[发明专利]一种桩底溶洞声纳探测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及应用地球物理学声纳探测技术领域，具体地指一种桩底溶洞声纳探测装置及探测方法。

背景技术

桩底溶洞探测目前主要是在桩孔位置进行小孔径(一般为5至10mm)的地质勘探钻孔，钻到桩底设计位置下面5米左右，当钻孔8没有遇到溶洞9时就认为此桩底没有溶洞，如图1所示。但是，产生溶洞的地方都是灰岩地区，灰岩极易溶蚀，溶蚀形状复杂多样，一个小钻孔很难确保探测准一个1米至3米直径的桩孔底部下面5米之内是否有溶洞，经常出现一些桩底一边是岩石，一边是溶洞或土的情况(当溶洞存在于桩孔下方但又不是在桩孔的正下方时，在桩孔的中心进行钻孔溶洞探测就会出现探测不到存在于桩孔下方的溶洞的情况。若桩孔的底部存在有一少部分是土层，大部分是岩层时，在桩孔的中心进行钻孔溶洞探测也会出现探测不到存在于桩孔底部的少部分土层的情况)，如果桩底溶洞没有被及时发现会造成桩基的承载能力大大降低，造成楼房下降不均匀或出现楼房倾斜和倾倒的情况，给人民生命财产造成极大损失。

目前一些人工挖孔桩由于检测人员能到达桩底，进行了一些物探的探测方法，如地质雷达和地震法，并取得了一些应用效果；但是，目前的桩孔大多数是旋转钻孔或冲击成孔，桩孔中都是泥浆浆液，人员无法到达桩底进行探测；因此，就无法对桩底进行更好的探测，造成了桩底溶洞很难解决的问题。

参考文献：《钻孔灌注桩桩底溶洞探测技术研究》、2012年、重庆交通大学硕士论文，练伟光著。

参考文献《地震勘探原理和方法》P304页，地质出版社，1986年。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种桩底溶洞声纳探测装置及探测方法，通过该装置和方法，可对桩底下方区域进行详细的溶洞或软弱岩体探测，并能准确测定桩底探测范围内是否存在影响桩底承载能力的溶洞和软弱岩层。

为实现此目的，本发明所设计的桩底溶洞声纳探测装置，它包括设置在桩外的现场主机和设置在桩底的声纳探测探头，所述声纳探测探头包括声纳应力波驱动模块、声纳应力波发射器、声纳应力波接收传感器、声纳应力波信号处理模块、单片机和三维电子罗盘，其中，所述三维电子罗盘的信号输出端连接单片机的罗盘信号输入端，声纳应力波驱动模块的信号输入端连接单片机的应力波信号输出端，声纳应力波驱动模块的应力波驱动信号输出端连接声纳应力波发射器，所述声纳应力波接收传感器通过声纳应力波信号处理模块连接单片机的声纳信号输入端，所述单片机的通信端通过通信电缆连接现场主机，所述声纳探测探头垂直与桩底。

一种利用上述桩底溶洞声纳探测装置的桩底溶洞探测方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：在桩孔的桩底灌入水，使桩底具有10～20cm高的水层，此时声纳探测探头浸泡在上述水层中；

步骤2：现场主机通过通信电缆向声纳探测探头内的单片机发送声纳应力波控制指令，单片机根据声纳应力波控制指令向声纳应力波驱动模块发送声纳应力波控制信号，声纳应力波驱动模块根据声纳应力波控制信号控制声纳应力波发射器向桩底下方发射功率范围为1KW～7KW，频率范围为1000～10000HZ的声纳应力波，每个声纳应力波接收传感器接收到一个上述声纳应力波的反射信号，每个声纳应力波信号处理模块对相应的声纳应力波的反射信号依次进行放大处理、滤波处理和模数转换处理，得到一组处理后的声纳应力波的反射信号，声纳应力波信号处理模块将一组处理后的声纳应力波的反射信号发送给单片机，同时，三维电子罗盘感应到声纳探测探头内每个声纳应力波接收传感器此时的方向，从而得到一组方向数据，并将该组方向数据传输给单片机；

步骤3：单片机将上述一组处理后的声纳应力波的反射信号通过通信电缆传输给现场主机，同时单片机将上述声纳应力波接收传感器此时的一组方向数据通过通信电缆传输给现场主机；

步骤4：将声纳探测探头旋转20～30度，并重复进行步骤2和步骤3，使现场主机得到另一组处理后的声纳应力波的反射信号和所有声纳应力波接收传感器在旋转后的另一组方向数据，现场主机利用上述两组处理后的声纳应力波的反射信号和两组声纳应力波接收传感器方向数据根据现有的声纳应力波成像法得到待测面的声纳反射应力波波形剖面图；

步骤5：对上述待测面的声纳反射应力波波形剖面图进行现有的应力波反射法分析确定桩底底部下方10m以内区域是否存在溶洞或软弱岩体。

应用本发明可以实现桩底溶洞或软弱岩体的探测，相比于现有的桩底溶洞探测设备及方法，本发明的有益效果主要表现在：