专利名称：采用单管纵波法进行基桩质量检测和地质探测的技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及基桩施工质量无损检测和地质探测的技术。
背景技术：
在既有的桩基动测技术条件下，桩基施工质量的检测还存在许多不确定性，影响到桩基施工质量的正确判定:1.基桩动测法虽能感应到桩周土及桩底岩层的信息，但由于不能量化其地质状况相应的具体指标，不能确认粧基的承载能力。2.不能精确测量基桩波速，以致不能准确判定桩长和评价基桩混凝土质量的整体水平。在桩头采用双传感器标定基桩混凝土波速的方法还存在一些应用上的困难，如:(I).外露桩头的情况很少存在；(2).就地灌注桩桩头附近的混凝土质量相对较差，不能代表整桩的平均质量状况等。3.桩身截面多变且变化幅度较大的灌注桩，以及桩周软硬土层变化明显的地质条件，均会导致检测结果不准确，需要采用其它辅助方法验证。4.对于超长桩、人工挖孔灌注桩、多节段的预制打入桩等的质量检测，常因无法检测到桩底的反射信号，只能依靠检测人员结合经验综合判定，或采用其它方法进一步检测。5.对于嵌岩桩及支承桩的质量检测，当桩底出现同相的反射波信号，或时域曲线未见入岩信号且无桩底反射波信号时，对桩底混凝土质量和桩底持力层状况的判定还需采用抽芯法等核验。既有的桩基超声波透射法检测技术有其局限性，存在不能实施有效检测和误测重判等情况:1.桩基超声波透射法只能反映声测管范围以内的桩身混凝土质量，不能反映桩周土及桩端持力层状况。2.由于埋设的声测管容易出现移位，使测距成为不确定的重要参数，所以难以取得准确且能代表整桩施工质量水平的平均波速；在桩底段还常出现完全偏离物理意义的极大值或极小值，造成评判困难。3.当声测管周边出现局部夹泥等小缺陷时，易被误判为严重缩径、断桩等重大质量问题。4.当声测管内壁锈蚀、外壁泥皮较厚或声测管与混凝土脱离裂开时，超声波无法透射，这些情况或导致误测误判。5.当声测管变形、堵塞时，不能对桩身或桩底进行有效检测和判定，需抽芯处理。在既有的桩基施工质量无损检测技术条件下，当无法检测判定或出现质量疑问时，一般采用抽芯 法校验，但抽芯法验桩成本较高，耗时较长，对于长桩抽芯也很难抽到桩底，同时也只能提供桩端持力层的情况，不能全面解析桩基承载力，因此既有的桩基施工质量检测技术还不能完全满足现实的需求。
发明内容
本发明的目的，是希望在既有的检测仪器设备的基础上进行改良和创新，并利用工程现场提供的条件，研究发明一种不但能进行基桩质量无损检测，而且还能对桩周地质土层进行探测的新技术，确保基桩的施工质量和承载力，成为现成的、准确的、经济的桩基无损检测技术的辅助验证方法，提高桩基无损检测判定的准确性和服务水平。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:采用单管纵波法进行基桩质量检测和地质探测的技术，其特征是被检对象为钢筋混凝土基桩，在基桩桩身上埋设了声测管或抽芯孔，其测试系统包括:力锤(棒)、传感器、检波器、单管纵波法信号处理器和采集仪。力锤(棒)在基桩顶面上敲击激振产生一个沿桩身向下传播的纵波，通过在基桩的顶面上或在力锤(棒)上安装的传感器检测敲击信号，在声测管或抽芯孔中通过检波器检测敲击纵波的传播信号，测量检波器安放进入基桩顶面以下的深度，将传感器和检波器分别连接到单管纵波法信号处理器的输入端，单管纵波法信号处理器的主要功能是将传感器检测到的敲击信号处理成一个与敲击激振瞬间同步的单脉冲信号，并将同步脉冲信号叠加到检波器检测的信号中，再将处理后的信号送到采集仪，由采集仪进行数据采集、存贮和初步分析，测量纵波的传播时间差和计算基桩的纵波波速，通过分析纵波波速的大小及传播时间差与检测深度的关系判定基桩的长度、桩身混凝土质量。单桩单管检测得一维杆纵波波速为桩顶至测试点间桩段的平均波速，当桩身混凝土质量均匀一致时，在所有深度处检测到的波速相等且等于本桩的平均波速。当混凝土采用的材料和配合比相同时，可结合混凝土龄期评价整桩混凝土的质量水平，测得的代表波速可作为低应变测试的代表波速，用于准确评价桩长。基桩h处实测的纵波传播速度为桩顶至测试点间桩段的平均波速Ci = h1/t1式中h为基桩顶面至检波器探测中心点间的距离\为比处下行波的传播时间差均质混凝土 \与深度Iii为线性变化关系，曲线的斜率为一常数。