应用硼中子寿命测井技术检测桩基后压浆质量的新方法

摘要

本发明公开了一种应用硼中子寿命测井技术检测桩基后压浆质量的新方法，包括如下步骤：(1)、水泥浆液中加入用以俘获热中子的硼酸；(2)、将井下中子发生器及γ射线探测器放入预留在桩基中的检测管底部，井下中子发生器开始重复发射高能脉冲中子，高能脉冲中子逐渐向上提升；γ射线探测器同步记录介质中热中子数的相对变化，测量阶段热中子数以指数形式衰减，测得一条基线；(4)、注浆；(5)、注浆后检测的检测方式与上述步骤(3)的检测方式相同，测得一条硼水曲线；本发明将注浆前测得的基线与注浆后测得的硼水曲线进行对比，可直观地识别后压浆液上返高度和分布位置，进而判别后压浆液在桩端土层和桩周土体的分布情况。

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用硼中子寿命测井技术检测桩基后压浆质量的新方法，属于桥梁桩基检测领域。

背景技术

桩基后压浆技术是指在灌注桩成桩并达到一定强度后，通过预先埋置在桩周或桩身内的压浆管，使用高压注浆泵将能够起到胶结固化作用的浆液压入桩端土层和桩周土体中，从而桩底沉渣、桩端持力层和桩周泥皮利用浆液的渗透、填充、压密、劈裂和固结等作用，改变原土体的物理性质和力学状态，使桩端土和桩侧土的强度得到提髙，在不同程度上提高桩端阻力和桩侧摩擦力，进而减小桩的沉降量，提高桩的承载力。桩基后压浆技术通过向桩端和桩侧的土体注入能够起到胶结固化作用的浆液，加强、固化桩端和桩侧的土体，可有效减少桩长，提高灌注桩承载力，减少桩身沉降量，缩短工期、降低灌注桩的工程造价等优点，桩基后压浆技术优势明显，应用前景好，近些年在交通、建筑、水利等领域得到了广泛应用。

然而由于桩基属于隐蔽工程，桩基后压浆施工质量好坏难以判断，地质条件多变复杂，注浆过程中预先设定的浆液配方、注浆压力、压浆量在压浆工序实施后，其具体压浆效果的评定难度很大，到目前主要是通过测量单桩极限承载力来评定桩是否满足设计要求，该方法只能随机抽取一部分进行代表性检测，无法适用于大量桩基后压浆质量检测的工程应用，且无法直接对压浆效果进行评价，只能间接的反 映压浆效果。在现有检测手段中，针对桩身底部和桩周土体中浆液的加固效果，目前尚未有较好的质量检测方法。

本专利针对此问题，提出采用硼中子寿命测井技术的方法，可以对桩基后压浆技术的压浆效果、浆液在土体中的分布情况进行检测，从而为评价桩基后压浆的效果提供检测数据。

发明内容

为了克服现有桩基后压浆施工质量检测方法存在的上述缺陷，本发明提供一种可对桩基后压浆技术的压浆效果、浆液在土体中的分布情况进行检测，从而为评价桩基后压浆的效果提供检测数据的应用硼中子寿命测井技术检测桩基后压浆质量的新方法。

本发明采用的技术方案是：

应用硼中子寿命测井技术检测桩基后压浆质量的新方法，其特征在于：包括如下步骤：

(1)、水泥浆液配置、确定注浆压力、注浆速度以及注浆量：配置好的水泥浆液需满足灌浆设计强度要求；并在配置好的水泥浆液中加入硼酸，混合均匀，硼酸作为示踪剂，用以俘获热中子；

(2)、注浆前检测：将井下中子发生器及γ射线探测器放入预留在桩基中的检测管内，所述的中子发生器及γ射线探测器分别与地表仪器连接；待所述的井下中子发生器及γ射线探测器到达检测管的底部后，所述的井下中子发生器开始重复发射高能脉冲中子，高能脉冲中子逐渐向上提升；所述的γ射线探测器同步记录介质中热中子数的相对变化，测量阶段热中子数以指数形式衰减，测得一条基线；

(4)、注浆：在压力作用下注浆泵将水泥浆液通过预埋在桩身和桩周中的注浆管压入桩端土层和桩周土体中；同时，作为井下热中子强俘获剂的硼酸也跟随水泥浆液注入到桩端土层和桩周土体中；

(5)、注浆后检测：注浆结束经养护加固后对桩端土层和桩周土体进行注浆后检测，注浆后检测的检测方式与上述步骤(3)的检测方式相同，测得一条硼水曲线；

将注浆前测得的基线与注浆后测得的硼水曲线进行对比，前、后两次测量的热中子宏观俘获截面曲线产生离差，根据此离差的大小即可直观地识别后压浆液上返高度和分布位置，进而判别后压浆液在桩端土层和桩周土体的分布情况。

所述的步骤(5)中注浆结束后，在加固土体与未加固土体之间形成第一界面和第二界面；其中，第一界面为灌注桩与原状土之间的界面，根据第一界面的高度可以得到浆液沿桩身的上返高度h；第二界面为原状土与原状土泥浆混合物之间的界面，根据第二界面的位置可以得到浆液在桩底扩散深度H以及浆液在桩周原状土中的扩散宽度d；根据注浆前、后检测得到的宏观俘获截面曲线的对比分析，通过差值变化情况来得到上返高度h、扩散深度H和扩散宽度d，从而可以分析出浆液在沉渣、桩侧和桩端土体中的分布状态从而评价注浆对桩底沉渣的加固改善效果。

