一种基桩检测方法及系统与流程

1.本发明涉及基桩检测领域，具体涉及一种基桩检测方法及系统。


背景技术：

2.桩基础是桥梁工程重要的结构组成部分,作用是将上部结构自重及其承受的荷载通过桩土 共同作用传递到桩周和桩底岩土中，若桩身存在缺陷，则不利于基桩承载力的发挥，因此， 桥梁竣工前需进行一次基桩质量检测。
3.在基桩服役之后，现有检测机构往往是只针对上侧的道路进行检测，而很少再对基桩的质 量状况进行跟踪检测，因此无法保证服役后基桩不再发展缺陷且承载力满足设计要求。相关 资料表明，大部分既有桥梁结构损坏都与其基桩缺陷有关；
4.由于桥梁上部结构的存在，传统的既有基桩检测技术效果甚微甚至无法开展。高应变、跨 孔超声等技术，无法在既有基桩中开展检测工作；钻芯法费时费力，且只能在桥面开始取芯， 非必要不会施工；其它物探勘查类技术，如跨孔ct扫描、旁孔透射法、地质雷达法等理论 可行，但实际上桩周土的干扰影响较大，效果不尽人意。国内外不少专家学者针对低应变法 进行了改进，但上下行波的相互叠加作用使得波形分析极其复杂。双速度法理论上可以针对 上下行波进行分离，但是前提条件太过理想，而且单一道信号分析代表性较差，实际检测结 果往往不太理想。
5.因此，既有桥梁基桩的定期检测的重要性不言而喻；急需一种对基桩结构损伤较小、检测 结果直观理想的检测方案。


技术实现要素：

6.本发明旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种基桩检测方法及系统，以解决低 应变测量在服役基桩的检测难题。
7.本发明采取的技术方案是：一种基桩检测方法，用于检测服役基桩的缺陷，包括：
8.在基桩的第一侧设定激振点/激振面；
9.对激振点/激振面施加瞬态激振力，以产生应力波并传输至基桩的第二侧；
10.在基桩的第二侧的至少两个信号点上接收所述应力波，并对所有的应力波进行分析，以 得出所述基桩的结构特性并确定基桩缺陷的存在及其位置。传统的低应变法在对基桩进行测 量时，往往是测量刚刚浇筑成型固化后的基桩，其顶端结构往往容易得出上端面，从而通过 敲击进行测量，但是针对各种服役基桩的检测时，其顶端往往已经负载多种结构，如墩柱等； 需要对基桩进行检测时，并不能很好地获取相应的顶端激振面或者是工作面，因此，本发明 通过改进低应变法的测量方式，将接近不可能应用的顶端工作面改进成设置在基桩一侧上的 激振点或激振面，同时，在低应变法的测量公式不适用于一侧激振面激振的情况下，本发明 进一步通过将应力波的反射信号通过多点收集的方式，由于传统低应变法依赖于单根曲线的 显示，存在除基桩响应以外的干扰误判，而此时多点传感应力波的测量方式即可减少所述的 干扰因素；在具体的应力波测量时，对于桩顶自由的桩基，
在施加瞬态激振力后，将在激振 点上产生半球面波，经过一定空间的传播后，以平面波的形式传播向上或向下传播，因此， 应力波会沿着墩柱向上传播，同时会沿着基桩向下传播，在经过墩柱顶面或基桩底面时则进 行反射，使应力波的方向翻转，在传播过程中，应力波的能量逐渐消耗；由于基桩和传感器 的空间位置关系，基桩桩身及桩底反射回来的应力波总是上行波，因此，上行波信号蕴含着 基桩结构特性信息，是本发明致力追求的结果；由于应力波向上传播的过程中，应力波(包 括首波)被传感器接收，位置越高的传感器传播距离越长，接收应力波(首波)的时间越长， 反射波曲线图上表现为波峰位置后移；应力波向下传播的过程中，应力波被传感器接收，位 置越高的传感器传播距离越短，接收应力波的时间越短，反射波曲线图上表现为波峰位置前 移。由于传感器沿墩柱高度方向等距布设，因此相邻曲线之间波峰后移/前移的时间是一致的， 在低应变剖面图上进一步表现为：多条曲线中同一桩身结构的反射波形成具有相同斜率的反 射波同相轴。通过斜率的正负可进一步分析应力波性质，即：低应变剖面图上的同相轴斜率 为负时即为上行波；低应变剖面图上的同相轴斜率为正时即为下行波。同相轴斜率的正负差 异就是上下行波的特征差异，这个差异便是分离上下行波的基础；而分离出来的上行波是分 析基桩桩身缺陷特性及桩底位置的基础。
11.进一步的，所述剖面数据包括剖面图，所述剖面图为二维图，所述剖面图的轴向数据包 括：深度参数和信号点数量，用以显示多个信号点上设置的传感器在同一时间段内获取的低 应变曲线，所述低应变曲线包括应力波在基桩结构传播时遇到的反射阻抗，该反射阻抗在剖 面图上表示为同相轴。
