专利名称：建筑物基础桩物探应力波检测方法
技术领域：
本发明涉及土木工程建筑物基础检测领域，具体为一种对已落成建筑物进 行基础检测的建筑物基础桩物探应力波检测方法。
背景技术：
建筑物落成后，建筑物下的基础桩经过数十年的承重使用，特别是港口、 码头、桥梁、高架桥等特殊建筑物，基础桩长期经受车辆振动、车辆超载、车、 船撞击、海浪冲击、海水侵蚀、地震影响、近距离施工振动、地下水作用、年 久化学及物理侵蚀风化等人为或自然因素的影响，均可导致建筑物下基础桩质 量产生明显变化。有的甚至会产生桩身结构质量松散、裂缝、断桩及持力层强 度降低等严重的安全质量问题。
目前，静力荷载及钻探抽芯是检査已落成建筑物下基础桩质量的主要方法，. 但检查费时费力，检测费用高，并且是一种具破坏性的抽检方法。 一般只能对 个别桩或少数桩进行抽检，存在代表性低，难以普及推广不足。
已落成建筑物下基础桩的质量安全隐患现象是客观存在的，存在的严重安 全隐患也是不容忽视的。为此，交通、市政、水利、建设等主管部门及设计、 质监部门迫切希望能有一种有效而又快捷对建筑物下基础桩质量的无损检测方 法，为建筑物下基础桩质量的检验与处理提供科学依据。然而至今还没有发现 对己落成建筑物下基础桩进行无损检测的建筑物基础桩物探应力波检测方法的 相关报道。
发明内容
本发明的目的是针对上述已落成建筑物下基础桩质量捡测中存在的不足， 顺应相关部门对建筑物下基础桩无损检测的迫切要求，提供一种能有效而又快 捷的，检测过程简单方便的，能对建筑物下基础桩的桩长和桩身结构质量及桩 底的完整性进行检测的建筑物基础桩物探应力波检测方法。
本发明是这样实现的建筑物基础桩物探应力波检测方法，其检测步骤如
第一歩、对待测建筑物基础桩进行测试点准备；
第二步、在待测建筑物基础桩的测试点上设置若干信号接收装置，信号接 收装置与信号处理装置连接，信号处理装置与显示装置连接；
第三步、通过激振装置激振待测的建筑物基础桩，给予激振信号；信号接 收装置接收待测的建筑物基础桩的反射信号；
第四步、信号处理装置对信号接收装置接收的反射信号进行信号处理；
第五步、对显示装置中显示出来的处理后数据信息进行数据分析，检测待 测的建筑物基础桩的状况。
所述的信号处理装置可以为浅层地震仪或工程检测仪，处理显示出来的数 据信息为时间域时程曲线或频率域振幅曲线。
所述的信号接收装置可以直接粘贴在待测建筑物基础桩的侧面测试点上。
所述的信号接收装置可以是通过传感器支架安装在待测建筑物基础桩的侧 面的测试点；所述的传感器支架可以由一水平面板和垂直面板的一端成垂直角 度固定连接成，垂直面板粘贴在待测建筑物基础桩的侧面测试点上，信号接收 装置垂直粘贴在水平面板上。
所述的粘贴所用的粘合剂可以是502胶水、橡皮泥、黄油、牙膏、胶布或
爆炸镙丝等。
所述的激振装置可以是采用尼龙王手锤或铁锤。所述的信号接收装置可以采用加速度计或速度计。
所述激振的方向应垂直桩中心轴线的横向激振，激振位置在距信号接收装
置小于5cm的近点，激振应干脆利索。
所述激振采用一点安装信号接收装置接收近距离垂直桩中轴线横向激振； 或者多个方向垂直桩中轴线横向激振，采用在桩侧面一个或多个方向安装信号 接收装置接收。
所述的时间域时程曲线或频率域振幅曲线中，如果待测建筑物基础桩的桩 底反射波与入射波相位相同，说明桩底完整性存在明显缺陷；如果待测建筑物 基础桩桩底反射波与入射波相位相反，说明桩底完整性良好；如果待测建筑物 基础桩桩身缺陷部位反射波与入射波相位相同，说明桩身结构质量存在缺陷； 如果待测建筑物基础桩桩底反射信号存在，便可以确定出桩长度。
本发明建筑物基础桩物探应力波检测方法操作简单，无需损坏所测建筑物 基础桩，省时又省力；检测到的数据直观明了，根据检测到的数据特征和异常 (缺陷)部位及桩身缺陷程度的分析方法，对所得的实测时程曲线进行分析，. 便可对建筑物基础桩的桩长和桩身结构质量及桩底的完整性作出评价。
图1为本发明建筑物基础桩物探应力波检测方法在己落成建筑物基础桩上 的具体实施示意图； '
图2为本发明建筑物基础桩物探应力波检测方法中的传感器支架的结构示 意图； .
