CN102296645B - 一种桩基质量检测方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本专利公开一种桩基质量检测方法及其装置。由微型速度或加速度传感器形成的10厘米左右间隔检波器串(1)，检波器串的输出信号通过信号电缆(2)与多道同步弹性波采集仪器(3)连接；去除桩基(4)的桩头浮浆，清洁桩头，用钻孔机械在桩头中央部位形成与桩基轴向平行的检测孔(5)，孔径50厘米左右、孔深1米左右；顺检测孔放置检波器串，用机械或充气气囊(6)等使各个检波器与检测孔壁紧密贴附；在桩头用锤击(7)等方式激励弹性波，多道同步弹性波采集仪器(3)通过信号电缆记录弹性波响应信号，重复锤击形成信号叠加；将多道弹性波响应信号所包含的上行波和下行波进行行波分离，压制或滤出下行波，保留反映桩基下部缺陷反射信号的上行波，根据缺陷反射上行波信号的相关性进行偏移叠加，形成桩顶面激发和接收的反射信号，获取桩基下部缺陷位置和性质。这种检测方法通过多次激励信号叠加、多传感器信号行波分离、相关反射信号偏移叠加等综合技术提高了桩基检测中缺陷反射信号判读和提取的可靠性，从而提高了检测结果的可信度。

Description

一种桩基质量检测方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种桩基质量检测方法，本发明还涉及实现该桩基质量检测方法的装置。
技术背景
现有的桩基检测方法有两种，一种是将弹性波传感器固定于桩头，同时在桩头激励弹性波，根据弹性波反射信号的到达时间和波形特征来分析桩基下部隐患的位置和性状；一种是在桩基浇注过程中通过预埋2～4个平行检测管，然后通过孔-孔之间的弹性波透射信号来检测分析桩基质量。
前者，弹性波的收发位置和桩基内部缺陷位置几乎没有相对变化，从单一的一条检测曲线上难以识别和把握缺陷产生的反射波，特别是对于长桩，下部反射信号本来就十分微弱；同时，由于高能量直达波不能被有效压制或滤出，也直接影响到缺陷反射信号的识别，尤其是浅部反射信号的提取和判读。第二种方法具有检测数据直观，结果相对可靠的优点，但在浇注施工中同时要预埋检测管，影响施工进度和质量；由于预埋检测管经常出现弯曲等异常现象，也会影响到检测结果的可靠性；同时这种检测方法周期较长，成本相对较高。
由于桩基检测中采用“单锤单检波器”作业模式所观测数据的局限，现有的记录信息提取算法完全是基于一维数字信号处理，信息提取和识别能力非常有限。迫切需要有一种提高信号质量和可信度，同时也能有限提取桩基质量异常特征的有效算法，以保障桩基检测结果的可靠性。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种辨识桩基缺陷位置和性质的可靠性高的桩基质量检测方法。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种实现该桩基质量检测方法的装置。
为了解决上述第一个技术问题，本发明提供的桩基质量检测方法，由多个微型速度或加速度传感器形成的间隔为8～12厘米的检波器串，检波器串的输出信号通过第一信号电缆与多道同步弹性波采集仪器连接，锤击震源所带触发器通过第二信号电缆与多道同步弹性波采集仪器连接；去除桩基的桩头浮浆，清洁桩头，在桩头中央部位形成与桩基轴向平行的检测孔，检测孔孔径为40～60厘米、孔深0.7～1.5米；顺检测孔轴向放置检波器串并用贴壁装置使检波器串的各个检波器与检测孔壁紧密贴附；在桩基的桩头用锤击方式激励弹性波，多道同步弹性波采集仪器通过信号电缆记录弹性波响应信号，重复锤击形成信号叠加；将多道弹性波响应信号所包含的上行波和下行波进行行波分离，压制或滤出下行波，保留反映桩基下部缺陷反射信号的上行波，根据缺陷反射上行波信号的相关性进行偏移叠加，计算获取桩基下部缺陷位置和性质。
所述的检测孔是用钻孔机械在桩头中央部位形成，或在桩基浇注施工中的预留。
为了解决上述第二个技术问题，本发明提供的实现桩基质量检测方法的装置，由多个微型速度或加速度传感器形成的间隔为8～12厘米的检波器串，检波器串的输出信号通过第一信号电缆与多道同步弹性波采集仪器连接，锤击震源所带触发器通过第二信号电缆与多道同步弹性波采集仪器连接；还包括一个使顺检测孔轴向放置的所述的检波器串的各个检波器与检测孔壁紧密贴附的贴壁装置。
所述的检波器串的检波器的个数为6～12个。
所述的贴壁装置是机械、磁电式或气囊、水囊。
采用上述技术方案的桩基质量检测方法及其装置，被检测桩基可以是与地表垂直，也可以是倾斜的桩基。多道弹性波采集数据信号处理主要流程是先进行行波分离，获得分辨率高的桩基下部缺陷反射多道记录，然后利用多道反射记录的相关性进行偏移叠加，获得缺陷反射信号，最后通过信号的相位、振幅和频率特征来识别缺陷的位置和性质。这种检测方法利用检测孔实现桩基质量高分辨率检测的成套技术和方法。首先是通过平行于桩基轴向的检波器串拾取空间分布的弹性波记录信息，然后利用桩头激励弹性波在桩基中传播的上、下行波分布特征，通过行波分离算法，压制或滤出下行波，提取包含桩基下部缺陷信息的上行波，再由上行波信号的相关性特征，通过偏移叠加算法，实现反射信号的增强，从而提高辨识桩基缺陷位置和性质的可靠性。
综上所述，本发明是一种能够从弹性波记录获取和信号处理两个层次提高桩基检测结果可靠性，通过串行检波器接收信号的空间分布特征，应用行波分离和相关信号偏移叠加算法，实现了高精度桩基质量无损检测功能。适合于工民建和水利、交通等基础建设领域的桩基质量检测中使用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是8道桩基检测模拟记录图；
图3是原始记录分解至频率-波数域后行波分布图；
图4是频率波数域分离后反射记录图；
图5是上下行波分离后的直达波记录图；
图6是经过行波分离和偏移叠加后的桩基检测记录图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
参见图1，实现桩基质量检测方法的装置，由4～16个微型速度或加速度传感器形成的间隔为5～15厘米的检波器串1，检波器串1的输出信号通过第一信号电缆2与多道同步弹性波采集仪器3连接，锤击震源7所带触发器9通过第二信号电缆8与多道同步弹性波采集仪器3连接；一个使顺检测孔5轴向放置的检波器串1的各个检波器与检测孔5壁紧密贴附的贴壁装置。贴壁装置是机械、磁电式或气囊6、水囊。
桩基质量检测方法，由多个微型速度或加速度传感器形成的间隔为5～15厘米的检波器串1，检波器串1的输出信号通过第一信号电缆2与多道同步弹性波采集仪器3连接，锤击震源7所带触发器9通过第二信号电缆8与多道同步弹性波采集仪器3连接；去除桩基4的桩头浮浆，清洁桩头，在桩头中央部位形成与桩基4轴向平行的检测孔5，检测孔5孔径为40～60厘米、孔深0.7～1.5米；顺检测孔5轴向放置检波器串1并用贴壁装置使检波器串1的各个检波器与检测孔5壁紧密贴附；在桩基4的桩头用锤击7方式激励弹性波，多道同步弹性波采集仪器3通过信号电缆记录弹性波响应信号，重复锤击形成信号叠加；将多道弹性波响应信号所包含的上行波和下行波进行行波分离，压制或滤出下行波，保留反映桩基下部缺陷反射信号的上行波，根据缺陷反射上行波信号的相关性进行偏移叠加，计算获取桩基下部缺陷位置和性质。
所述的检测孔5是用钻孔机械在桩头中央部位形成，或在桩基浇注施工中的预留。被检测桩基可以是与地表垂直，也可以是倾斜的桩基。
参见图1，桩基质量检测方法是：6个直径4厘米微型加速度传感器形成的10厘米间隔检波器串1，检波器串1的输出信号通过第一信号电缆2与多道同步弹性波采集仪器3连接；去除桩基4的桩头浮浆，清洁桩头，用钻孔机械在桩头中央部位形成与桩基轴向平行的检测孔5，孔径50厘米、孔深70厘米；顺检测孔5放置检波器串1和贴壁用已放气的气囊6，最下面一个检波器到达65厘米深度后，给气囊6充气使各个检波器与检测孔5壁紧密贴附；在桩头用带触发器9的锤击7锤击激励弹性波，多道同步弹性波采集仪器3利用触发器9信号触发采样，通过第一信号电缆2记录多道弹性波信号；根据信号强度和分析需要，重复锤击可以进行信号叠加。将多道弹性波响应信号所包含的上行波和下行波在频率-波数域进行行波分离，压制或滤出下行波，保留反映桩基下部缺陷反射信号的上行波，根据缺陷反射上行波信号的相关性进行偏移叠加，计算获取桩基下部缺陷位置和性质。
多道弹性波记录行波分离算法可以是频率-波数域行波分离、二维小波变换等成熟算法。频率-波数域滤波原理可以用图2、图3、图4和图5予以说明。
从图2、图3、图4和图5中可以看出，桩基内部存在两处隐患，分别对应反射1和反射2两个信号，反射1被直达波淹没，很难识别，经过上行波和下行波分离后，在8道记录上都有清晰反映。
参见图6，所述的偏移叠加原理是：多道弹性波记录信号经过行波分离后，获得了位于检测孔不同深度的检波器反射记录信号，将不同深度所获得的反射信号校正到桩顶面检波器所获得信号；多道校正后的信号进行叠加，由于来自同一反射目标的反射信号具有相关性，叠加后信号能量得到增强，因此更容易判读反射信号和鉴别反射信号的波形特征。

