建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法与流程

本发明涉及建筑物检测领域，具体而言，涉及一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法。

背景技术：

现有常见的基桩低应检测变方法在桩顶表面施加低能量的瞬态敲击，敲击产生的冲击波沿桩体向下传播，遇到波阻抗变化的介质面或桩底时将产生反射波，根据反射波的信号特性判定桩身质量。

目前，在现有的实心圆形基桩的低应变检测检测方案中存在一些问题：

首先，对于实心圆形基桩的低应变检测，现有基桩检测规范和大多数研究都是采用桩中心敲击，但是，桩中心只是桩顶面极为特殊的一个点，桩中心敲击只是桩顶面任意点敲击的一个特例，也就是说，现有采样方案将敲击点位置局限在桩中心。但是，实际工程中，桩中心是浇筑混凝土的导管的所在位置，由于拔管不当，该处经常出现施工缺陷，此时必须采用偏心敲击。所以，在实际情况中是无法保证中心敲击的。

其次，当实心桩采用偏心敲击，此时，桩身中不仅和中心敲击一样产生了沿竖向传播的纵波，随着桩径的增大，偏心敲击还产生了显著的偏心作用剪切波，并且三维干扰效应也与中心敲击下显著不同的。但是，在目前的基桩低应变的竖向偏心敲击方面的方案中，并没有考虑偏心敲击，更没有考虑如何消除因偏心敲击而产生的特殊的三维干扰信号和偏心作用剪切波。

所以，我们需要一种在桩顶面任意点敲击时都可以有效消除干扰信号的采样方案。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法，以帮助扩大实心桩低应变测试的敲击点选择范围并准确地判断出建筑物实心桩桩体的完整性。

为解决现有实心桩低应变检测中存在的问题，本发明采用的技术方案是：一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法，该建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法应用于建筑物实心圆形桩体，该方法包括步骤：

在建筑物实心桩桩顶表面设置敲击点；

在桩身混凝土泊松比已知的条件下，在建筑物实心桩桩顶表面，与敲击点所在半径成45°和135°的两条半径上的(0.67-0.5υ)R处安设两个信号采集装置作为对建筑物实心桩桩体的测点，其中，υ为桩身混凝土泊松比，R为基桩半径；

在桩身混凝土泊松比未知的条件下，在建筑物实心桩桩顶表面，与敲击点所在半径成45°和135°的两条半径上的钢筋笼半径的2/3处位置安设两个信号采集装置作为对建筑物实心桩桩体的测点；

当接收到在敲击点的敲击动作时，同时获取来自每一信号采集装置的测点信号及得到包含各个测点信号的双速度测试曲线；对双速度曲线进行平均处理得到对该建筑物实心桩桩体的检测结果。进一步，所述建筑物实心桩具体为实心圆形基桩。

进一步，所述敲击动作通过力锤或力棒进行竖向敲击产生。

进一步，所述敲击点位置为：桩顶表面的任意点，包括桩中心。

进一步，所述信号采集装置为探头或传感器。

进一步，所述信号采集装置通过胶水、黄油或橡皮泥等粘性物质粘贴在所述建筑物实心桩桩顶表面上。

进一步，所述信号采集装置连接有对信号采集装置所采集的信号进行处理的信息处理装置。

进一步，所述信息处理装置具体为具有双速度模式的低应变检测仪。

进一步，步骤“当接收到在敲击点的敲击动作时，同时获取来自每一信号采集装置的测点信号及得到包含各个测点信号的双速度测试曲线”具体为：

当信号采集装置接收到在敲击点的一次敲击动作时，与信号采集装置相连接的信息处理装置被触发，信息处理装置同时获取并记录来自位于建筑物实心桩桩顶表面的两个信号采集装置的测点信号并得到相应的双速度测试曲线。

步骤“对双速度曲线进行平均处理得到对该建筑物实心桩桩体的检测结果”具体为：

对通过信息处理装置获取的双速度信号并进行信号平均，生成一条的单一的速度曲线。

本发明公开的实施例提供的技术方案可以包括如下有益效果：本发明的一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法，通过在建筑物实心桩桩体顶面任意点处敲击，利用两个信号采集装置得到与敲击点成45°和135°半径上两个采样点位置的双速度测试曲线，通过对双速度信号的平均处理，可以显著消除因偏心敲击而产生于桩顶部的三维干扰信号和与沿着桩身传播的偏心作用剪切波。信号平均得到的是一条单一信号曲线，它可以帮助更加准确地判断出建筑物实心桩桩体的完整性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举部分实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法的流程示意图；