图3为本发明建筑物基础桩物探应力波检测方法的桩侧信号接收装置安装 及测点编号平面示意图4为本发明建筑物基础桩物探应力波检测方法的实测桩顶反射时程曲线图5为本发明建筑物基础桩物探应力波检测方法的实测桩底反射时程曲线 图； '
图6为本发明建筑物基础桩物探应力波检测方法的实测桩身反射时程曲线
图7为本发明建筑物基础桩物探应力波检测方法的实测桩底存在明显缺陷 的时程曲线图8为本发明建筑物基础桩物探应力波检测方法的实测桩底完性良好的时 程曲线图9为本发明建筑物基础桩物探应力波检测方法的桩间缺陷在测点上方的 确定示意图10为本发明建筑物基础桩物探应力波检测方法的桩间缺陷在测点下方 的确定示意图。
其中，图1中的P,、 Pi为测点编号，Fi为横向激振点，l为建筑物基础桩， A为桩顶，B为桩底，C为桩间缺陷点，D为地面，3为信号接收装置，4为传 感器安装支架，L为总桩长(m)，"为测点至桩顶的距离(m)，"为测点至 桩底的距离(m)， Lc为测点至缺陷的距离(m);图2中，5为水平面板，6为 垂直面板；图3中，Fi、F3、Fs、F7为激振点，Pi 、 P3 、 P5、 P7为信号接收装置 安装点。 具体实施形式
以下结合附图和实施例对本发明建筑物基础桩物探应力波检测方法进行进 一步的描述。 原理说明
当在桩头或桩身侧面施一瞬时应力作用时，受力的质点沿纵向出现胀縮形 变，产生纵波传播；而横向则出现剪切形变，形成横波。弹性波在弹性介质中'传播，当遇到波阻抗差异界面时，便会产生反射。在激振点附近安放传感器和 信号记录处理系统，便可接收来自桩身波阻抗差异界面及桩顶和桩底的反射信
号
根据实测到的反射信号，经过数据处理后，按照反射相位分析原理及幅值 分析原理，便可对桩身及桩底的结构完整性和桩长度作出评价。
1 、反射相位分析
f> i ■ Vi ■ Ai- 0 2 ■ V2 ■ A2 Z-Z2
R=-:-
f> i ' V! ■ A!+ 0 2'V2. A2 Zi+Zs (丄)
其中R:相位反射系数；
、 P2:上下层介质密度；
V, 、V2:上F层介质波速；
A" A2:上下层面积。
其中(1).当Z^Z2 (入射波由密介质向疏介质投射)R为正值，表示桩 间或桩底反射波与入射波同相。
(2) .当Z,=Z2 (上下介质波阻抗相等)R=0，无波阻抗差异界面，
桩身或桩底无反射。
(3) .当Z^Z2 (入射波由疏介质向密介质投射)R为负值，表示桩 间或桩底反射波与入射波反相。
2 、反射幅值分析
A 2 K =-
A 1 ............................ ( 2 )
其中K:幅值反射系数；
A1:入射波幅值绝对值；
8A2:反射波幅值绝对值。
同一工地，在震源能量一定，选择各项测试参数相同的情况下，当PiV!At 与P2V2A2上下介质波阻抗差异越大，则反射波越强，其反射波幅值越大，亦即 K值越大；反之反射波幅值就小，亦即K值越小。 建筑物基础桩物探应力波检测方法，其检测步骤如下
第一步对待测建筑物基础桩进行测试点准备。
如图l所示，选择建筑物基础桩的测试点，要求测试点桩侧面的材质、强
度、截面尺寸应与原桩身基本相同；建筑物基础桩的桩侧面应平行桩中轴线。
第二步在待测建筑物基础桩的测试点上设置若干信号接收装置，信号接 收装置与信号处理装置连接，信号处理装置与显示装置连接。
如图l、图2、图3所示，信号接收装置其实就是传感器，可以是加速度
计或速度计。
信号接收装置3可以直接平行粘贴在桩侧面的测试点上。粘贴所用的粘合 剂可釆用502胶水、橡皮泥、石膏或胶布等。
信号接收装置3可以是通过事先制作好的传感器支架4粘贴在桩侧面的测 试点上。传感器支架4如图2所示，由一水平面板5和一垂直面板6的一端成 垂直角度固定连接成，垂直面板6通过502瞬间粘着剂或石膏、胶布、橡皮泥 或爆炸镙丝等安装桩侧面的测试点上，信号接收装置3粘贴在水平面板5上。 信g接收装笠3必须严格与传感器支架4的水Y面板保持亚齐并且粘牢。信号 接收装置与水平面板粘贴的粘合剂可采用502胶水、橡皮泥、黄油或牙膏等。 信号接收装置安装3在桩侧面同一高度上，并且沿不同方向平行于桩中轴线。 安装的信号接收装置3至少一个，可以为4个或者8个等多个。