12.优选的，设定激振点/激振面，包括：
13.当在垂直于基桩高度方向具有一水平面，设定所述水平面为激振面，激振力在所述激振 面的落点为瞬态激振点；
14.当基桩结构不具有所述水平面时，定位一测量高度，在基桩的测量高度位置开设底部与 所述测量高度齐平的激振槽，设定所述激振槽底面为激振面，激振力在所述激振面的落点为 瞬态激振点。
15.在本实施方式中，通过设定现有的水平面，通常是指突出于基桩一侧的结构，如系梁、 墩柱顶面或底面等，其往往具有可以直接激振的水平面，在水平面上即可直接设定激振点， 设定激振面/激振点后，直接可以通过现场测量的方式或后续剖面数据中分析得出激振面的高 度数据。
16.优选的，确定瞬态激振点/激振面，包括：
17.使基桩第一侧上的所述瞬态激振点/激振面高度与其第二侧上的高度最低的传感器齐平； 和/或，使所述瞬态激振力的方向与所述基桩的高度方向垂直。在本实施方式中，将激振力 的受力点与第一个传感器的位置齐平，使得激振力瞬间，在激振点上共振的阻抗即可被传感 器收集获取，在所述剖面图上可以直接观察到多条在经过深度0m的反射阻抗，方便于实验 人员直接观察到基于激振点上的信号变化，可以直接定义观察窗口的起点，相应地，若第一 个传感器与激振点不在同一高度时，其在激振点上的反射阻抗存在一定的延迟，而无需进一 步跳过或截取所述延迟占用的显示空间，更符合操作人员的使用习惯；将激振力的方向设置 成与基桩的高度方向相同时，可以实现应力波在基桩的传递方向与传感器在高度方向的分布 相对应，使得应力波信号方可转换为相应的同相轴分布。
18.优选的，在基桩第一侧上设定瞬态激振点/激振面，包括：
19.在基桩的第一侧以预设的平均速度和/或预设的激振力度敲击所述基桩，以使所述基桩产 生应力波并传输至基桩的第二侧，或，每次以不同的平均速度和/或不同的激振力度敲击基桩 的同一位置，以使所述基桩产生应力波并传输至基桩的第二侧；
20.和/或；
21.每次在所述基桩的第一侧的不同位置上敲击基桩，以使所述基桩产生应力波并传输至基 桩的第二侧。在本实施方式中，通过在第一侧设定激振点或激振面用以产生应力波，本发明 所指的第一侧是指在基桩的一个侧面上，选定激振的合适位置，进而在激振开设一个用于激 振的“工作面”，使得相应的激振装置可以提供激振力，这个工作面只需要在基桩的侧面定 好高度后，开设有一个槽结构，使得激振面是可以进一步测量出高度即可，用于后续应力波 在测量时可以提供一个具体的理论工作面参考，更适用于服役基桩结构的检测；其中，激振 力的施加可以按照一个预设的平均速度敲击激振面或者是一种预设的加速度进行，使得在激 振的应力波图形可以被直接获取而无需其他信号放大器等元件进一步辅助；在本实施方式中， 还包括：通过设定多种不同的激振力，使得在同一基桩测量时，可以明显地对比各种不同程 度的应力波在相同的深度位置上的应力波阻抗位置，排除掉杂波干扰反射，这种不同程度的 敲击激振力在实验可以根据实际情况下进行选择，本发明旨在提供参考的工作方案，不作为 本发明限定的具体某种测量实验的具体方案。
22.优选的，在基桩的第二侧的至少两个信号点上接收所述应力波，包括：沿基桩高度方向 等距设置30-60个信号点，相邻两个信号点的间距为10～30cm。在本发明的一个实施方式中， 考虑到上下行波分离的方式，本发明进一步将信号点的接收位置设置为沿高度方向，此时， 若干信号点接收相应的应力波时则具有一定的时间差，这个时间差是由其间距大小决定的， 将间距设置为等距时，则可以进一步保证：首波波峰后移的距离也是一致的，在设置多个低应 变检测组合而成的低应变剖面时，多个信号点接收的应力波信号在剖面图上的显示为走向向下的 同相轴，斜率为负，经桩身传播后反射回来的应力波也是上行波，同理可得，同一个桩身位置的 应力反射波在低应变剖面图上也能形成同相轴，且斜率和首波同相轴一样；当基桩一侧设有其他 组合的结构时，如盖梁，则应力波向上传播时，经盖梁反射，反射波先被最高处传感器接收，随 后从高到低依次被传感器接收，位置越高的传感器接收盖梁反射波的时间越短，反射波曲线图上 表现为盖梁反射波波峰前移。在低应变剖面图上形成走向向上的同相轴，斜率为正；因此，沿高 度方向等距设置的若干信号点实现多个应力波测量或低应变曲线在剖面图上的同轴显示，并且具 有明显的同相轴斜率差异，这个差异便是分离上下行波的基础。
23.优选的，在基桩的第二侧上接收所述应力波，并对应力波进行分析确定所述基桩的结构 特性，包括：