本发明中，硼中子寿命测井的工艺关键是：“测—渗—测”技术。通过井下中子发生器向地层发射脉冲高能快中子，与地层多次发生碰撞后成为热中子，热中子由于速度很慢而易被地层中的原子核俘获， 热中子被俘获时要释放γ射线，通过探测伽马射线的计数率进而求出底层的宏观俘获截面，进而可测量地层的有关参数，区分地层水层。本发明将硼酸作为示踪剂，通过“测—渗—测”所得到的注浆前“基线”与注浆后“硼水曲线”的对比，可以直观揭示桩身周围土体浆液上返高度、及桩底沉渣固化区域分布。它不受套管和水泥环的影响，适用于桩基后压浆质量检测。

针对桩基后压浆加固范围，使用硼中子寿命测井技术进行压浆效果的检测内容主要包括：桩身周围土体浆液上返高度检测、桩底沉渣区域分布检测：

1、在桩基后压浆过程中，桩端以上一定高度内的泥皮土和泥皮土外围的土体在一定宽度范围内得到加固，浆液固结后土体参与桩的承载，改善了桩—土界面条件，提高了桩侧阻力，采用硼中子寿命测井技术可以检测浆液在桩周上返高度，从而评价注浆对桩侧摩阻力的改善效果。

2、在桩基后压浆过程中，桩基压浆注入的浆液与桩底的沉渣混合固化，凝结成一个强度高、化学性能稳定的结石体，采用硼中子寿命测井技术可以检测浆液在桩底沉渣的分布情况，从而评价注浆对桩底沉渣的加固改善效果。

本发明具有的有益效果是：

1、适用于桩基后压浆检测的实际情况，仅仅通过预留的声测管即可完成桩基后压浆的检测，检测效率大大提高。

2、测—渗—测硼中子寿命测井技术检测桩基后压浆不受岩性、 温度、套管、水泥环等因素的影响，相对与普通超声检测，适用于各类桩基环境的检测，同时检测误差也显著减小，具有更好的空间分辨力及灵敏度。

附图说明

图1为硼中子寿命测井技术实施示意图。

具体实施方式

参照图1，应用硼中子寿命测井技术检测桩基后压浆质量的新方法，包括如下步骤：

(1)、水泥浆液配置、确定注浆压力、注浆速度以及注浆量：配置好的水泥浆液需满足灌浆设计强度要求；并在配置好的水泥浆液中加入硼酸，混合均匀，硼酸作为示踪剂，用以俘获热中子；

(2)、注浆前检测：将井下中子发生器及γ射线探测器放入预留在桩基中的检测管内，所述的中子发生器及γ射线探测器分别与地表仪器连接；待所述的井下中子发生器及γ射线探测器到达检测管的底部后，所述的井下中子发生器开始重复发射高能脉冲中子，高能脉冲中子逐渐向上提升；所述的γ射线探测器同步记录介质中热中子数的相对变化，测量阶段热中子数以指数形式衰减，测得一条基线；这种衰减反应了热中子的俘获。地层对热中子的俘获特性，是由组成地层的各种元素对热中子的俘获特性所决定的，故可据此区分各质层；

(4)、注浆：在压力作用下注浆泵将水泥浆液通过预埋在桩身和桩周中的注浆管压入桩端土层和桩周土体中；同时，作为井下热中子强俘获剂的硼酸也跟随水泥浆液注入到桩端土层和桩周土体中；

(5)、注浆后检测：注浆结束经养护加固后对桩端土层和桩周土体进行注浆后检测，注浆后检测的检测方式与上述步骤(3)的检测方式相同，测得一条硼水曲线；

将注浆前测得的基线与注浆后测得的硼水曲线进行对比，由于硼元素是井下热中子强俘获剂并且易溶于水，因此在有后压水泥浆液的地层，前、后两次测量的热中子宏观俘获截面曲线产生离差，根据此离差的大小即可直观地识别后压浆液上返高度和分布位置，进而判别后压浆液在桩端土层和桩周土体的分布情况。

所述的步骤(5)中注浆结束后，在加固土体与未加固土体之间形成第一界面和第二界面；其中，第一界面为灌注桩与原状土之间的界面，根据第一界面的高度可以得到浆液沿桩身的上返高度h；第二界面为原状土与原状土泥浆混合物之间的界面，根据第二界面的位置可以得到浆液在桩底扩散深度H以及浆液在桩周原状土中的扩散宽度d；根据注浆前、后检测得到的宏观俘获截面曲线的对比分析，通过差值变化情况来得到上返高度h、扩散深度H和扩散宽度d，从而可以分析出浆液在沉渣、桩侧和桩端土体中的分布状态从而评价注浆对桩底沉渣的加固改善效果。

本发明中，硼中子寿命测井的工艺关键是：“测—渗—测”技术。通过井下中子发生器向地层发射脉冲高能快中子，与地层多次发生碰撞后成为热中子，热中子由于速度很慢而易被地层中的原子核俘获，热中子被俘获时要释放γ射线，通过探测伽马射线的计数率进而求出底层的宏观俘获截面，进而可测量地层的有关参数，区分地层水层。 本发明将硼酸作为示踪剂，通过“测—渗—测”所得到的注浆前“基线”与注浆后“硼水曲线”的对比，可以直观揭示桩身周围土体浆液上返高度、及桩底沉渣固化区域分布。它不受套管和水泥环的影响，适用于桩基后压浆质量检测。

图1中，h1和h2分别代表相邻灌注桩上浆液沿桩身上返高度；d1、d2、d3和d4分别代表浆液在桩周原状土中扩散宽度，H1代表浆液在桩底扩散深度。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。