第三步通过激振装置激振待测的建筑物基础桩，给予激振信号；信号接收装置接收待测的建筑物基础桩的反射信号。
如图l、图3所示，激振装置可以采用尼龙王手锤或铁锤。激振采用一点
接收近距离垂直桩中轴线横向激振，激振点与检测点应小于5cm。或者多个方 向垂直桩中轴线横向激振，采用在桩侧面一个或多个方向安装信号接收装置3 接收。激振应干脆利索。
在检测中所采用的各项参数(采样时间间隔、增益、采样点数、模拟滤波、 触发方式等)应通过现场试验确定，对同一根桩所选用的各项参数应一样。
检测时，应保证采集信号质量，确保信号的一致性，不失真及无零飘现象。
第四步信号处理装置对号接收装置接收的反射信号进行信号处理。 一般应对检测的反射信号作叠加平均处理，参加平均处理的信号个数不应少于5个。
当高频干扰信号较强时，应进行带通滤波处理。 桩底信号较弱时，可采用指数放大处理，但应控制放大幅度，被放大的桩 底信号幅度不应大于入射波幅值，同时要求波形尾部基本归零。
处理后成图的图件(a).时间域"时程曲线"；(b).频率域"振幅谱图"。 另外，在同一根桩，各个测点现场与室内处理所选用参数应一致，以便进 行曲线间相互对比。
所用的信号处理装置可以是浅层地震仪或工程检测仪。
第五步对显示装置中显示出来的处理后数据信息进行数据分析，检测待 测的建筑物基础桩的状况。
1 、桩顶反射实测时程曲线特征
如图4，直达波后至桩底反射波到达之前时间段内，时程曲线在桩顶A处'
出现明显的反射波信号。其L,计算公式_ V'厶tLl
"~^"~ ..................... ( 3 )
其中L1:测点Pi至桩顶A距离(m);
V:桩身波速值(m/s);
△tL1:桩顶反射波波峰与入射波波峰之间的时差(s)。 当L,为实测距离时，则可利用(3)式求出桩身的波速值V。 2 、桩底反射实测时程曲线特征
如图5，直达波后至桩反射波到达之前时间段内，时程曲线呈近水平线段，.
在桩底B处出现明显的反射波信号，其L2计算公式如下
V-厶tL2
其中L2:测点Pi至桩底B处距离(m); V:桩身波速值(m/s);
△tL2:桩底反射波峰与入射波峰之间时差(s)。 3、桩身缺陷部位反射实测时程曲线特征
如图6，直达波后至桩底反射波到达之前时间段内，时程曲线在缺陷部位C
处出现明显的反射波信号。其LC计算公式如下
_ V-厶tLc Lc-"^~~ ..................... (5)
其中Lc:测点Pi至桩身缺陷C处距离(m); V:桩身波速值(m/s);
△tLe:桩身缺陷的反射波峰与入射波波峰之间时差(S)。 4 、桩底结构完整性实测时程曲线特征 如图7所示，当待测建筑物基础桩的桩底反射波与入射波相位相同，说明 桩底完整性存在明显缺陷。
如图8所示，当待测建筑物基础桩的桩底反射波与入射波相位相反，说明
桩底完整性良好。
5、异常(缺陷)部位的确定
如图9所示，当由P2上移测点至P2处重新检测时，其异常距离从Ld相 应减少为Lc2，说明异常部位位于测点上方。反之当下移测点至Ps处检测时， 其异常距离相应增大为LC3，同样说明异常部位位于测点上方。
所示如图10，当由P:点上移测点至P2处重新检测时，其异常距离从Ld
相应增大为Lc2，说明异常部位位于测点下方。反之当下移测点至P3处检测时，
其异常距离相应减少为LC3，同样说明异常部位位于测点下方。
当判定出异常位于测点上方且异常距离为测点至桩顶距离L,时，说明该异
常为桩顶横梁(或楼板)引起。 6 、桩身缺陷程度的确定