图2是本发明一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法的结构示意图；

图3是图2所示的结构示意图在混凝土纵波波速4050m/s、泊松比0.28、桩径2.9m、桩长25m、荷载脉宽1.6ms条件下，在桩顶面任意半径的0.75R处敲击，在与敲击点所在半径成45°和135°半径上0.53R处采样的低应变双速度信号平均前后的时程曲线效果示意图。其中，0.53R为将泊松比0.28代入到(0.67-0.5υ)R得到的采样位置；

图4是图2所示的结构示意图在混凝土纵波波速4050m/s、泊松比0.28、桩径2.9m、桩长25m、荷载脉宽1.6ms条件下，在桩顶面任意半径的0R、0.25R、0.55R、0.75R处敲击时，在与敲击点所在半径成45°和135°半径上0.53R处采样的低应变双速度平均信号的时程曲线对比示意图。其中，0.53R为将泊松比0.28代入到(0.67-0.5υ)R得到的采样位置；

图5是混凝土纵波波速4050m/s、泊松比0.28、桩径2.9m、桩长25m、荷载脉宽1.6ms条件下，本发明一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法在桩顶面任意半径的0.75R处敲击，在与敲击点所在半径成45°和135°半径上0.53R处采样的低应变双速度平均信号与现有技术的在桩顶表面中点敲击，距桩中心2/3半径处采样信号的时程曲线对比图；

图6是图2所示的结构示意图的等效示意图；

图7是本发明一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法的替代方案结构示意图；

图8是图7所示的替代方案结构示意图在混凝土纵波波速4050m/s、泊松比0.28、桩径2.9m、桩长25m、荷载脉宽1.6ms条件下，在桩顶表面任意半径的0.53R处敲击，在与敲击点所在半径垂直的直径上，距桩中点0R(桩中点)、0.05R、0.1R、0.15R处采样的低应变信号的时程曲线对比示意图；其中，R为半径，0.53R为将泊松比0.28代入到(0.67-0.5υ)R得到的敲击点位置；

图9是在混凝土纵波波速4050m/s、泊松比0.28、桩径2.9m、桩长25m、荷载脉宽1.6ms条件下，在桩顶任意半径的0.53R处偏心敲击时，图7所示的替代结构示意图在桩中点所采集的信号和图2所示的结构示意图在0.53R处采样的双速度平均信号的时程曲线对比图。其中，0.53R为将泊松比0.28代入到(0.67-0.5υ)R的计算结果。

主要元件符号说明：

100-实截面圆形基桩；200-激振装置(力锤或力棒)；

300-信息采集装置(探头或传感器)；400-信息处理装置(具有双速度模式的低应变检测仪，在替代方案中采用单速度模式)

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和出示的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明在建筑物实心桩在偏心敲击下的低应变双速度信号检测方法的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本发明所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作详细说明。

实施例1

图1是本发明一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法的流程示意图。该建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法应用于建筑物实心桩桩体上，该方法包括以下步骤：

在步骤S11中，在建筑物实心桩桩体顶面上设置敲击点。

具体地，所述建筑物实心桩为实心圆形基桩，所述敲击动作为通过力锤或力棒进行竖向敲击，敲击点可以位于桩顶表面的任意位置，包括桩中心。

在本发明的一实施例中，所述建筑物实心圆形基桩桩体。敲击点位于桩顶表面0.75R处(见图3)。

在本发明的一实施例中，所述建筑物实心圆形基桩桩体。敲击点位于桩顶表面的0R(桩中心)、0.25R处、0.55R处、0.75R处(见图4)。

可以理解，所述建筑物实心桩，除了圆形桩体，还可为其它形状，如方桩和其它多边形实心桩，即只要使用本发明的低应变双速度信号平均检测方法来检测建筑物实心桩体都属于本发明的构思。