24.在基桩的第二侧接收所述应力波，经模数转换并记录所述应力波的速度信号；
25.将上述所有信号接收点记录的速度信号组合成矩阵数列，经程序转换整合成低应变剖面 数据；
26.通过分析所述低应变剖面数据，确定所述基桩的结构特性，包括：
27.所述剖面数据包括低应变剖面图以及在同一低应变剖面图上的若干上行波同相轴和下 行波同相轴，若上行波同相轴会有相反斜率的下行波同相轴与之靠近直至相交，则
该上行波 同相轴对应的深度用以表示桩身的结构位置；
28.和/或，所述低应变剖面数据进行radon变换，用以分离出上行波剖面图，根据上行波剖 面图中的反射波同相轴，分析桩身缺陷特性或桩底位置。在本实施方式中，在信号点获取了 应力波后，通过radon变换获取剖面图后，在剖面图的基础上进一步分析桩身的结构特性， 其中，基于上述在同相轴走向向下排列的多个应力波信号的基础上，由于其存在上下行波同 时显示在剖面图上，不利于对基桩结构的分析，因此，本发明进一步考虑到了radon变换的 性质，通过线性radon变换将将时间域的地震数据转化τ-p域(τ为应力波双程旅行时间, p为同相轴斜率)，由于数据中的上行波和下行波同相轴近似线性且具有相反符号的斜率,在 τ-p域内数据“将表现为具有相同斜率且过原点的射线”。再通过简单的滤波算子对原点左 边和右边的射线进行切除。滤除完后，保留需要的数据，再通过反变换得到仅有上行波的地 震数据，随后再进行radon逆变换得出相应的上行波剖面数据，每一条上行波剖面图中的上 行波反射同相轴对应的深度，反应不同的桩身结构，结合桩身之前的施工参数对比，即可获 取桩身的结构特性。
29.进一步的，对应力波进行分析，包括：
30.根据所述瞬态激振装置在所述基桩上施加瞬态激振力时的应力波信号，进行局部窗口截 波，得到一个周期的响应信号；
31.基于所述响应信号，将响应信号模数转换为数字信号，由数字信号转换为地震剖面sgy 数据；
32.对所述地震剖面sgy数据进行radon变换，以分离出上行波剖面数据；
33.通过radon逆变换将上行波剖面数据转换为上行波剖面图，以得出基桩的结构特性。
34.基于所述一种基桩检测方法，为进一步实施该方法，本发明还包括一种基桩检测系统， 包括：
35.激振发生装置：用于在基桩第一侧施加瞬态激振力，以使基桩响应产生应力波信号；
36.激振接收装置：用于在基桩第二侧若干信号点上接收所述瞬态激振力的应力波信号，分 析基桩的结构特性。
37.优选的，所述激振接收装置包括：传感器、模数转换模块、数据处理模块；
38.传感器：与所述模数转换模块连接，用于在所述基桩的第二侧接收电信号并所述电信号 模数转换为数字信号；
39.模数转换模块，与所述数据处理模块连接，用于接收所述数字信号并对所述数字信号进 行分析得到所述剖面数据，根据所述剖面数据得出基桩的缺陷及缺陷所在的位置。
40.优选的，所述模数转换模块包括sgy模块、radon模块、显示模块，所述sgy模块用于将 所述数字信号转换为sgy剖面数据，所述radon模块用于将所述sgy剖面数据整合成矩形数 列，所述矩阵数列通过radon模块的radon变换后，分割成上行反射波信号剖面和下行反射 波信号剖面，所述显示模块用于显示所述上行反射波信号剖面和下行反射波信号剖面。
41.优选的，所述激振发生装置包括激振锤，用于施加激振力在基桩上，以获取在基桩第二 侧上的应力波信号。
42.优选的，所述基桩设有信号点，所述激振测量装置还包括传感器、动侧仪，所述传
感器 设于信号点上，所述动侧仪设有所述模数转换模块，所述动侧仪连接所述数据处理模块、所 述显示模块，用于保存并显示激振后的剖面数据。
43.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
44.1)所述的检测方法或系统选择在墩柱或系梁上激振，对工作面要求较低，更好地适应了 既有或服役基桩的检测；
45.2)在多个信号点上进行测量，通过控制各个信号点的位置分布，使激振力产生的应力波 可以一次性在多个信号点收集反射波信号，可避免实验带来的偶然误差，特别是沿基桩等距 分布的设置，使得多个信号在低应变剖面图上显示走向相同的同相轴，视图更为简单直观；可 以直观清晰地观察反射波信号的规律，或直接得出基桩缺陷位置所在；
46.基于radon变换分离上下行波，在最大程度上剔除上部结构(盖梁、系梁、墩柱等)带 来的下行波信号干扰；同时保留了上行波信号，可以更直接地进行反射波信号分析。