对于桩身缺陷程度的确定，还应根据缺陷反射波的幅值反射系数K和相位、 缺陷位置、施工记录及工程地质资料、设计资料等综合分析缺陷程度，确定桩
的类别。
综上根据以上曲线图特征和异常(缺陷)部位及待测建筑物基础桩缺陷 程度的分析方法，对所得的实测时程曲线进行分析，便可对建筑物基础桩的桩 长和桩身结构质量及桩底的完整性作出评价。
1权利要求
1、建筑物基础桩物探应力波检测方法，其特征在于，其检测步骤为第一步、对待测建筑物基础桩进行测试点准备；第二步、在待测的建筑物基础桩的测试点上设置若干信号接收装置，信号接收装置与信号处理装置连接，信号处理装置与显示装置连接；第三步、通过激振装置激振待测的建筑物基础桩，给予激振信号；信号接收装置接收待测的建筑物基础桩的反射信号；第四步、信号处理装置对信号接收装置接收的反射信号进行信号处理；第五步、对显示装置中显示出来的处理后数据信息进行数据分析，检测待测的建筑物基础桩的状况。
2、 如权利要求1所述的建筑物基础桩物探应力波检测方法，其特征在于 所述的信号处理装置为浅层地震仪或工程检测仪，处理后显示出来的数据信息 为时间域时程曲线或频率域振幅曲线。
3、 如权利要求1所述的建筑物基础桩物探应力波检测方法，其特征在于:' 所述的信号接收装置直接粘贴在待测建筑物基础桩的侧面测试点上。
4、 如权利要求1所述的建筑物基础桩物探应力波检测方法，其特征在于 所述的信号接收装置是通过传感器支架安装在待测建筑物基础桩的侧面的测试 点；所述的传感器支架由一水平面板和垂直面板的一端成垂直角度固定连接成， 垂直面板粘贴在待测建筑物基础桩的侧面测试点上，信号接收装置垂直粘贴在 水平面板上。
5、 如权利要求3或4所述的建筑物基础桩物探应力波检测方法，其特征在 于所述的粘贴所用的粘合剂是502胶水、橡皮泥、黄油、牙膏或胶布。 '
6、 如权利要求1所述的建筑物基础桩物探应力波检测方法，其特征在于 所述的激振装置是采用尼龙王手锤或铁锤。
7、 如权利要求1所述的建筑物基础桩物探应力波检测方法，其特征在于所述的信号接收装置采用加速度计或速度计。
8、 如权利要求1所述的建筑物基础桩物探应力波检测方法，其特征在于 所述激振的方向应垂直桩中心轴线的横向激振，激振位置在距信号接收装置小于5cm的近点。
9、 如权利要求1所述的建筑物基础桩物探应力波检测方法，其特征在于 所述激振采用一点安装信号接收装置接收近距离垂直桩中轴线横向激振；或者多个方向垂直桩中轴线横向激振，采用在桩侧面一个或多个方向安装信号接收装置接收。
10、 如权利要求2所述的建筑物基础桩物探应力波检测方法，其特征在于所述的时间域时程曲线或频率域振幅曲线中，如果待测建筑物基础桩的桩底反射波与入射波相位相同，说明桩底完整性存在明显缺陷；如果待测建筑物基础 桩桩底反射波与入射波相位相反，说明桩底完整性良好；如果待测建筑物基础 桩桩身缺陷部位反射波与入射波相位相同，说明桩身结构质量存在缺陷；如果 待测建筑物基础桩桩底反射信号存在，便确定出桩长度。
全文摘要
建筑物基础桩物探应力波检测方法，先在待测的已落成建筑物基础桩上设置若干信号接收装置，信号接收装置与信号处理装置连接；而后通过激振装置激振待测的建筑物基础桩，给予激振信号；信号接收装置接收待测的建筑物基础桩的反射信号，输入信号处理装置进行信号处理；信号处理装置将处理后的数据信息在显示装置中显示出来；得到时间域“时程曲线”、频率域“振幅谱图”曲线，根据这些数据可以判断出已落成建筑物基础桩的桩长和桩身结构质量及桩底的完整性。本发明的方法操作简单，无需损坏所测建筑物基础桩，省时又省力；可以做到方便、快捷对每根基础桩的检测，便于推广应用。
文档编号E02D33/00GK101560778SQ20091003927
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月7日 优先权日2009年5月7日
发明者邓业灿 申请人:邓业灿