CN103808803A - 用波列图同相轴影像特征检测混凝土桩桩身完整性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于弹性波透射方法波列图同相轴影像特征评价混凝土桩桩身完整性的方法，包括以下步骤：⑴现场准备与测试；⑵资料整理；⑶桩身完整性评价：从波列图的同相轴影像特征上，可看到沿桩身传播的纵波和沿管壁传播的斯通利波（管波），这两种波遇到波阻抗界面时会产生透射和反射；桩身完整性不同的桩会形成不同的波列图同相轴影像特征，可根据这些特征将桩分为完整桩、缺陷桩和断桩，评价检测桩的桩身完整性。本方法具有直观、准确、可靠等诸多优点，采用本方法能够保证检测结果的可靠性和检测资料的分析速度，进而保障施工进度和安全，具有显著的社会及经济效益。

Description

用波列图同相轴影像特征检测混凝土桩桩身完整性的方法

技术领域

本发明属于建筑桩基检测领域，是一种基于弹性波透射方法所接收到的一组波列图的同相轴影像特征，检测混凝土桩桩身完整性的方法。

背景技术

对混凝土桩桩身进行完整性检测是建筑桩基行业的必要步骤，也是保证建筑桩基质量的有效手段。目前，桩身完整性检测的方法较多，如：声波透射法、弹性波竖向透射方法、低应变反射波法、高应变动力测桩法以及钻芯法等，其中检测长桩的主要方法是声波透射法和弹性波竖向透射方法，下面对该两种方法进行介绍：

1.声波透射法：该方法是在混凝土桩内事先埋设声测管（至少2根），检测时发射换能器位于一根声测管内，接收换能器位于另一根声测管内。发射换能器产生脉冲超声波，在桩体内传播，接收换能器接收从桩体传来的超声波，根据接收信号的走时、波幅、频率和波形特征来评价桩身质量。该方法发射和接收换能器通常位于同一高度，同时向上（下）移动，也可以位于不同高度，但受换能器指向性和超声波在桩体内衰减的影响，两换能器的高差不会超过10米（一般在2米以内）。

目前高速铁路、客运专用铁路在大规模建设，为了适应高速需求，线路大部分为桥梁，桥梁基桩长度大部分在40米以上。而现有技术长度超过40长的桩，要用声波透射法检测，每根桩上要埋3～4根声测管，工程中需要使用的声测管数量很多，工程费用相当可观。此外，在使用过程中容易堵管，不能进行检测，耽误工期。

2.弹性波竖向透射方法：本申请人已研制出一种采用弹性波透射方式检测混凝土桩桩身完整性的方法，该方法是在桩体内沿桩长方向事先埋设一根内径为20mm-150mm的管子；检测时将管子充满水，将电火花震源的探头放在管内，在桩身不同深度用电火花做震源激发弹性波，在桩顶接收透射信号；对接收的信号进行处理，计算桩身混凝土波速、弹性波衰减指数和透射波的主频变化，根据这些参数判定桩身完整性，评价桩身质量，测试装置见图1。

与低应变反射波法相比，这种方法能检测长度超过50米的长桩；与声波透射法相比，这种方法只需要一根管子畅通即可检测，减少了声测管的数量，可节约钢材、降低成本。但是该方法计算推导过程比较繁琐、容易出现误差，而且不能直观反映出桩身完整性，给工作人员带来一定的不便，影响工作效率。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种根据在不同深度激震、桩顶接收信号的一组波列图的同相轴影像特征评价混凝土桩桩身完整性的方法，通过该方法能准确可靠地确定桩身完整性，对缺陷桩能准确判定缺陷位置，对于桩身下部预埋管堵塞的情况，也能进行桩身完整性检测评价。

本发明的目的是通过以下技术手段实现的：

一种用波列图同相轴影像特征检测混凝土桩桩身完整性的方法，其特征在于：包括以下步骤：

⑴现场准备与测试：在桩体内沿桩长方向事先埋设至少一根管子，作为电火花震源的激震工作面，检测时管子内充满水；电火花震源的电极在管内从上到下（或者从下到上）按等距离间隔依次激振，同时在桩顶安置传感器接收不同深度激振的弹性波信号；

⑵资料整理：每个波形图在迪卡直角坐标系中，设定x轴向右为波形图的时间轴，y轴为波形信号的幅值，不同深度激震检测到的波形图采用相同的坐标比例尺，标记每个波形图的深度位置；将不同深度的波形图按准确的深度位置排列在一张图上，形成波列图；