附图说明
47.图1为本发明的一种基桩检测方法的流程图。
48.图2为本发明的一种基桩检测方法的应力波信号分析方法的流程图。
49.图3为本发明的一种示例性完整基桩的原始波-剖面图。
50.图4为本发明的缺陷基桩的结构图。
51.图5为本发明的完整基桩的原始波-剖面图。
52.图6为图5的radon变换域图。
53.图7为滤波后的图5的上行波剖面图。
54.图8为滤波后的图5的下行波剖面图。
55.图9为本发明的缺陷基桩的原始波-剖面图。
56.图10为图9的radon变换域图。
57.图11为图10经滤波和radon逆变换后的上行波-剖面图。
58.图12为图10经滤波和radon逆变换后的下行波-剖面图。
59.图13为断桩模型的原始波-剖面图。
60.图14为图13的radon变换域图。
61.图15为图13经滤波和radon逆变换后的下行波-剖面图。
62.图16为经滤波和radon逆变换后的上行波-剖面图。
63.图17为扩径模型的原始波-剖面图。
64.图18为经radon变换、滤波、radon反变换后的上行波-剖面图。
具体实施方式
65.本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例， 附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说， 附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。实施例1
66.如图1所示，一种基桩检测方法，用于检测服役基桩的缺陷，包括
67.在基桩的第一侧设定激振点/激振面；
68.对激振点/激振面施加瞬态激振力，以产生应力波并传输至基桩的第二侧；
69.在基桩的第二侧的至少两个信号点上接收所述应力波，并对所有传感器接收到的应力波 进行分析，以得出所述基桩的结构特性并确定基桩缺陷的存在及其位置。在本实施方式中， 传统的低应变法在对基桩进行测量时，往往是测量刚刚成型固化后的基桩，其顶端结构往往 容易得出上端面，从而通过敲击进行测量，但是针对各种服役基桩的检测时，其顶端往往已 经负载多种结构，如桥梁等，需要对基桩进行检测时，并不能很好地获取相应的顶端激振面 或者是工作面，因此，发明人通过改进低应变法的测量方式，将接近不可能应用的顶端工作 面改进成设置在基桩一侧上的激振点或激振面，同时，在低应变法的测量公式不适用一侧激 振面激振的情况下，本发明进一步通过将应力波的反射信号通过多点收集的方式，针对相应 的传统低应变法依赖于单根曲线的缺陷，存在除除基桩响应以外的干扰误判下，通过多个信 号点接收应力波的测量方式即可减少所述的干扰因素；在具体的应力波测量时，对于桩顶自 由的桩基，在施加瞬态激振力后，将在激振点上产生半球面波，经过一定时间和空间的传播 后，以平面波的形式传播向上或向下传播，因此，应力波会沿着墩柱向上传播，同时会沿着 基桩向下传播，在经过基桩顶面或底面时则进行发射，使应力波的方向翻转，根据应力波的 传递方向包括反射后的传递方向分为上下行波；上行波信号蕴含着基桩结构特性信息，是本 发明致力追求的结果。由于应力波向上传播的过程中，应力波(包括首波)被传感器接收， 位置越高的传感器传播距离越长，接收应力波(首波)的时间越长，反射波曲线图上表现为 波峰位置后移；应力波向下传播的过程中，应力波被传感器接收，位置越高的传感器传播距 离越短，接收应力波的时间越短，反射波曲线图上表现为波峰位置前移。由于传感器沿墩柱 高度方向等距布设，因此相邻曲线之间波峰后移/前移的时间是一致的，在低应变剖面图上进 一步表现为：多条曲线中同一桩身结构的反射波形成具有相同斜率的反射波同相轴。通过斜 率的正负可进一步分析应力波性质，即：低应变剖面图上的同相轴斜率为负时即为上行波； 低应变剖面图上的同相轴斜率为正时即为下行波。同相轴斜率的正负差异就是上下行波的特 征差异，这个差异便是分离上下行波的基础；而分离出来的上行波是分析基桩桩身缺陷特性 及桩底位置的基础。
70.进一步的，定义所述基桩的第一侧面、第二侧面，所述第一侧面与所述第二侧面至少存 在公共边。本实施方式，第一侧和第二侧的定义方式区别信号点与激振点在水平轴向的位置， 使其在水平轴向存在一定的长度差异；所述的水平轴向是相对于基桩的高度方向而言；其中， 至少存在公共边包括：
71.当基桩的整体结构为方型或不规则直面，第一侧为方型结构或不规则直面的一侧面，第 二侧为方型结构或不规则直面的另一侧面；