斜率变小时表示波速降低，反映为曲线上出现拐点，出现拐点的区间桩身混凝土存在质量缺陷；在t1-hi曲线上，\有累加效应代表桩基出现全断面性质的缺陷，没有累加效应为局部缺陷。可利用实测纵波的波幅变化和波形畸变来综合分析桩长及桩身混凝土质量，根据基桩一维弹性杆理论，实测的下行波还叠加了桩基断面突变、桩底及桩侧岩层变化等界面的反射(上行波)，使实测波形发生变化。波的能量会因桩身波阻抗变化的反射和桩侧土吸收而降低，也会因为被桩身缺陷吸收或屏蔽而降低。通过在比和hi+i处的检测信号中分别测量下行波的到达时间差\及ti+1和桩底反射波的到达时间差&及tH+1，推算基桩的实际桩长L = hj+ Δ h/ ( Δ ti+1_ Δ tj * Δ tj或L = hi+1+ Λ h/ ( Λ ti+1- Λ \) * Λ ti+1式中Λ\ = Η_\ Δ ti+1 = tH+1_ti+1Ah = hi+1-hi 为 Iii 与 hi+1 的高差\及ti+1为在比和hi+1处检测信号中下行波的传播时间差
tH及tH+1为在比和hi+1处检测信号中桩底反射波的传播时间差基桩的入岩信号可能会比桩底反射信号提前到达，利用上式求得的基桩长度实际为桩顶至岩面的深度，所以可利用其关系判断基桩的有效入岩深度H = hman+a-L'式中h_为最深的检测深度a为最深的检测深度至桩底的距离Li为桩顶至岩面的深度试验表明由于声测管管壁薄、刚度小并与桩身混凝土粘结，能与桩身混凝土构成一体并共同振动，所以在声测管中测量基桩的纵波波速，不会受到钢管材质的影响。本发明的特征在于在相邻基桩的邻桩声测管或邻桩抽芯孔中通过检波器检测敲击纵波沿基桩桩身向下并从桩侧地质土层传播的信号，测量纵波的到达时间差，测量检波器安放进入基桩顶面以下的深度，通过分析传播时间差与检测深度的关系判定基桩的长度、桩身混凝土质量和扩孔程度；己知桩身混凝土波速，根据时程关系求算地质土层的纵波波速，并判别桩周地质土层的状况和分析基桩入岩情况。在相邻基桩检测被激振的纵波传播时间差ti;是由激振桩和桩侧地质土层两部份的时程组成的:当桩基完整时只反映地质土层的变化；当地质土层均质时只反映被检桩的变化；当两桩距离较近时更多的是反映了被检桩的变化；当两桩距离较远时更多的是反映了地质土层的变化。用于判别桩基质量时，宜在同一区域多检测几根桩，提高对本区域的地质等情况的认识和了解。判定桩长时邻桩的长度应大于或等于被检基桩的长度，可通过t1-hi曲线拐点法判定桩底位置来校验桩长；也可利用已知的S、hp Ci, Vi与\的关系校验桩长h = (tj-S/Vi) =Kci式中S为基桩与邻桩的距离Vi为本桩桩底地层的波速Ci为本桩桩身混凝土的波速\为对应于桩底处下行波的传播时间差在可能出现扩孔的桩段，当曲线内凹，\明显减少时，可判为桩身出现扩孔，其扩孔的增加值L = (vjVWv J / (C1-Vim)式中Ci为桩身混凝土的波速Vim为Iii处地层的正常波速\为扩孔处下行波的传播时间差为准确测定地质土层的波速，宜选取两根完整桩，且两桩距离较远，地质土层的纵波波速Vi = S/ (tj-hi/Ci)
式中:Vi为地质土层的纵波波速S为基桩与相邻基桩的距离Ci为基桩的平均纵波波速考虑到纵波走最快捷径时，则地质土层修正的纵波波速Vii
权利要求
1.采用单管纵波法进行基桩质量检测和地质探测的技术，其特征是被检对象为钢筋混凝土基桩⑴，在基桩⑴桩身上埋设了声测管⑵或抽芯孔(3)，其测试系统包括力锤(棒)(4)、传感器(5)、检波器(6)、单管纵波法信号处理器(7)和采集仪(8)。力锤(棒)(4)在基桩(I)顶面上敲击激振产生一个沿桩身向下传播的纵波，通过在基桩(I)的顶面上或在力锤(棒)(4)上安装的传感器(5)检测敲击信号，在声测管(2)或抽芯孔(3)中通过检波器(6)检测敲击纵波的传播信号，测量检波器(6)安放进入基桩(I)顶面以下的深度，将传感器(5)和检波器(6)分别连接到单管纵波法信号处理器(7)的输入端，单管纵波法信号处理器(7)的主要功能是将传感器(5)检测到的敲击信号处理成一个与敲击激振瞬间同步的单脉冲信号，并将同步脉冲信号叠加到检波器(6)检测的信号中，再将处理后的信号送到采集仪(8)，由采集仪(8)进行数据采集、存贮和初步分析，测量纵波的传播时间差和计算基桩的纵波波速，通过分析纵波波速的大小及传播时间差与检测深度的关系判定基桩(I)的长度、桩身混凝土质量。