⑶桩身完整性评价：从波列图的同相轴影像特征上，可看到沿桩身传播的纵波和沿管壁传播的斯通利波（管波），这两种波遇到波阻抗界面时会产生透射和反射；桩身完整性不同的桩会形成不同的波列图同相轴影像特征，可根据这些特征将桩分为完整桩、缺陷桩和断桩，评价检测桩的桩身完整性。

而且，步骤⑴中所述的在桩体内事先埋设的管子的内径为20mm～150mm，以能通达电火花震源的电极为标准；电火花震源的步距控制在0.5m～5m。

而且，步骤⑶中所述的完整桩桩身没有波阻抗界面，弹性波仅在桩底发生反射，波列图同相轴影像特征呈“V”字形，“V”字形的底部为桩底位置。

而且，所述的完整桩包括管子堵塞的完整桩，管子堵塞的完整桩由于堵塞位置的下部无法放置电火花震源，波列图同相轴影像特征呈倒“八”字形，将倒“八”字形的两枝向下延伸，相交位置为桩底。

而且，步骤⑶中所述的缺陷桩弹性波在缺陷位置会发生反射和透射，在桩底发生反射，波列图同相轴影像特征呈“K”字形和“V”字形叠加的影像；“K”字形中间交叉点为缺陷位置，“V”字形的底部为桩底位置。

而且，步骤⑶中所述的断桩弹性波在断桩位置发生反射，波列图同相轴影像特征呈“V”字形，“V”字形的底部为断桩位置，缺陷深度位置高于桩底。

本发明的优点和积极效果是：

1.本检测评价方法利用完整性不同的桩具有不同的波列图同相轴影像特征，根据波列图同相轴影像特征判定桩身完整性。与声波透射法相比，本方法能够节省成本并保障工程进度。与已有的弹性波竖向透射方法相比，本方法具有直观、准确、可靠等优点，使用后能降低工作难度、提高工作效率。

2.本检测评价方法对于缺陷桩能准确判定缺陷位置，为工作人员后期处置等提供了精确的数据，有利于加快工程进度。

3.本检测评价方法使用灵活、适用范围广，对于桩身下部管子堵塞的情况也能检测判定桩身完整性，解决了声波透射法因声测管堵塞不能检测的问题。

4.本发明是一种基于弹性波透射方法波列图同相轴影像特征评价混凝土桩桩身完整性的方法，本方法具有直观、准确、可靠等诸多优点，采用本方法能够保证检测结果的可靠性和检测资料的分析速度，进而保障施工进度和安全，具有显著的社会及经济效益。

附图说明

图1为本发明所依托的现有检测方法测试装置示意图；

图2为完整桩波列图同相轴影像特征示意图；

图3为缺陷桩波列图同相轴影像特征示意图；

图4为管子堵塞的完整桩波列图同相轴影像特征示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细叙述本发明的实施例；需要说明的是，本实施例是叙述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基于弹性波透射方法波列图同相轴影像特征评价混凝土桩桩身完整性的方法，包括以下步骤：

⑴现场准备与测试：如图1所示，在桩体4内沿桩长方向事先埋设至少一根管子5，作为电火花震源的激震工作面，检测时管子内充满水，管子的内径为20mm～150mm，以能通达电火花震源的电极为标准；电火花震源3的电极在管内从上到下（或者从下到上）按等距离间隔依次激振，同时在桩顶安置传感器1接收不同深度激振的弹性波信号，电火花震源的步距控制在0.5m～5m。传感器连接动测仪2，动测仪用于接收弹性波信号，该动测仪还与电火花震源连接。图中h1表示第1点激振位置，hi表示第i点激振位置，hi-1表示第i-1点激振位置，△hi表示第i点激振位置与第i-1点激振位置之间的深度差。此步骤与公知技术近似，在此不再进行赘述。

⑵资料整理：如图2～图4所示，每个波形图在迪卡直角坐标系中，设定x轴向右为波形图的时间轴，y轴为波形信号的幅值，不同深度激震检测到的波形图采用相同的坐标比例尺，左侧标记每个波形图的震源深度位置；将不同深度的波形图按准确的深度位置排列在一张图上，形成波列图。

⑶桩身完整性评价：从波列图的同相轴影像特征上，可看到沿桩身传播的纵波和沿管壁传播的斯通利波（管波），这两种波遇到波阻抗界面时会产生透射和反射；桩身完整性不同的桩会形成不同的波列图同相轴影像特征，可根据这些特征将桩分为完整桩、缺陷桩和断桩，评价检测桩身完整性。