72.当基桩的整体结构为圆柱型或曲面型时，第一侧为所述圆柱侧面或曲面型的一部分，所 述第二侧为圆柱侧面或曲面型的另一部分。
73.进一步的，所述剖面数据包括剖面图，所述剖面图为二维图，所述剖面图的轴向数据包 括：深度参数和信号点数量，用以显示多个信号点上设置的传感器在同一时间段内获取的响 应曲线，所述响应曲线包括应力波在基桩结构传播时遇到的反射阻抗。
74.进一步的，设定激振点/激振面，包括：
75.当在垂直于基桩高度方向具有一水平面，设定所述水平面为激振面，激振力在所述激振 面的落点为瞬态激振点；
76.当基桩结构不具有所述水平面时，定位一测量高度，在基桩的测量高度位置开设底部与 所述测量高度齐平的激振槽，设定所述激振槽底面为激振面，激振力在所述激振面的落点为 瞬态激振点。在本实施方式中，通过设定现有的水平面，通常是指突出于基桩一侧的结构， 如系梁、墩柱顶面或底面等，其往往具有可以直接激振的水平面，在水平面上即可直接设定 激振点，设定激振面/激振点后，直接可以通过现场测量的方式或后续剖面数据中分析得出激 振面的高度数据。
77.优选的，确定瞬态激振点/激振面，包括：
78.使基桩第一侧上的所述瞬态激振点/激振面高度与其第二侧上的高度最低的传感器齐平； 和/或，使所述瞬态激振力的方向与所述基桩的高度方向齐平。在本实施方式中，将激振力 的受力点与第一个传感器的位置齐平，使得激振力瞬间，在激振点上共振的阻抗即可被传感 器收集获取，在所述剖面图上可以直接观察到多条在经过深度0m的反射阻抗，方便于实验 人员直接观察到基于激振点上的信号变化，可以直接定义观察窗口的起点，相应地，若第一 个传感器与激振点不在同一高度时，其在激振点上的反射阻抗存在一定的延迟，而无需进一 步跳过或截取所述延迟占用的显示空间，更符合操作人员的使用习惯；将激振力的方向设置 成与基桩的高度方向相同时，可以实现应力波在基桩的传递方向与传感器在高度方向的分布 相对应，使得应力波信号方可转换为相应的同相轴分布。
79.优选的，在基桩第一侧上设定瞬态激振点/激振面，包括：
80.在基桩的第一侧以预设的平均速度和/或预设的激振力度敲击所述基桩，以使所述基桩产 生应力波并传输至基桩的第二侧，或，每次以不同的平均速度和/或不同的激振力度敲击基桩 的同一位置，以使所述基桩产生应力波并传输至基桩的第二侧；
81.和/或；
82.每次在所述基桩的第一侧的不同位置上敲击基桩，以使所述基桩产生应力波并传输至基 桩的第二侧。在本实施方式中，通过在第一侧设定激振点或激振面用以产生应力波，本发明 所指的第一侧是指在基桩的一个侧面上，选定激振的合适位置，进而在激振开设一个用于激 振的“工作面”，使得相应的激振装置可以提供激振力，这个工作面只需要在基桩的侧面定 好高度后，开设有一个槽结构，使得激振面是可以进一步测量出高度即可，用于后续应力波 在测量时可以提供一个具体的理论工作面参考，更适用于服役基桩结构的检测；其中，激振 力的施加可以按照一个预设的平均速度敲击激振面或者是一种预设的加速度进行，使得在激 振的应力波图形可以被直接获取而无需其他信号放大器等元件进一步辅助；在本实施方式中， 还包括：通过设定多种不同的激振力，使得在同一基桩测量时，可以明显地对比各种不同程 度的应力波在相同的深度位置上的应力波阻抗位置，排除掉杂波干扰反射，这种不同程度的 敲击激振力在实验可以根据实际情况下进行选择，本发明旨在提供参考的工作方案，不作为 本发明限定的具体某种测量实验的具体方案。
83.进一步的，在基桩的第二侧的至少两个信号点上接收所述应力波，包括：沿基桩高度方 向等距设置30-60个信号点，相邻两个信号点的间距为10～40cm；；
84.和/或，
85.当基桩具有墩柱和桩身时，所述墩柱和桩身之间的端面为桩柱结合面，最低处的信号点 与所述桩柱结合面在同一高度，所述瞬态激振点位于所述桩柱结合面外侧；
86.当基桩一侧具有盖梁时，最低处的信号点与所述盖梁的顶部在同一高度。在本发