在步骤S12中，在桩身混凝土泊松比已知的条件下，在建筑物实心桩桩顶表面，与敲击点所在半径成45°和135°的两条半径上的(0.67-0.5υ)R处安设两个信号采集装置作为对建筑物实心桩桩体的测点，其中，υ为桩身混凝土泊松比，R为基桩半径。

在桩身混凝土泊松比未知的条件下，两个信号采集装置安设在上述两条半径上的钢筋笼半径的2/3处位置；即在建筑物实心桩桩顶表面，与敲击点所在半径成45°和135°的两条半径上的钢筋笼半径的2/3处位置安设两个信号采集装置作为对建筑物实心桩桩体的测点。

具体地，所述信号采集装置为探头或传感器。所述信号采集装置通过胶水、黄油或橡皮泥等粘性物质粘贴在所述建筑物实心桩桩顶表面。在桩身混凝土泊松比已知的条件下，在建筑物实心桩桩顶表面，与敲击点所在半径成45°和135°的两条半径上的(0.67-0.5υ)R处安设两个信号采集装置作为对建筑物实心桩桩体的测点，其中，υ为桩身混凝土泊松比，R为基桩半径。其中，(0.67-0.5υ)R是根据桩土模型在变化材料与几何参数下的大量计算得到的经验计算表达式，实际工程验证表明，该计算式的应用效果较好。此外，在桩身混凝土泊松比未知的条件下，则将两个信号采集装置安设在上述两条半径上钢筋笼半径的2/3处位置，这是由于常见混凝土泊松比变化范围约在0.1～0.35之内，则(0.67-0.5υ)R的变化范围为0.5R～0.62R之间，考虑到钢筋笼的混凝土保护层厚度，这一变化范围实际上更接近钢筋笼半径的2/3处。故而，在桩身混凝土泊松比未知的条件下，将两个信号采集装置安设在与敲击点所在半径成45°和135°的两条半径上的钢筋笼半径的2/3处。

在步骤S13中，当接收到在敲击点的敲击动作时，同时获取来自每一信号采集装置的测点信号及得到包含各个测点信号的双速度测试曲线；

具体地，与所述信号采集装置相连接的，对信号采集装置所采集的信号进行处理的信息处理装置为具有双速度模式的低应变检测仪，如双通道低应变检测仪。在本发明一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法中，由于两个信号采集装置与敲击点的距离不同，为了保证各个测点之间首波入射的时间差及干扰信号的相位差的准确性，必须使用具有双速度模式的低应变检测仪，并且在双速度模式下同时采样。

当接收到在敲击点的一次敲击动作时，通过低应变检测仪，同时获取两个信号采集装置的测点信号及得到相应的双速度测试曲线，多次敲击将采集多个双速度信号。当执行信号保存时，多条双速度信号将被平均成为一条双速度信号，即信号保存时，仪器按照通道(或传感器)为单位进行的信号平均，换言之，信号保存时，仪器自动将同一个探头(或测点)在多次敲击下得到的信号进行平均，其目的是验证信号的可重复性、稳定性，并且消除次生干扰或人为干扰。

在步骤S14中，对双速度曲线进行平均处理得到对该建筑物实心桩桩体的检测结果；

具体地，步骤S14具体包括：对通过信息处理装置获取的包含各个测点信号的双速度测试曲线进行信号平均，生成一条单一的速度曲线。在实际的应用场景中，可在信息处理装置低应变检测仪的信号处理界面将双速度信号中的两条曲线平均，或者将双速度信号导入与低应变检测仪配套的信号分析软件中进行信号平均，也可导出到其它的数据处理软件中进行平均。平均的结果是得到一条平均后的单一速度曲线。

本发明的建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法，通过在建筑物实心桩桩顶表面任意点敲击，在桩顶表面采集相应两个特定测点的双速度信号曲线并平均得到一条单一信号曲线。通过信号的平均来消除产生于与敲击区域的三维干扰信号和与沿着桩身立柱传播的偏心力矩剪切波，从而不仅显著地扩大敲击点的选择范围，而且可以帮助更准确的判断出建筑物实心桩桩体的桩身完整性。

实施例2

图2是本发明一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法的结构示意图。在本实施例中，建筑物实心桩为实心圆形基桩。

