CN104594395A - 运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构，它的桩板设置在桩体顶部，桩板的顶面连接建筑层，建筑层内开设有通向桩板的弹性波激发装置垂直安装孔，桩体一侧的地基土层内开设有垂直检测孔，垂直检测孔的顶端向上延伸并穿透建筑层，垂直检测孔的底端位于桩体底部的下方，弹性波激发装置通过弹性波激发装置垂直安装孔固定连接在桩板上，垂直检测孔内设有检波器，检波器的信号输出端通过电缆连接控制仪的信号输入端，控制仪的控制信号输出端连接弹性波激发装置的开关控制端。本发明对运营铁路中的隐埋桩基，利用旁侧钻孔进行检测，检测条件简单快捷，对既有铁路路基破损小，能有效判断桩板和桩体的质量好坏。

Description

运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构及检测方法

技术领域

本发明涉及运营铁路路基的地基处理质量检测技术领域，具体涉及一种运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构及检测方法。

技术背景

我国铁路路基地基处理方法种类较多。地基处理质量检测是在施工过程中抽样进行质量验收。验收方式包括荷载试验、动力触探、小应变、地基系数K30检测等，检测结果有局部性和局限性，不能完全整体评价地基质量，造成铁路运营后局部路基因地基变形、位移导致沉降、塌陷等病害。特别是对运营铁路的地基质量检测，桩基检测已经不具备施工时的检测验收手段，同时要保证铁路安全营运，因此检测时尽量不破坏路基结构，最好是无损检测。

目前，我国运营铁路的地基处理质量检测没有很明确的具体方法，特别是地基中的刚性桩检测更是没有一种很有效方法。

参考文献：建筑基桩检测技术规范(JGJ106-2014)。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构及检测方法，该结构和方法利用桩体旁侧的钻孔，接收激发于桩板或桩体上弹性波，分析弹性波运动学特征来检测桩基的质量和桩长。

为实现此目的，本发明所设计的运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构，其特征在于：它包括弹性波激发装置、检波器、地基土层、位于地面的控制仪、位于地基土层上方的建筑层、设置在地基土层中的桩体和桩板，其中，所述桩板设置在桩体顶部，桩板的顶面连接建筑层，所述建筑层内开设有通向桩板的弹性波激发装置垂直安装孔，所述桩体一侧的地基土层内开设有垂直检测孔，所述垂直检测孔的顶端向上延伸并穿透建筑层，垂直检测孔的底端位于桩体底部的下方，所述弹性波激发装置通过弹性波激发装置垂直安装孔固定连接在桩板上，所述垂直检测孔内设有检波器，所述检波器的信号输出端通过电缆连接控制仪的信号输入端，所述控制仪的控制信号输出端连接弹性波激发装置的开关控制端。

一种利用上述运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构进行的桩基检测方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：通过上拉或下放电缆，使检波器在垂直检测孔内由孔底至孔口移动或者由孔口至孔底移动，在检波器在垂直检测孔内由孔底至孔口移动或者由孔口至孔底移动的过程中，根据电缆上的距离标记，每隔指定的距离使检波器停顿指定的时间，每当上述检波器停顿时，控制仪向弹性波激发装置发出开机信号，弹性波激发装置在桩板上激发弹性波，该弹性波通过桩板和桩体向四周发射，并在地基土层中传播，检波器接收到上述在地基土层中传播的弹性波信号，并将接收到的弹性波信号传输给控制仪，这样可得到整个垂直检测孔范围内，每隔指定的距离的各个检测点的弹性波信号；

步骤2：控制仪对采集到的各个检测点的弹性波信号记录进行弹性波的初至波拾取，即得到各个检测点弹性波的初至波的到达时间，并绘制弹性初至波时距曲线；利用弹性波的初至波通过公式V＝ΔH/Δt求取整个垂直检测孔范围内各个检测点的弹性波速度V，其中，ΔH为上述相邻两个检测点之间的间距，Δt为某一检测点的初至波时间差，即从弹性波激发装置在桩板上激发弹性波，到对应的检测点检测到弹性波的初至波之间的时间差；

步骤3：控制仪利用上述得到的弹性初至波时距曲线，根据以下规则求取桩体底部的深度，当检测点深度大于桩体底部时，深于桩体底部部分的弹性波需要穿过更多的土层，因土层速度较低，当检测点深于桩体底部时，检测点检测到初至波时间差变化较大，形成弹性初至波时距曲线拐点且斜率变大，该弹性初至波时距曲线拐点所对应检测点的上面一个检测点深度即为桩体底部的深度；控制仪利用上述各个检测点的弹性波速度V根据现有的声波透射法分析桩板和桩体的质量是否达标。

本发明对运营铁路中的隐埋桩基，利用旁侧钻孔进行检测，检测条件简单快捷，对既有铁路路基破损小，检测效果良好，能有效判断桩板和桩体的质量好坏。可推广应用于其他工程中的隐埋刚性桩检测，有巨大的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的弹性初至波时距曲线图