Claims (2)

1.一种桩基质量检测方法，其特征是：由多个微型速度或加速度传感器形成的间隔为5～15厘米的检波器串（1），检波器串（1）的输出信号通过第一信号电缆（2）与多道同步弹性波采集仪器（3）连接，锤击震源（7）所带触发器（9）通过第二信号电缆（8）与多道同步弹性波采集仪器（3）连接；去除桩基（4）的桩头浮浆，清洁桩头，在桩头中央部位形成与桩基（4）轴向平行的检测孔（5），检测孔（5）孔径为40～60厘米、孔深0.7～1.5米；顺检测孔（5）轴向放置检波器串（1）并用贴壁装置使检波器串（1）的各个检波器与检测孔（5）壁紧密贴附；在桩基（4）的桩头用锤击方式激励弹性波，多道同步弹性波采集仪器（3）通过信号电缆记录弹性波响应信号，重复锤击形成信号叠加；将多道弹性波响应信号所包含的上行波和下行波进行行波分离，压制或滤出下行波，保留反映桩基下部缺陷反射信号的上行波，根据缺陷反射上行波信号的相关性进行偏移叠加，计算获取桩基下部缺陷位置和性质。
2.根据权利要求1所述的桩基质量检测方法，其特征是：所述的检测孔（5）是用钻孔机械在桩头中央部位形成，或在桩基浇注施工中的预留。
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