激振装置200在实心桩100的桩顶表面任意点处产生偏心敲击动作，在桩身混凝土泊松比未知的条件下，在建筑物实心桩100的桩顶表面，与敲击点所在半径成45°和135°的两条半径上的(0.67-0.5υ)R处，安设两个信号采集装置300作为对建筑物实心桩桩体的测点，其中，υ为桩身混凝土泊松比，R为基桩半径。在桩身混凝土泊松比已知的条件下，则将两个信号采集装置安设在上述两条半径上的钢筋笼半径的2/3处位置；信息处理装置400为具有双速度模式的低应变检测仪，测试模式采用的是双速度模式。

当激振装置200在实心桩100的桩顶表面产生一次敲击动作时，通过传感器和低应变检测仪，可获取一条包含两个测点信号的双速度测试曲线。当激振装置在同一点再次产生敲击动作时，获取第二条包含两条速度曲线的双速度信号，多次敲击将采集多个双速度信号，在信号保存时，仪器按照通道(或传感器)为单位进行的信号平均，我们将得到一个包含两条测试曲线的双速度信号。后续，在信息处理装置低应变检测仪的信号处理界面将双速度信号中的两条曲线平均，或者将双速度信号导入与低应变检测仪配套的信号分析软件中进行信号平均，也可导出到其它的数据处理软件中进行平均。平均的结果是得到一条平均后的单一速度曲线。

请一并参阅图3，图3是图2所示的结构示意图在混凝土纵波波速4050m/s、泊松比0.28、桩径2.9m、桩长25m、荷载脉宽1.6ms条件下，在桩顶面任意半径的0.75R处敲击，在与敲击点所在半径成45°和135°半径上0.53R处采样的低应变双速度信号平均前后的时程曲线效果示意图。其中，0.53R为将泊松比0.28代入到(0.67-0.5υ)R得到的采样位置，平均信号是指将低应变双速度信号中分别对应45°和135°半径上0.53R处的两个单点信号的进行平均得到的信号，其中，“平均”具体是指将横轴(时间轴或桩长)上同一时刻所对应的两个单通道(单点)信的纵坐标轴的数值(竖向速度值)进行平均。

图3表明，与敲击点成45°和135°两个测点的信号平均后，平均信号的三维干扰信号显著减弱并且消除了信号后部的偏心作用剪切波，因此，通过本专利提出的双速度平均法可显著的地消除单通道(单点)信号中的干扰信号，从而帮助更准确的判断出建筑物实心桩桩体的完整性。

请一并参阅图4，图4是图2所示的结构示意图在混凝土纵波波速4050m/s、泊松比0.28、桩径2.9m、桩长25m、荷载脉宽1.6ms条件下，在桩顶面任意半径的0R、0.25R、0.55R、0.75R处敲击时，在与敲击点所在半径成45°和135°半径上0.53R处采样的低应变双速度平均信号的时程曲线对比示意图；注0.53R为将泊松比0.28代入到(0.67-0.5υ)R得到的采样位置。图4表明，本发明提供的一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法，当变化敲击点位置，双速度平均信号的时程曲线的差别较小，测试效果近似一致。所以，本发明提供的一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法，可以显著地扩大敲击点的选择范围。

本发明提出的建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法的原理在于：当在建筑物实心桩桩体顶面敲击，在实心桩桩体中除了产生了沿桩身传播的纵波，在与激振点所在半径成90°夹角的直径所在的竖剖面的两侧，还存在反对称分布的三维干扰波和偏心力矩剪切波。当同时采集与敲击点所在半径成45°和135°半径上特定位置的两个测点的信号并平均，可以最显著地消除后两者的影响。从桩体振动角度的解释为，在建筑物实心桩桩体表面敲击，不仅产生了轴对称的振型，而且产生了非轴对称的振型。当同时采集与敲击点所在半径成45°和135°半径上特定位置的信号并平均，可以最显著地消除非轴对称振型的影响。

图5是混凝土纵波波速4050m/s、泊松比0.28、桩径2.9m、桩长25m、荷载脉宽1.6ms条件下，本发明一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法在桩顶面任意半径的0.75R处敲击，在与敲击点所在半径成45°和135°半径上0.53R处采样的低应变双速度平均信号与现有技术的在桩顶表面中点敲击，距桩中心2/3半径处采样信号的时程曲线对比图。图5表明，与现有方法规定的采样方案相比，在本发明提出的双速度平均信号中的干扰信号显著减弱。

