预留管底激振旁孔接收波速测试桩底注浆测试装置及方法与流程

本发明属于桩底注浆领域，具体涉及一种预留管底激振旁孔接收波速测试桩底注浆测试装置及方法。

背景技术：

桩底注浆是指钻孔、冲孔和挖孔灌注桩在成桩后，用注浆泵以一定的压力将能固化的浆液(常用水泥浆)通过桩身注浆通道(可预埋管道，也可后造孔)注入桩底。浆液固化后，可改善桩基持力层受力状态和荷载传递性能，大幅提高桩侧摩阻力，修补桩身缺陷等，从而提高桩基承载力或起到对事故桩的加固作用，其主要机理如下：

由于孔底沉渣和首灌混凝土离析产生的虚尖使桩底混凝土强度降低、孔隙较大等缺陷，致使单桩承载力不足和沉降量过大。注浆时，浆液首先渗透到较疏松的桩底沉渣间隙中，与沉渣相结合，形成强度较高的结石体，减轻桩底沉渣的影响，减小桩基沉降。

当沉渣间隙被浆液充满后，随着注浆量的增加及注浆压力的增大，浆液不断向桩端持力层中渗透、充填和压密，形成渗透注浆和压密注浆。渗透注浆主要是浆液在较小的压力下进入土体孔隙中，置换土体中的水空间，形成一个密实的、强度高的结石体。压密注浆是用浓浆置换、渗透和挤压土体，在土中形成浆泡、浆脉，同时产生密实效应，使土体压密并提高其应力，浆泡的半径随注浆压力的增大而增大，同时浆液总是挤向不均匀地基中的薄弱区，从而使土体的变形性质均一化。

当注浆压力大于桩端土层的最小主应力时，会出现劈裂注浆。浆体克服土体初始应力和抗拉强度而破坏土体，在正常固结和欠固结的土体中形成垂直的裂缝，在裂缝最前端出现应力集中，使裂缝迅速发展，浆液充填裂隙后呈脉状网络分布。当劈裂浆体达到饱满状态后，浆体的粘滞性会阻止浆体进一步流动，致使注浆压力不断升高。浆液固化后对持力层起加筋作用，增大桩端的承载面积和桩基的有效长度，从而提高桩的承载力。

同时，随着注浆压力的增大，浆液克服土体孔隙摩阻力沿桩壁上窜，通过渗透、充填、挤密和胶结作用破坏桩周泥皮的结构，并填充桩与桩周土体之间的孔隙，在桩周形成脉状结石体，从而提高了桩身下部的桩侧摩阻力，提高桩的承载力。

桩端土性质、桩长、桩径和桩身质量等桩自身因素以及注浆施工因素是影响压力注浆桩承载力的主要因素。桩底注浆工艺和参数应根据不同的地质条件有针对性地确定，在保证桩底土不破坏和桩不上浮的前提下，增大桩底注浆量和注浆压力可以有效提高桩承载力效果。

当前灌注桩的注浆技术已经发展得较为成熟，大量科学研究和工程实例说明，桩底注浆对于提高桩基承载力，减少桩基沉降有很明显的作用。但是由于桩底注浆属于隐蔽工程，实际工程中只能通过静载试验来检测桩基承载力的变化，来判断桩底注浆的效果。然而静载试验一般规模较大，特别是对于大直径桩基，静载试验需要花费大量的人力物力，并不经济。而且静载试验只能得到桩底注浆技术处理过后的结果，即承载力的体现，对于桩底注浆的作用机理以及作用范围并不清楚。因此有必要研究一种能够直观检测桩底注浆效果的手段。

技术实现要素：

现有的检测桩底注浆效果的手段只有静载试验，然而现有静载荷试验的成本过高，以及每次试验都要重新搭建试验平台，耗费大量的人力物力，还有只能测得桩基承载力，对于注浆的作用机理和作用范围无法准确得知。

本发明的目的针对现有桩底注浆效果检测方法的不足，提供一种预留管底激振旁孔接收波速测试桩底注浆测试装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种预留管底激振旁孔接收波速测试桩底注浆测试装置，包括设置于桩身内的预留管道和旁孔，预留管道沿垂直方向设置且从桩顶竖向贯穿至桩底，预留管道在桩底处封口；预留管道内从桩顶悬吊一个激振重锤，激振重锤的最大下落深度超过桩底封口部位，使其在自由掉落时可以对桩底产生激振；旁孔开设与桩身附近，且旁孔穿越桩底注浆影响区域；旁孔中埋设有若干个呈直线阵列排布的波速传感器。

作为优选，所述的预留管道在灌注桩成桩前安装在钢筋笼上，桩身灌注完成后被固定于桩身内。

作为优选，所述的波速传感器通过连接线连接信号收集装置，用于收集剪切波信号。

作为优选，所述的波速传感器的深度可调，以调整传感器的感应范围。

作为优选，所述的波速传感器等间距设置，以便于后续信号数据的处理和计算。

作为优选，所述的波速传感器的跨度范围穿越桩底注浆影响区域，最大程度提高测量区域范围和准确性。

作为优选，所述的旁孔与桩身的延伸方向一致，以提高测量准确性。

本发明的另一目的在于提供一种预留管底激振旁孔接收波速测试桩底注浆评价方法，包括以下步骤；

步骤1：混凝土灌注桩在成桩前，在钢筋笼上设置预留管道，预留管道沿垂直方向设置且从桩顶竖向贯穿至桩底，且底部封口；

步骤2：灌注桩成桩后，在桩身一定距离处钻旁孔，旁孔深度应大于桩底深度且穿越桩底注浆影响区域，在旁孔内埋置一串呈直线阵列排布的波速传感器；预先测量得到各波速传感器的深度；