完整桩桩身没有波阻抗界面，弹性波仅在桩底发生反射，波列图同相轴影像特征呈“V”字形，“V”字形的底部为桩底位置。波列图同相轴影像特征如图2所示，图中ABD和ACE分别构成两个“V”字形，AB为沿桩身上行的纵波，BD为下行管波在桩底反射形成的上行纵波，B点为桩底，其深度位置与桩底位置一致。只要出现ABD构成的“V”字形影像，且B点为桩底位置即可判定为完整桩。

完整桩包括管子堵塞的完整桩，由于堵塞位置的下部无法放置电火花震源，波列图同相轴影像特征呈倒“八”字形，将倒“八”字形的两枝向下延伸，相交位置为桩底。波列图同相轴影像特征如图4所示，由于堵塞位置的下部无法放置电火花震源激震，波列图同相轴AF和DG组成倒“八”字形，将倒“八”字形的两枝向下延伸，相交位置B点为桩底。

缺陷桩弹性波在缺陷位置会发生反射和透射，在桩底发生反射，波列图同相轴影像特征呈“K”字形和“V”字形叠加的影像；“K”字形中间交叉点为缺陷位置，“V”字形的底部为桩底位置。波列图同相轴影像特征如图3所示，图中AFB和FG、FH共同构成一个“K”字形，F点位置为缺陷深度位置，B点为桩底深度位置。根据“K”字形同相轴影像特征可判定被测桩为缺陷桩，并可根据F点位置判定缺陷深度位置。

断桩弹性波在断桩位置发生反射，波列图同相轴影像特征呈“V”字形，“V”字形的底部为断桩位置，缺陷深度位置高于桩底。其波列图同相轴影像特征与完整桩相似，其不同点是B点深度位置高于桩底，且B点为断桩位置。具有所述同相轴影像特征可判定为断桩，断桩位置在B点所示的深度。

Claims (6)

1.一种用波列图同相轴影像特征检测混凝土桩桩身完整性的方法，其特征在于：包括以下步骤：

⑴现场准备与测试：在桩体内沿桩长方向事先埋设至少一根管子，作为电火花震源的激震工作面，检测时管子内充满水；电火花震源的电极在管内从上到下（或者从下到上）按等距离间隔依次激振，同时在桩顶安置传感器接收不同深度激振的弹性波信号；

⑵资料整理：每个波形图在迪卡直角坐标系中，设定x轴向右为波形图的时间轴，y轴为波形信号的幅值，不同深度激震检测到的波形图采用相同的坐标比例尺，标记每个波形图的深度位置；将不同深度的波形图按准确的深度位置排列在一张图上，形成波列图；

⑶桩身完整性评价：从波列图的同相轴影像特征上，可看到沿桩身传播的纵波和沿管壁传播的斯通利波（管波），这两种波遇到波阻抗界面时会产生透射和反射；桩身完整性不同的桩会形成不同的波列图同相轴影像特征，可根据这些特征将桩分为完整桩、缺陷桩和断桩，评价检测桩的桩身完整性。

2.根据权利要求1所述的一种用波列图同相轴影像特征检测混凝土桩桩身完整性的方法，其特征在于：步骤⑴中所述的在桩体内事先埋设的管子的内径为20mm～150mm，以能通达电火花震源的电极为标准；电火花震源的步距控制在0.5m～5m。

3.根据权利要求1所述的一种用波列图同相轴影像特征检测混凝土桩桩身完整性的方法，其特征在于：步骤⑶中所述的完整桩桩身没有波阻抗界面，弹性波仅在桩底发生反射，波列图同相轴影像特征呈“V”字形，“V”字形的底部为桩底位置。

4.根据权利要求1或3所述的一种用波列图同相轴影像特征检测混凝土桩桩身完整性的方法，其特征在于：所述的完整桩包括管子堵塞的完整桩，管子堵塞的完整桩由于堵塞位置的下部无法放置电火花震源，波列图同相轴影像特征呈倒“八”字形，将倒“八”字形的两枝向下延伸，相交位置为桩底。

5.根据权利要求1所述的一种用波列图同相轴影像特征检测混凝土桩桩身完整性的方法，其特征在于：步骤⑶中所述的缺陷桩弹性波在缺陷位置会发生反射和透射，在桩底发生反射，波列图同相轴影像特征呈“K”字形和“V”字形叠加的影像；“K”字形中间交叉点为缺陷位置，“V”字形的底部为桩底位置。

6.根据权利要求1所述的一种用波列图同相轴影像特征检测混凝土桩桩身完整性的方法，其特征在于：步骤⑶中所述的断桩弹性波在断桩位置发生反射，波列图同相轴影像特征呈“V”字形，“V”字形的底部为断桩位置，缺陷深度位置高于桩底。

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