明的一 个实施方式中，考虑到上下行波分离的方式，本发明进一步将信号点的接收位置设置为沿高 度方向，此时，若干信号点接收相应的应力波时则具有一定的时间差，这个时间差是由其间 距大小决定的，将间距设置为等距时，则可以进一步保证：首波波峰后移的距离也是一致的， 在设置多个低应变测量结合的剖面时，多个信号点接收的应力波信号在剖面图上的显示为走向向 下的同相轴，斜率为负，经桩身传播后反射回来的应力波也是上行波，同理可得，同一个桩身位 置的应力反射波在低应变剖面图上也能形成同相轴，且斜率和首波同相轴一样；当基桩一侧设有 其他组合的结构时，如盖梁，则应力波向上传播时，经盖梁反射，反射波先被最高处传感器接收， 随后从高到低依次被传感器接收，位置越高的传感器接收盖梁反射波的时间越短，反射波曲线图 上表现为盖梁反射波波峰前移。在低应变剖面图上形成走向向上的同相轴，斜率为正；因此，沿 高度方向等距设置的若干信号点实现多个应力波测量或低应变曲线在剖面图上的同轴显示，并且 具有明显的同相轴斜率差异，这个差异便是分离上下行波的基础。
87.如图2所示，优选的，在基桩的第二侧上接收所述应力波，并对应力波进行分析确定所 述基桩的结构特性，包括：
88.在基桩的第二侧接收所述应力波，并将所述应力波转换为响应信号；
89.将所述响应信号模数转换为数字信号，将数字信号整合成剖面数据；
90.通过radon变换分析剖面数据，结合基桩外部测量参数据，确定所述基桩的结构特性， 包括：
91.所述剖面数据包括低应变剖面图以及在同一低应变剖面图上的若干上行波同相轴和下 行波同相轴，若上行波同相轴会有相反斜率的下行波同相轴与之靠近直至相交，则该上行波 同相轴对应的深度用以表示桩身的结构位置。在本实施方式中，在信号点获取了应力波后， 基于上述在同相轴走向向下排列的多个应力波信号的基础上，由于其存在上下行波同时显示 在剖面图上，不利于对基桩结构的分析，因此，本发明进一步考虑到了radon变换的性质， 通过线性radon变换将将时间域的地震数据转化τ-p域(τ为应力波双程旅行时间,p为 同相轴斜率)，由于数据中的上行波和下行波同相轴近似线性且具有相反符号的斜率,在τ-p 域内数据“将表现为具有相同斜率且过原点的射线”。再通过简单的滤波算子对原点左边和右 边的射线进行切除。滤除完后，保留需要的数据，随后再进行radon逆变换得出相应的上行 波剖面数据。
92.进一步的，对应力波进行分析，包括：
93.根据所述瞬态激振装置在所述基桩上施加瞬态激振力时的应力波信号；
94.基于所述响应信号，将响应信号模数转换为数字信号，由数字信号转换为sgy数据；
95.对所述sgy数据进行radon变换，以分离出上、下行波各自的τ-p域数据；
96.通过radon逆变换将上、下行波τ-p域数据转换为上、下行波剖面图，分析上行波剖面 图得出基桩的结构特性。
97.基于所述一种基桩检测方法，本发明为进一步实施该方法，提供了一种基桩检测系统， 包括：
98.激振发生装置：用于在基桩第一侧施加瞬态激振力，以使基桩响应产生应力波信号；
99.激振接收装置：用于在基桩第二侧若干信号点上接收所述瞬态激振力的应力波信号，分 析基桩的结构特性。
100.优选的，所述激振接收装置包括：传感器、模数转换模块、数据处理模块；
101.传感器：与所述模数转换模块连接，用于在所述基桩的第二侧接收电信号并所述电信号 模数转换为数字信号；
102.模数转换模块，与所述数据处理模块连接，用于接收所述数字信号并对所述数字信号进 行分析得到所述剖面数据，根据所述剖面数据得出基桩的缺陷及缺陷所在的位置。
103.优选的，所述模数转换模块包括sgy模块、radon模块、显示模块，所述sgy模块用于 将所述数字信号转换为sgy数据，所述radon模块用于将所述sgy数据转换为剖面数据，所 述数字信号通过radon模块的radon变换后，分割成上行反射波信号剖面和下行反射波信号 剖面，所述显示模块用于显示所述上行反射波信号剖面和/或下行反射波信号剖面。
104.优选的，所述激振发生装置包括激振锤，用于施加激振力在基桩上，以获取在基桩第二 侧上的应力波信号。
105.优选的，所述基桩设有信号点，所述激振测量装置还包括传感器、动侧仪，所述传感器 设于信号点上，所述动侧仪设有所述模数转换模块，所述动侧仪连接所述数据处理模块、所 述显示模块，用于保存并显示激振后的剖面数据。
106.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
107.在多个信号点上进行测量，通过控制各个信号点的位置分布，使激振力带来的应力波一 次性在多个信号点收集多个反射波信号，可避免实验带来的偶然误差；
108.所述的检测方法或系统选择在墩柱或系梁上激振，对工作面要求较低，更好地适应了既 有或服役基桩的检测；
109.通过将多个信号之间的应力波数据转化为剖面数据，可以直观清晰地观察反射波信号的 规律，或直接得出基桩缺陷位置所在；