其中，1—地基土层、2—建筑层、3—桩体、4—桩板、5—弹性波激发装置、6—检波器、7—控制仪、8—弹性波激发装置垂直安装孔、9—垂直检测孔、10—电缆。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所述的运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构，它包括弹性波激发装置5、检波器6、地基土层1、位于地面的控制仪7、位于地基土层1上方的建筑层2、设置在地基土层1中的桩体3和桩板4，其中，所述桩板4设置在桩体3顶部，桩板4的顶面连接建筑层2，所述建筑层2内开设有通向桩板4的弹性波激发装置垂直安装孔8，所述桩体3一侧的地基土层1内开设有垂直检测孔9，所述垂直检测孔9的顶端向上延伸并穿透建筑层2，垂直检测孔9的底端位于桩体3底部的下方，所述弹性波激发装置5通过弹性波激发装置垂直安装孔8固定连接在桩板4上，所述垂直检测孔9内设有检波器6，所述检波器6的信号输出端通过电缆10连接控制仪7的信号输入端，所述控制仪7的控制信号输出端连接弹性波激发装置5的开关控制端。上述建筑层2、地基土层1、桩板4和桩体3形成了隐埋桩基的结构。

上述技术方案中，所述垂直检测孔9与桩体3的距离范围为1～2米。这距离范围能减少桩和检测孔间土层不均造成的误差，同时离桩太远则接收到信号减弱，不利于识别初至波。

上述技术方案中，所述电缆10上设有距离标记。方便后续等距离的上拉或下放电缆10。

上述技术方案中，所述垂直检测孔9底端与桩体3底部的距离范围为8～11米。优选为10米，太短不利于对时距曲线拐点和斜率的识别，太长则增加无用的检测工作量。

上述技术方案中，所述弹性波激发装置5为锤击震源。锤击震源从频率范围和能量足够检测要求且操作方便，其他震源一般装置较大或破坏性较大(如炸药震源)，不宜采用。

一种利用上述运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构进行的桩基检测方法，它包括如下步骤：

步骤1：通过上拉或下放电缆10，使检波器6在垂直检测孔9内由孔底至孔口移动或者由孔口至孔底移动，在检波器6在垂直检测孔9内由孔底至孔口移动或者由孔口至孔底移动的过程中，根据电缆10上的距离标记，每隔指定的距离使检波器6停顿指定的时间，每当上述检波器6停顿时，控制仪7向弹性波激发装置5发出开机信号，弹性波激发装置5在桩板4上激发弹性波，该弹性波通过桩板4和桩体3向四周发射，并在地基土层1中传播，检波器6接收到上述在地基土层1中传播的弹性波信号，并将接收到的弹性波信号传输给控制仪7，这样可得到整个垂直检测孔9范围内，每隔指定的距离的各个检测点的弹性波信号；

步骤2：控制仪7对采集到的各个检测点的弹性波信号记录进行弹性波的初至波拾取，即得到各个检测点弹性波的初至波的到达时间，并绘制弹性初至波时距曲线，如图2所示；利用弹性波的初至波通过公式V＝ΔH/Δt求取整个垂直检测孔9范围内各个检测点的弹性波速度V，其中，ΔH为上述相邻两个检测点之间的间距，Δt为某一检测点的初至波时间差，即从弹性波激发装置5在桩板4上激发弹性波，到对应的检测点检测到弹性波的初至波之间的时间差；

步骤3：控制仪7利用上述得到的弹性初至波时距曲线，根据以下规则求取桩体3底部的深度，当检测点深度大于桩体3底部时，深于桩体3底部部分的弹性波需要穿过更多的土层，因土层速度较低，当检测点深于桩体3底部时，检测点检测到初至波时间差变化较大，形成弹性初至波时距曲线拐点且斜率变大，该弹性初至波时距曲线拐点所对应检测点的上面一个检测点深度即为桩体3底部的深度；控制仪7利用上述各个检测点的弹性波速度V根据现有的声波透射法(参考文献建筑基桩检测技术规范(JGJ106-2014))分析桩板4和桩体3的质量是否达标，桩体弹性波速度值根据现有的声波透射法能直接反映桩板4和桩体3质量；局部波速变化根据现有的声波透射法能反映桩板4和桩体3局部质量或缺陷；

步骤4：检测完成后用水泥灌注垂直检测孔9，避免路基结构损坏。

上述技术方案的步骤1中，根据电缆10上的距离标记，每隔0.2～1米(该间隔根据检测精度的需要进行选择，间距太小工作量太大，间距太大精度会下降，一般不宜超过1米)，使检波器6停顿1～5秒，停顿1～5秒能使检波器6在该时间内接受弹性波信号。