由于在本发明图2所示一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法的结构示意图中，结构以敲击点和桩中点连线所在的竖剖面对称，所以，图2所示方案与图6所示方案的检测结果一致，即，图6是图2所示的结构示意图的等效示意图，相关内容此处不再赘述。

此外，由于结构以敲击点和桩中点连线所在的竖剖面对称，可以进一步将图2所示的结构示意图和与图6所示的等效示意图的两个测点沿着通过敲击点所在直径的竖剖面同时做镜像，镜像后的测点组合得到的测试结果与图2和图6等效。所以，实际工作中，与在实心桩桩顶表面的任意点处敲击相对应的测点的布置有4种组合，即图2和图6所示的测点布置组合及两者做镜像后的测点布置组合。

实施例3

图7是本发明一种建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法的替代方案结构示意图。在本实施例中，建筑物实心桩在为实截面圆形桩。具体为：

在桩身混凝土泊松比已知的条件下，激振装置200在建筑物实心桩100的桩顶表面任意半径上的(0.67-0.5υ)R处产生偏心敲击动作，其中，υ为桩身混凝土泊松比，R为基桩半径；在桩身混凝土泊松比未知的条件下，激振装置200在建筑物实心桩100的桩顶表面任意半径上的钢筋笼半径的2/3处位置产生偏心敲击动作。在建筑物实心桩100的桩顶表面，与敲击点所在半径垂直的直径上，距桩中心左右各0.15R范围内，共0.3R长度的范围内，安设至少一个信号采集装置300作为对建筑物实心桩桩体的测点；该信号采集装置300与信息处理装置400相连接，信息处理装置400为低应变检测仪，并且采用的是单速度模式。

具体的敲击与采样步骤与现有方法一致，此处不再赘述。

请一并参阅图8，图8是图7所示的替代方案结构示意图在混凝土纵波波速4050m/s、泊松比0.28、桩径2.9m、桩长25m、荷载脉宽1.6ms条件下，在桩顶表面任意半径的0.53R处敲击，在与敲击点所在半径垂直的直径上，距桩中点0R(桩中点)、0.05R、0.1R、0.15R处采样的低应变信号的时程曲线对比示意图；其中，R为半径，0.53R为将泊松比0.28代入到(0.67-0.5υ)R得到的敲击位置；图8显示，本发明提供的图8所示的替代方案，当在与敲击点所在半径垂直的直径上，距桩中心左右各0.15R范围内接收的信号，它们的时程曲线的差别较小，测试效果近似一致。其中，R为基桩半径。

请一并参阅图9，图9是在混凝土纵波波速4050m/s、泊松比0.28、桩径2.9m、桩长25m、荷载脉宽1.6ms条件下，在桩顶任意半径的0.53R处偏心敲击，图7所示的替代结构示意图在桩中点所采集的信号和图2所示的结构示意图的在0.53R处采样的双速度平均信号的时程曲线对比图。其中，0.53R为将泊松比0.28代入到(0.67-0.5υ)R的计算结果。

图9表明，本发明提出的双速度平均法及其替代方案测试效果相近，但双速度平均法的采样效果稍优于替代方案。

本发明的建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法，通过在建筑物实心桩桩顶表面任意点敲击，在桩顶表面采集相应两个特定测点的双速度信号曲线并平均得到一条单一信号曲线。通过信号的平均来消除产生于与敲击区域的三维干扰信号和与沿着桩身立柱传播的偏心力矩剪切波，以帮助更准确的判断出建筑物桩体的桩身结构质量及桩底的完整性。

需要指出的是，本发明中信号采集点与敲击点所成角度45°和135°允许有一定范围的偏移，信号采集点在半径上的位置允许有一定范围的偏移，替代方案所给出的敲击点位置允许有一定范围的偏移。

本发明的建筑物实心桩的低应变双速度信号平均检测方法主要针对实心圆形桩，但是同样适用于方形及多边形实心桩，即只要使用本发明的低应变双速度信号平均检测方法来检测的建筑物实心桩都属于本发明的构思。对于未给出的其它实例，本发明所提供的装置相同，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例类似，为简要描述，方法实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，该模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的方法、系统和装置，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，该模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。