2.如权利要求I所述的采用单管纵波法进行基桩质量检测和地质探测的技术，其特征在于在相邻基桩(9)的邻桩声测管(10)或邻桩抽芯孔(11)中通过检波器(6)检测敲击纵波沿基桩(I)桩身向下并从桩侧地质土层(12)传播的信号，测量纵波的到达时间差，测量检波器(6)安放进入基桩(I)顶面以下的深度，通过分析传播时间差与检测深度的关系判定基桩(I)的长度、桩身混凝土质量和扩孔程度；己知桩身混凝土波速，根据时程关系求算地质土层(12)的纵波波速，并判别桩周地质土层(12)的状况和分析基桩入岩情况。
3.如权利要求I所述的采用单管纵波法进行基桩质量检测和地质探测的技术，其特征在于在地质钻孔(15)中通过检波器(6)检测敲击纵波沿基桩(I)桩身向下并从桩侧地质土层(12)传播的信号，测量纵波的到达时间差，测量检波器(6)安放进入基桩⑴顶面以下的深度，根据时程的物理关系求算地质土层(12)的纵波波速，并判定桩周地质土层(12)的状况，分析基桩入岩情况。
4.如权利要求I至权利要求3所述的采用单管纵波法进行基桩质量检测和地质探测的技术，其特征在于一种单管纵波法信号处理器由电压放大器I (7-1)、电压放大器II (7-2)、电压比较电路(7-3)、单稳触发器电路(7-4)、电压加法电路(7-5)和电源电路(7-6)组成，电压放大器1(7-1)的输出端连接到电压比较电路(7-3)的输入端，电压比较电路(7-3)的输出端连接到单稳触发器电路(7-4)的触发端，单稳触发器电路(7-4)和电压放大器11(7-2)的输出端分别连接到电压加法电路(7-5)的两个输入端，由电压加法电路(7-5)合成一个叠加了敲击激振同步脉冲信号的弹性纵波的电压信号。
5.如权利要求4所述的采用单管纵波法进行基桩质量检测和地质探测的技术，其特征在于一种单管纵波法信号处理器的主要功能是将传感器(5)检测到的信号处理成一个与敲击激振瞬间同步的单脉冲信号，将同步脉冲信号连接到采集仪(8)的外触发输入接口，控制采集仪(8)同步采集检波器(6)的信号。
6.如权利要求4所述的采用单管纵波法进行基桩质量检测和地质探测的技术，其特征在于一种单管纵波法信号处理器在电路的最后端增加了无线发射模块(7-7)，在采集仪(8)内部或外部安装了相应的无线接收模块(13)。
7.如权利要求4和权利要求5所述的采用单管纵波法进行基桩质量检测和地质探测的技术，其特征在于一种具有单管纵波法检测功能的采集仪，是将单管纵波法信号处理器(7)的电路直接嵌入到既有的采集仪(8)中。
8.如权利要求I至权利要求7所述的采用单管纵波法进行基桩质量检测和地质探测的技术，其特征在于采集仪(8)包括桩基动测仪、非金属超声波检测仪、超声波循测仪、高应变检测仪、工程动测仪和地震仪。
9.如权利要求I所述的采用单管纵波法进行基桩质量检测和地质探测的技术，其特征在于检波器(6)包括宽频超声波换能器、水听器、三分量检波器。
10.如权利要求I所述的采用单管纵波法进行基桩质量检测和地质探测的技术，其特征在于在声测管(2)或抽芯孔(3)中同时安装了检波器(6)和检波器II (14)，检测过程两个检波器的距离恒定，通过测量同一激振波的时差，测量两检波器间对应桩段的混凝土波速。
全文摘要
本发明涉及基桩施工质量检测和地质探测技术，关系到基桩实际使用效果的综合测试，其特征在于在基桩顶面上敲击产生沿桩身向下传播的纵波，通过在声测管中检测纵波的到达时间差，准确测定基桩的纵波波速和桩长，判定桩身混凝土质量；在邻桩的管道或地质钻孔中实测纵波沿被敲击桩身向下并从桩侧土传播的到达时间差，测定基桩长度、桩身质量及扩孔程度；并能测量地质土层的波速、判断桩周地质土层的状况，分析基桩入岩情况。本发明可在既有的低应变、超声波等检测设备基础上，外配或嵌入信号处理器，实现一种新的基桩质量无损检测和地质探测的技术，也是经济、现成的桩基无损检测辅助验证方法，能显著提高桩基质量判定的准确性和服务水平。
文档编号E02D33/00GK103255785SQ201210033799
公开日2013年8月21日 申请日期2012年2月15日 优先权日2012年2月15日
发明者陈彦平, 马晔, 杨宇, 张劲池, 陈准 申请人:陈彦平