步骤3：桩身混凝土达到一定强度后，在桩底注浆前，在桩身预留管道内悬吊一个激振重锤，将其提升一定高度后让其自由落下，使其冲击桩底产生激振，同时记录旁孔中各个波速传感器的信号，记录激振与接收信号的时间差；

步骤4：在桩底注浆并且形成预定强度后，重复步骤3，得到桩底注浆后各个波速传感器的激振与接收信号的时间差；

步骤5：根据两次测试分别得到的时间差以及激振点到各传感器的距离，计算对应土体的剪切波速；

步骤6：根据剪切波速分析桩底注浆的作用效果和作用范围。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

一、设备简单，操作方便；二、不需大吨位静载试验，节省人力物力；三、能够分析桩底注浆前后土质变化，检测注浆具体效果，填补现有检测技术的空白；四、本发明的装置可以循环使用。本发明的其他效果将通过具体实施方式进行说明。

附图说明

下面结合附图和实施步骤对本发明进一步说明。

图1是一种预留管底激振旁孔接收波速测试桩底注浆测试装置布置示意图；

图2是本发明中激振前重锤上提一段距离时下部结构示意图；

图3是本发明中激振时重锤与传感器相对位置示意图；

图中：1、灌注桩；2、桩底注浆影响区域；3、预留管道；4、激振重锤；5、旁孔；6、声波传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，一种预留管底激振旁孔接收波速测试桩底注浆测试装置，包括预留管道3和旁孔5，两者可进行组合实现测试过程。

灌注桩1桩身上的预留管道3在灌注桩1成桩前安装在钢筋笼上，桩身灌注完成后被固定于桩身内。预留管道3沿垂直方向设置且从桩顶竖向贯穿至桩底，桩底处封口，防止浆液进入。预留管道3可采用钢管等硬质管道。灌注桩成桩后，预留管道3内从桩顶悬吊一条悬索，悬索末端固定一个激振重锤4，激振重锤4可通过悬索控制竖向自由移动，提高一定距离后自由掉落。悬索的长度需要略长于桩身长度，使激振重锤4的最大下落深度超过桩底封口部位，激振重锤4提升一定距离自由掉落时可以对桩底产生激振。

桩身旁孔5位于桩身一定距离处，旁孔5深度应大于桩身长度，具体深度根据注浆情况确定注浆的可能影响区域，旁孔5的深度需要穿越桩底注浆影响区域2。旁孔5中埋设一串呈直线阵列排布的波速传感器6，各传感器深度均为已知，传感器连接线通向地面的信号收集装置，供读取波速数据。为了使波速传感器6的测量范围能否覆盖注浆区域，波速传感器6的跨度范围(即最上方和最下方的传感器连线范围)需要穿越桩底注浆影响区域2。进一步的，为了调整波速传感器6的测量范围，可通过将其绑接于绳索上，实现其深度可调。

与上述装置相对应，还可以提供一种预留管底激振旁孔接收波速测试桩底注浆评价方法，该方法也可以供本领域技术人员理解上述装置的工作原理。评价方法具体包括以下步骤；

步骤1：混凝土灌注桩1在成桩前，在钢筋笼上设置预留管道3，预留管道3沿垂直方向设置且从桩顶竖向贯穿至桩底，且底部封口；

步骤2：灌注桩1成桩后，在桩身一定距离处钻旁孔5，旁孔5深度应大于桩底深度且穿越桩底注浆影响区域2，在旁孔5内埋置一串呈直线阵列排布的波速传感器6，将各波速传感器6分别连接至由测试信号收集装置，由其记录并显示剪切波波形和到达时间。预先测量得到各波速传感器6的深度，并根据几何关系换算得到激振点到各传感器的距离；

步骤3：桩身混凝土达到一定强度后，在桩底注浆前，在桩身预留管道3内悬吊一个激振重锤4，将其提升一定高度后让其自由落下，使其冲击桩底产生激振，同时记录旁孔5中各个波速传感器6的信号，记录激振与接收信号的时间差；

步骤4：在桩底注浆并且形成预定强度后，重复步骤3，得到桩底注浆后各个波速传感器6的激振与接收信号的时间差；

步骤5：根据两次测试分别得到的时间差以及激振点到各传感器的距离，计算对应土体的剪切波速；

步骤6：根据剪切波速分析桩底注浆的作用效果和作用范围。

由于剪切波速和土体强度之间存在相关关系，注浆前土体强度小，波速也小，注浆后土体波速提高。通过对比注浆前后的时间差，可以得到剪切波在激振点至传感器连线上波速的变化，就能判断桩底土体强度的提高与设计值的差别，以及估计注浆的影响范围。由于波速传感器6是呈阵列排布的，其跨度穿越了注浆区域影响范围，因此，部分波速传感器6在影响范围内，也有部分在影响范围外，其接收到的波速都会相对于注浆前发生变化，但变化的大小不一致。位于注浆范围内的波速传感器6，其波速的变化与其距离激振点的距离呈比例。而对于位于注浆范围外的波速传感器6，由于激振点和传感器的连线可能有一部分在影响范围外，其波速由该条连线位于注浆区域内和位于注浆区域外的各自长度而决定。通过剪切波速分析，可以大致确定该条连线上影响区域的边界点，而根据多个传感器得出的不同边界点，可以大致确定影响区域的圆弧边界。

另外，波速传感器6尽量等间距设置，以便后续数据的处理。旁孔5的延伸方向尽量与桩身的延伸方向一致，保持垂直开孔，使其与桩身之间的距离一定，提高其测量数据的准确性。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明，凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。