110.基于radon变换分离上下行波，在最大程度上剔除上部结构(盖梁、系梁、墩柱等) 带来的下行波信号干扰；同时保留了上行波信号，更直接地进行反射波信号分析。
[0111][0112]
实施例2
[0113]
基于实施例1所述的基桩检测方法和系统，实施例2提供一种更具体基桩和缺陷 的检测示例；利用多个传感器接收响应信号，将其以剖面图的形式显示，即反射波曲线 顺时针转置90
°
，波峰部分黑色填充，得到低应变剖面图。图3为40道低应变曲线绘 制的剖面图，可以看出反射波同相轴很清晰地表现出了桩顶和桩底位置，这种基桩评判 的依据不再依赖于单根曲线，而是基于多条曲线的共同特征来分析，因此可以减少除基 桩响应以外的干扰带来的误判。
[0114]
基于实施例1所述的基桩检测方法或检测系统，参考图3，图3为一种示例性激振后的 原始波-剖面记录，针对该原始波中，可以见其具有明显的走向分布，在最顶侧的一个直线走 向中，其明显为走向向下、斜率为负的反射阻抗，根据实施例1的内容，其为上行波剖面数 据内容，在该直线下的另一直线中，其明显为走向向上、斜率为正的反射阻抗，同理推测， 其为下行波剖面数据；而本发明旨在获取相应的上行波剖面数据；
[0115]
因此，在对模拟的完整基桩进行激振时，通过建立实际工程中常见的既有基桩模
型，并 进行有限元数值仿真分析。采用ansys软件的显式动力分析模块，模型桩尺寸见表1，示意 如图4，分别对有无桩身缺陷的情况进行正演模拟。表1模型桩尺寸信息(单位：m) 桩型桩长//桩径缺陷位置墩柱尺寸盖梁尺寸无缺陷摩擦桩23/1.4\8*φ1.312*1.4*1.4缺陷摩擦桩23/1.4桩顶以下15.5-16.5m8*φ1.33.8*1.4*1.4
[0116][0117]
具体的，基桩结构包括：底桩、墩柱、盖梁，在所述墩柱直径小于所述底桩，所述底桩 上设置所述墩柱，所述墩柱上承载所述盖梁，所述墩柱与所述底桩之间为激振面，对比例的 底桩设有缺陷，该缺陷为缺陷摩擦桩，缺陷处相较于桩身的正常直径较小，体现为一种缩径 的不利于缺陷，第一个传感器位置与激振点齐高且夹角呈90
°
，沿墩柱高度方向布设40个 传感器，相邻传感器间距0.2m，在该激振面上施加一次激振力，通过传感器连接的动侧仪 获取应力波信号，
[0118]
具体的，所述基桩包括桩身、墩柱、在桩身和墩柱之间的桩柱结合面，本发明中激振的 空间关系为，激发点位于基桩顶端桩柱结合面的位置，信号接收点在墩柱上设置，因此激发 点位置不高于信号接收点，即应力波被激发时，仅有传播至墩柱的应力波才被接收。而在墩 柱传播的应力波包括两种：一、桩身及桩底反射回来的上行应力波；二、墩柱及盖梁反射回 来的下行应力波。为进一步分析，信号接收点的从下往上接收为顺序接收，信号接收点的从 上往下接收为逆序接收。因此，在通过程序转换形成低应变剖面图后，上行波为负斜率的同 相轴，下行波为正斜率的同相轴。
[0119]
以图8为例，在墩柱传播的上述两种波有先后传播顺序，先论述首波传播特性：应力波 激发后，有一部分能量向上在墩柱传播，随着传播距离增大，逐次被传感器顺序接收，在低 应变剖面图上形成第一条负斜率反射波同相轴，其对应的深度为0m，应力波继续向上传播 至盖梁，直至反射回来变成下行波，下行波向下在墩柱传播并被传感器逆序接收，在低应变 剖面图上形成第一条正斜率反射波同相轴，其对应的深度为9.5m；
[0120]
桩身结构反射波(包括桩身缺陷反射波和桩底反射波，本次仅论述桩底反射，桩身缺陷 反射同理)传播特性：应力波激发后，有一部分能量向下在桩身传播，遇到桩底时发生反射， 应力波开始向上传播，直至传播至墩柱，并逐次被传感器顺序接收，在低应变剖面图上形成 第二条负斜率反射波同相轴，其对应的深度为15.5m，应力波继续向上传播至盖梁，直至反 射回来变成下行波，下行波向下在墩柱传播并被传感器逆序接收，在低应变剖面图上形成第 二条正斜率反射波同相轴。
[0121]
因此，当应力波向上在墩柱传播时，顺序接收了上行波信号，此时应力波必然还要继续 向上传播，经盖梁顶反射回来，再向下传播，然后再被传感器逆序接收。这两次被传感器接 收到的信号随着传感器布设高度增大，顺序接收的时间增加，逆序接收的时间减少，在低应 变剖面图上表现为同相轴不断靠近。同时，有且仅当墩柱有上行波传播时才有此现象发生， 这为通过低应变剖面图直接分析桩身完整性提供了必要依据。
