一种能够消除上部结构影响的低应变检测既有基桩完整性的方法与流程

本发明涉及工程检测领域，尤其涉及一种既有基桩完整性的检测方法。

背景技术：

既有基桩完整性检测，对于既有建筑的安全、质量的鉴定有着重要的意义，当需要了解基桩质量时，需要进行基桩完整性(缺陷)检测。由于既有基桩部分或全部埋于地基之下，其检测受上部结构以及基础的影响，基桩的缺陷检测较为困难。

目前基桩完整性检测采用的最为普遍的方法是低应变法，通过用小锤或力棒对桩顶激振，使用速度或加速度传感器实测桩身速度或导纳曲线，运用杆的波动理论，对桩身缺陷进行识别分析，低应变检测方法操作较为简单，结果较为可靠，被建筑和交通行业标准推荐为桩身完整性检测的标准方法，在行业内得到了普遍的应用。

然而，低应变法用于检测既有基桩，由于上部结构的影响导致信号的分析存在较大的困难，主要体现在：1)上部结构对激振的影响，常规低应变的激振脉冲为钟形脉冲，其对缺陷的反射规律是简单的并且是已知的，受上部结构的影响，无论在桩身还是桩顶上部结构激振，对桩身而言激振不再是钟形脉冲，脉冲的相位波幅等可能发生了较大变化，因此对应的缺陷反射也更加复杂多变而难于识别；2)上部结构和缺陷造成反射的区分。无上部结构时，只是桩身广义阻抗发生变化会产生反射，而既有基桩上部结构也会产生向下的反射，上部结构的反射和缺陷反射叠加在一起，很难区分。

目前国内在这方面也开展一些探索和研究，专利方面主要有“泛频响函数法检测既有建构筑物下高承台桩完整性的方法”(专利公开号:cn103774700a)。该方法是针对既有建构筑物下高承台桩，该方法利用高承台桩露出地表，采用在桩侧对称安装2支应变和2支加速传感器来测出桩身应变和速度响应，运用频响函数分离出上下行波，最后根据分离的上行波判断出桩的缺陷和桩长。

采用“泛频响函数法检测既有建构筑物下高承台桩完整性的方法”部分解决了既有基桩检测遇到的困难，有一定的积极意义，但没有完全消除上部结构对激振的影响，上部结构对激振的影响仍然存在，对缺陷反射的识别依然困难重重。同时检测时，需要对称安装2支力和和2支速度传感器。传感器安装数量较多，设备较为复杂，对数据采集系统要求较高，现场操作繁琐耗时。

我国是一个基建大国，基桩的运用极为普遍，工程结构建成后由于各种原因，需要了解基桩的质量，目前使用低应变法检测既有基桩效果不理想，缺陷信号难于分辨，设备较为复杂，现场操作繁琐耗时，迫切需要发明一种新的方法。

技术实现要素：

为了解决背景技术中存在的问题，本发明提供了一种能够消除上部结构影响的既有基桩完整性检测方法，该方法能够消除上部结构对低应变检测既有基桩时的影响，采集设备简单，结果准确可靠，有较强的工程应用和推广前景。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

1.一种能够消除上部结构影响的低应变检测既有基桩完整性的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)基桩处理；

2)设备安装：在基桩上安装激振块，在激振块下部安装速度传感器；

3)对激振块进行激振，获得合适的脉冲；

4)采集速度传感器的数据，对采集的数据通过数据处理的方式得到消除上部结构影响后的速度波曲线；

5)根据步骤4)得到的速度波曲线确定既有桩存在缺陷的地方。

优选得，所述速度传感器为一个或上下安装的两个。

当速度传感器为一个时，数据处理的方式为：

根据公式v＝v＇+v＇＇＝v＇(t)-δv＇(t-2l1/wc)求得v＇；

其中v为速度传感器采集到的速度波曲线，v＇为激振形成的向下传播的脉冲τ＇形成的速度波，v＇即为消除上部结构影响后的速度波曲线,v＇＇为激振形成的向上传播的脉冲经上部结构反射形成的向下脉冲τ＇＇形成的速度波；δ为脉冲τ＇与脉冲τ＇＇的幅值相差倍数，l1为激振块至桩顶的距离，wc为桩身波速。

当速度传感器为二个时，数据处理的方式为：通过两个传感器分离上下行波，根据弹性杆应力波理论求解得到上行速度波v↑，

根据公式v↑＝v＇↑+v＇＇↑＝v＇(t)↑-δv＇(t-2l1/wc)↑求得v＇↑，其中v＇↑为激振形成的向下传播的脉冲τ＇引起的上行速度波，v＇↑即为消除上部结构影响后的速度波曲线，v＇＇↑为激振形成的向上传播的脉冲经上部结构反射形成的向下脉冲τ＇＇引起的上行速度波；δ为脉冲τ＇与脉冲τ＇＇的幅值相差倍数，l1为激振块至桩顶的距离，wc为桩身波速。

具体得，所述基桩处理是指对基桩顶部开挖：对于基桩全部或部分埋在地基之下的基桩，需开挖基桩周边土体，使得基桩上部1.5m～2.5m左右悬空。

具体得，激振块安装在桩顶以下1～4倍桩径的基桩侧面，传感器安装在激振块下部约一倍桩径距离处。

具体得，当与基桩相连的承台或板的长度和桩径比大于2时，采用扭转波进行激振，激振块与传感器成90°夹角；当与基桩相连的承台或板的厚度与桩径比大于3时，厚度与激振波长比大于2时，采用纵波进行激振。