上述技术方案中，所述弹性波为地震波中的纵波，激发出来的弹性波频率范围是10～500Hz，弹性波在地基土层1的传播速度范围为300～2000米/每秒。

上述技术方案中，初至波就是第一个到达的波，必定是激发点从桩体传播到检波器的波，这是因为桩体速度远高于土层，其他反射波、从土层传播的波会在初至波之后到达且多数重叠在一起无法分辨。初至波能直接反映桩体结构情况。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.一种运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构，其特征在于：它包括弹性波激发装置(5)、检波器(6)、地基土层(1)、位于地面的控制仪(7)、位于地基土层(1)上方的建筑层(2)、设置在地基土层(1)中的桩体(3)和桩板(4)，其中，所述桩板(4)设置在桩体(3)顶部，桩板(4)的顶面连接建筑层(2)，所述建筑层(2)内开设有通向桩板(4)的弹性波激发装置垂直安装孔(8)，所述桩体(3)一侧的地基土层(1)内开设有垂直检测孔(9)，所述垂直检测孔(9)的顶端向上延伸并穿透建筑层(2)，垂直检测孔(9)的底端位于桩体(3)底部的下方，所述弹性波激发装置(5)通过弹性波激发装置垂直安装孔(8)固定连接在桩板(4)上，所述垂直检测孔(9)内设有检波器(6)，所述检波器(6)的信号输出端通过电缆(10)连接控制仪(7)的信号输入端，所述控制仪(7)的控制信号输出端连接弹性波激发装置(5)的开关控制端。

2.根据权利要求1所述的运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构，其特征在于：所述垂直检测孔(9)与桩体(3)的距离范围为1～2米。

3.根据权利要求1所述的运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构，其特征在于：所述电缆(10)上设有距离标记。

4.根据权利要求1所述的运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构，其特征在于：所述垂直检测孔(9)底端与桩体(3)底部的距离范围为8～11米。

5.根据权利要求1所述的运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构，其特征在于：所述弹性波激发装置(5)为锤击震源。

6.一种利用权利要求1所述运营铁路路基旁侧钻孔桩基检测结构进行的桩基检测方法，其特征在于，它包括如下步骤：

步骤1：通过上拉或下放电缆(10)，使检波器(6)在垂直检测孔(9)内由孔底至孔口移动或者由孔口至孔底移动，在检波器(6)在垂直检测孔(9)内由孔底至孔口移动或者由孔口至孔底移动的过程中，根据电缆(10)上的距离标记，每隔指定的距离使检波器(6)停顿指定的时间，每当上述检波器(6)停顿时，控制仪(7)向弹性波激发装置(5)发出开机信号，弹性波激发装置(5)在桩板(4)上激发弹性波，该弹性波通过桩板(4)和桩体(3)向四周发射，并在地基土层(1)中传播，检波器(6)接收到上述在地基土层(1)中传播的弹性波信号，并将接收到的弹性波信号传输给控制仪(7)，这样可得到整个垂直检测孔(9)范围内，每隔指定的距离的各个检测点的弹性波信号；

步骤2：控制仪(7)对采集到的各个检测点的弹性波信号记录进行弹性波的初至波拾取，即得到各个检测点弹性波的初至波的到达时间，并绘制弹性初至波时距曲线；利用弹性波的初至波通过公式V＝ΔH/Δt求取整个垂直检测孔(9)范围内各个检测点的弹性波速度V，其中，ΔH为上述相邻两个检测点之间的间距，Δt为某一检测点的初至波时间差，即从弹性波激发装置(5)在桩板(4)上激发弹性波，到对应的检测点检测到弹性波的初至波之间的时间差；

步骤3：控制仪(7)利用上述得到的弹性初至波时距曲线，根据以下规则求取桩体(3)底部的深度，当检测点深度大于桩体(3)底部时，深于桩体(3)底部部分的弹性波需要穿过更多的土层，因土层速度较低，当检测点深于桩体(3)底部时，检测点检测到初至波时间差变化较大，形成弹性初至波时距曲线拐点且斜率变大，该弹性初至波时距曲线拐点所对应检测点的上面一个检测点深度即为桩体(3)底部的深度；控制仪(7)利用上述各个检测点的弹性波速度V根据现有的声波透射法分析桩板(4)和桩体(3)的质量是否达标。

7.根据权利要求6所述的桩基检测方法，其特征在于：所述步骤3后还包括步骤4：检测完成后用水泥灌注垂直检测孔(9)，避免路基结构损坏。

8.根据权利要求6所述的桩基检测方法，其特征在于：所述步骤1中，根据电缆(10)上的距离标记，每隔0.2～1米，使检波器(6)停顿1～5秒。

9.根据权利要求6所述的桩基检测方法，其特征在于：所述弹性波为地震波中的纵波，激发出来的弹性波频率范围是10～500Hz，弹性波在地基土层(1)的传播速度范围为300～2000米/每秒。