[0122]
具体分析如下：
[0123]
完整的基桩模型获取的原始剖面图如图5所示，通过进一步radon变换分析：
[0124]
若有n道应力波曲线，则线性radon变换正变换为：
[0125][0126]
d(t，x)表示地震数据，x为偏移距，t为双程旅行时；u(τ，q)为radon域数据，τ是 时间截距，q表示曲线的曲率。
[0127]
经radon变换后，设τ-p域中共有m道数据，radon变换域图如图6所示，经 radon变换形成的τ-p域中，地震剖面表现为过原点的射线，即：相同斜率的同相轴会在τ-p 域中映射成一个区域，甚至一个点。
[0128]
通过简单的滤波算子对原点左边和右边的射线进行切除；
[0129]
其中，滤波算法为：
[0130][0131]
式中λ为p；通过滤波可以决定保留或者滤除相应的反射波同相轴。
[0132]
其对应滤波后的数据域的反变换为：
[0133][0134]
其剖面结果如图7所示，可见，radon分离后的剖面图形中，在深度为23m处有一个明 显的反射阻抗，在激振面往下的底桩结构中，在23m深度刚好有一反射阻抗，其表示底桩结 构并无缺陷；
[0135]
相应地，图8表示缺陷基桩的原始剖面图，图9表示缺陷基桩的radon变换域图，图10 表示缺陷基桩的经滤波算法滤除和反变换后的下行波剖面图；图11表示缺陷基桩的上行波剖 面图，对比完整基桩的剖面图和radon变换域图可以发现：
[0136]
由图5和图8可得，反射波同相轴有明显的正负斜率之别，且上下行波的斜率绝对值一 致。缺陷波在道号较小的区域被下行波掩盖，在道号较大的区域才有明显的反射波同相轴， 这充分体现了单一道低应变检测的局限性，即在不利的拾激系统中不一定能识别基桩结构反 射。剖面图上的反射波同相轴经radon变换，在τ-p域中以能量团的形式表现，如图6和 图9所示。图12和图10分别表示完整基桩和缺陷基桩的下行波剖面图，二者基本一致，能 准确识别盖梁底和盖梁顶的反射，证实了此种方法对上下行波识别和分离的有效性和准确性。 图11在15.5m反射波同相轴能量较强，在16.5m有明显的反向信号，表现为长度1m的缩 径缺陷，符合模型的缺陷设计，图11的桩底反射波同相轴在小道号存在“开叉”，这是从盖梁反 射下来的缺陷波与桩底反射波叠加的现象。因此，本发明的radon检测方法在正演中取得了理想 的效果，能够清晰地辨别桩身缺陷位置和桩底位置。
[0137][0138]
实施例3
[0139]
基于实施例2，实施例3进一步模拟了第二种基桩缺陷——断桩，即在完整基桩的基础 上，在底桩的20m深度设置为断层结构，
[0140]
使用同样的方法进行的检测结果如下：
[0141]
相应地，图13表示断桩的原始剖面图，图14表示断桩的radon变换域图，图15表示 断桩的经滤波算法滤除和反变换后的下行波剖面图；图16表示缺陷基桩的上行波剖面图，
相 对于完整基桩的剖面图和radon变换域图：
[0142]
将同样的原始波图5和图13做对比可以发现，其在图13在深度为20m处有明显的同 相反射轴，即代表对应的应力波在20m处即有断层或反射传递的现象，相较于原始的图5， 因此，可以确定在具体实验中，若发现该同相反射轴对应的深度明显小于已知的施工参数时， 根据原有的施工参数即完整基桩模型参数，可以得知其在20m处，距离最低点3m的高度位 置有一个断桩的缺陷，同样对比图15、图10的上行波剖面数据差异同样较小，与上述的缺 陷分析结果相同，特别是图16的上行波剖面，其在20处有明显的同相反射轴，说明其在20m 深度位置即发生了断层。
[0143]
实施例4
[0144]
基于实施例2，本发明进一步模拟了一种有利缺陷的模拟检测结果，在15.m-16.5m高 度的底桩上增加了一层扩径结构，为一种有利缺陷，命名为扩径模型。
[0145]
结果如图17、18所示，图17为原始剖面图，经同样的检测分析方法，结果如图18所 示，将其对比完整基桩的上行波剖面图，可以发现其在15.5-16.5m之间多了一个同相反射轴， 即表示该位置结构在基桩完整的情况下，有明显的突出结构，使得其在不影响应力波响应的 同时，多了突出结构在此处的共振阻抗。
[0146]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是 对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。