具体得，步骤5)中，需要对速度波进行低通滤波。

具体得，速度传感器的采样频率不低于100khz。

速度传感器可用加速度传感器替代，当采用加速度传感器时，通过对采集到的加速度数据进行积分后得到速度数据。

本发明的有益效果是：该方法能够将上部结构形成的二次激振完全消除，该方法原理简明，操作简单，相对于其他低应变测试方法，传感器安装数量为一个或两个，采集设备简单，结果准确可靠，有较强的工程应用和推广前景。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明

图1为本发明所述方法的使用的设备安装结构示意图；

图2为本发明所述方法的基桩速度波传播特征线示意图；

图3为实施例1中两个速度传感器采集到的速度波形图；

图4为图3中的速度1经过消除上部结构影响后的速度波形图；

图5为实施例1中消除上部结构影响后的速度上行波图。

具体实施方式

下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步描述：

本发明提供了一种能够消除上部结构影响的低应变检测既有基桩完整性的方法，图1给出了该方法所采用的的设备安装结构示意图，其中：激振块1、第一传感器2、第二传感器3、基桩4、基础5、上部结构6、双通道数据采集仪7，激振块1安装在基桩4桩顶以下1～4倍桩径位置，第一传感器2安装在激振块1下部约一倍桩径距离处，当需要分离上下行波时，在第一传感器2的下方再安装一个第二传感器3，激振块1、第一传感器2和第二传感器3可通过机械固定或胶粘的方式固定在基桩4的侧面。第一传感器2和第二传感器3为速度传感器或者加速度传感器，当采用加速度传感器时，需要将加速度传感器采集的数据经积分处理后得到速度数据。

该方法包括如下步骤：

1)首先对基桩4顶部进行开挖：对于基桩全部或部分埋与地基之下的基桩，需开挖基桩周边土体，使得基桩上部1.5m～2.5m左右悬空。

2)接着在桩顶以下1～4倍桩径位置的基桩侧面安装激振块1；然后在激振块1下部约一倍桩径距离沿测振方向安装一个或两个(需要进行上下行波分离时)速度或加速度传感器；

3)接着采用激振锤对激振块1进行多次激振，获得需要的脉冲；

4)采集速度传感器的数据，采样频率不低于100khz，对采集的数据通过数据处理的方式得到消除上部结构影响后的速度波曲线；

对于有上部结构的既有基桩，由于桩身激振时，激振形成的速度脉冲沿桩身向上和向下同时传播，形成向下传播的脉冲τ＇和向上传播的经过上部结构反射并向下的脉冲τ＇＇，如图2所示，脉冲τ＇和脉冲τ＇＇对激振块1以下的桩身形成双重激振，由于脉冲τ＇＇经过上部结构的反射形成，因此与脉冲波τ＇存在相位延迟2l1/wc，l1为激振块1距离桩顶的距离，wc为桩身波速。根据一维杆应力波理论，如果τ＇和τ＇＇两个脉冲性状相似，幅值成比例，那么这两个脉冲引起反射也是成比例的，脉冲τ＇形成的速度波v＇和脉冲τ＇＇形成的速度波v＇＇也对应成比例。当上部结构满足条件：与基桩相连的承台或板的长度和桩径比大于2时；或与基桩相连的承台或板的长度和桩径比大于3，厚度与激振波长比大于3时，上部结构可以考虑为近似桩顶固接，此时τ＇与τ＇＇方向相反，幅值相差δ倍，因此有：

τ＇＇＝－δτ＇(1)

v＇＇＝－δv＇(2)

当两个激振共同作用时，根据弹性波叠加原理，

v＝v＇+v＇＇(3)其中v为速度传感器采集到的速度波曲线；考虑到τ＇＇比τ＇存在相位延迟2l1/wc，因此有

v＝v＇+v＇＇＝v＇(t)-δv＇(t-2l1/wc)(4)

v通过传感器实测已知，通过上述公式(4)可得v＇，v＇即消除上部结构影响后的速度曲线。

当与基桩相连的承台或板的长度和桩径比大于2时，采用扭转波进行激振，采用扭转波进行激振时，激振块与传感器成90°夹角；当与基桩相连的承台或板的长度和桩径比大于3、厚度与激振波长比大于3时，采用纵波进行激振；

当安装两个传感器时，可分离上下行波。根据弹性杆应力波理论，求解得到上下行波v↓和v↑。

同样有：

v↑＝v＇↑+v＇＇↑＝v＇(t)↑-δv＇(t-2l1/wc)↑(5)

根据上述公式(5)求得v＇↑，即消除上部结构影响后的速度曲线。

6)确定缺陷位置和桩长：上述求得的v＇或v＇↑进行低通滤波，根据速度波v＇或v＇↑确定缺陷位置。

下面提供一个具体实施例

实施例1

某既有基桩，基桩上部板厚为1m，基桩直径0.5m，桩长为10m，激振块设置在距离桩顶以下1m，速度传感器接收位置为桩顶以下分别为1.5m和2.0m，对激振块进行激振后，采集两个速度传感器的数据，得到如图3所示的波形图，速度1为上部速度传感器采集的波形，速度2为下部速度传感器采集的波形，采用本发明的方法，消除上部结构影响后速度1和上行波的波形见图4、5，从图中可知速度传感器1以下4.0m左右有明显同向反射，可以判定为桩身缩颈缺陷。

本领域技术人员将会认识到，在不偏离本发明的保护范围的前提下，可以对上述实施方式进行各种修改、变化和组合，并且认为这种修改、变化和组合是在独创性思想的范围之内的。