一种基桩检测装置的制作方法

本技术涉及基桩检测领域，具体涉及一种基桩检测装置。

背景技术：

1、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。

2、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，因此对既有桥梁基桩进行检测同样很重要；

3、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。

技术实现思路

1、本实用新型旨在克服上述现有技术的至少一种不足，提供一种基桩检测装置，以解决服役基桩的顶部测量面难以直接激振的问题。

2、本实用新型采取的技术方案是，一种基桩检测装置，用于检测服役基桩的缺陷，其特征在于，包括：

3、定位装置，用于在基桩第一侧上开设或标记激振面/激振点；

4、激振装置，用于施加瞬态激振力到所述激振面/激振点，以产生应力波；

5、若干传感器，布设于基桩的第二侧上，用于接收所述应力波的信号；

6、所述定位装置用于在所述基桩上开设激振槽，并标记所述激振槽底面为激振面；

7、所述激振装置包括激振锤，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。在本实施方式中，所述激振锤敲击的方向与基桩的高度方向垂直。通过在定位装置在基桩上直接或间接的开设激振面，一种方式可以是直接根据基桩自身或其附近裸露的结构之间定位激振面，这种结构可以是基桩一侧的系梁结构或基桩上的凹槽，能提供合适大小的激振面进行激振即可，另一种方式则是在基桩上选取实际需要的激振高度后，进一步在基桩的第一侧上开设激振槽结构，使得槽底面可以作为实验时的激振面，克服低应变检测时，基桩顶面不易直接激振的问题。

8、优选的，所述基桩设有系梁，所述定位装置用于在所述系梁的高度上于基桩的第二侧标记激振面/激振点。

9、优选的，所述基桩包括墩柱、桩身，所述墩柱位于所述桩身上侧，所述墩柱底部与所述桩身的顶部具有环突出面，通过所述定位装置标记所述环突出面为所述激振面。

10、优选的，所述基桩第二侧设有测量孔，所述传感器安装于所述测量孔内，所述传感器贴合所述基桩设置。

11、优选的，若干传感器沿所述基桩高度方向设置。

12、优选的，若干传感器呈等距分布。

13、优选的，设有动侧仪，所述动侧仪与若干传感器连接，用于收集所述应力波信号。

14、基于所述的基桩检测装置，本实用新型通过所述装置实施一种基桩检测方法，用于检测服役基桩的缺陷，在基桩的第一侧设定激振点/激振面；

15、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；

16、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，本实用新型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，本实用新型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，是本实用新型致力追求的结果；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。

17、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。

18、优选的，设定激振点/激振面，包括：

19、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；

20、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。

21、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。

22、优选的，确定瞬态激振点/激振面，包括：

23、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。

24、优选的，在基桩第一侧上设定瞬态激振点/激振面，包括：

25、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；

26、和/或；

27、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，本实用新型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，本实用新型旨在提供参考的工作方案，不作为本实用新型限定的具体某种测量实验的具体方案。

28、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。在本实用新型的一个实施方式中，考虑到上下行波分离的方式，本实用新型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。

29、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：

30、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；

31、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；

32、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：

33、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；

34、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，本实用新型进一步考虑到了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。

35、进一步的，对应力波进行分析，包括：

36、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；

37、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；

38、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；

39、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。

40、基于所述一种基桩检测方法，为进一步实施该方法，本实用新型还包括一种基桩检测系统，包括：

41、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；

42、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。

43、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；

44、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；

45、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。

46、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。

47、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。

48、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。

49、与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

50、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；

51、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；

52、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。