V pi =d i /(△t i )
式中：
V pi 为两个所述探测孔之间的孔间岩土层的纵波速度值，单位为m/s；
d i 为两个所述探测孔内的所述地震波装置之间的发射与接收距离之和，单位为m；
△t i 为两个所述探测孔内的所述地震波装置之间地震波发射与接收时间之和，单位为s。
4.根据权利要求3所述的一种桩侧旁孔反射波法确定桩侧位置的方法，其特征在于步骤（3）中：在所述探测孔中深度为Z的A点利用激振装置向待检测的所述桩体桩侧边界的B点发射弹性反射波，激发的弹性反射波从点A到达所述桩体上的B点后反射到达所述探测孔中的点C，以此计算出所述探测孔中点A到所述桩体桩侧边界点B处的水平间距D，计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
式中：
t为弹性反射波在路径A→B→C的走时t；
V pi 为两个所述探测孔之间的孔间岩土层的纵波速度值，单位为m/s；
Z为所述探测孔中弹性反射波的发射深度，单位为m；
n=1/sinθ，θ为所述桩体与土反射角，通过弹性反射波的波形图求出；
根据步骤（1）中计算获得的所述探测孔中各高程点的实际空间位置坐标以及已知的所述桩体的坐标以计算求解两点间的方位角Γ，之后再通过已求出的所述探测孔至所述桩体桩侧边界的距离推算出所述桩体桩侧边界的坐标。
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