CN108625409A - 土木工程建筑物基桩检测评估系统以及方法 - Google Patents

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Abstract

一种建筑物基桩质量检测评估系统以及评估方法，包括：通过在基桩上设置第一应力波传感器和第二应力波传感器，检测激振源组件发出的第一频率的应力波以及第二频率的应力波信号，通过其首波时间差确定基桩缺陷的位置，从而能够不需要制作时间‑深度波形图，同时在单次检测过程中可以实时发现桩身缺陷，从而提高检测效率。

Description

土木工程建筑物基桩检测评估系统以及方法
技术领域
本发明涉及一种基础检测装置，尤其是涉及土木工程建筑物基桩检测评估系统以及方法。
背景技术
基桩础作为一种深基础结构形式，在土木工程领域已得到了广泛应用。基桩础能够将上部结构的自重和承受的荷载传递到与基桩础所接触的稳定土层中去，因此很大程度的减小了基础的沉降及建筑物的不均匀沉降。基桩础具有承载力高、沉降量小、抗震能力强等优点，在一些地质条件复杂、土质松软、多地震的地区被大量应用，并已获得可观的效果。
基桩础按制作工艺可分为灌注桩和预制桩，其中灌注桩的使用是较为广泛的，如：桥梁、公路、铁路、高层建筑等工程。但是基桩在施工制作过程中，因施工技术、人员操作、外界条件及材料质量等因素的影响，极易出现断桩、扩颈、缩径、离析、夹泥、沉渣、空洞等缺陷，这些缺陷就是建筑物的潜在隐患，极大地影响了建筑物的质量，一旦缺陷处负荷不了上部结构的质量，就会造成建筑物坍塌，损失极为严重。因此，基桩检测就显得尤为重要，只有及时的检测出缺陷桩，采取有效防治措施，才能极大的提高建筑物质量。
目前，在我国基桩检测方法有多种，包括钻孔取芯法、声波透射法、高应变法和低应变法等。其中低应变发中的反射波法由于其基本原理简单、快速无损、资料判读直观、准确度较高成为检测基桩质量的主流方法。低应变反射波法检测的基本原理：在桩顶施加瞬态激振力，将传感器粘在桩顶来接收桩身信号(如加速度信号、速度信号)。通过分析桩的速度响应曲线及振动响应来判定桩身的缺陷。然而，常规的低应变反射波法通过桩顶产生激振，当基桩长径比过大时会降低桩底反射信号强度，另外桩顶结构也会对激振信号产生干扰。
现有技术中，交通运输部公路科学研究所在CN201510072408.4的发明专利中提出一种桩侧探孔内激振的基桩质量检测装置，其在基桩旁侧的桩周土中设置激振源，通过设置在基桩顶部侧壁的传感器检测透射的应力波信号，根据时间-深度波形图中的首波斜率拐点的位置，确定基桩中的桩身缺陷的位置。
但是现有技术该方法中，需要将激振源从基桩顶部下方到基桩底部，依次测量各个深度生成的应力波信号，最后生成时间-深度波形图，才能够确定基桩中的桩身缺陷的位置；步骤复杂并且无法在检测过程中实时确定激振源深度对应的基桩是否存在桩身缺陷。
为了解决上述问题，提高检测效率，在先申请提出了一种改进的建筑物基桩检测装置以及检测方法，通过在基桩上设置第一应力波传感器和第二应力波传感器，通过其首波时间差确定基桩缺陷的位置，从而能够不需要获取所述位置的节点的应力波信号，制作时间-深度波形图，在检测过程中可以实时发现桩身缺陷，从而提高检测效率。但是，其在检测时还是需要将激振源当前位置激振波的检测信号与上一位置激振波的检测信息进行比较，需要两次测量确定桩身缺陷。
发明内容
本发明作为现有技术的进一步改进，提供一种土木工程建筑物基桩检测装置以及方法，能够通过单次测量即可以确定桩身缺陷。
作为本发明的一个方面，提供一种建筑物基桩质量检测评估系统，包括：第一应力波传感器，其设置于基桩顶部侧面；第二应力波传感器，其设置于第一应力波传感器下方；激振波管，其设置于基桩旁边的钻孔内；激振源组件，其通过线缆能够在激振波管内上下移动；数据分析仪，用于分析处理确定基桩的质量状况；所述激振源组件包括第一激振源以及第二激振源，所述第一激振源位于第二激振源上方；所述第一激振源与第二激振源的距离等于所述第一应力波传感器与第二应力波传感器的距离；所述激振源组件以特定的距离步长沿所述激振波管向下移动而发出激振信号，其中所述第一激振源以第一频率进行激振，所述第二激振源以第二频率进行激振；所述第一应力波传感器用于检测所述第一频率的应力波，所述第二应力波传感器用于检测所述第二频率的应力波；所述数据分析仪根据所述第一应力波传感器的首波时间以及所述第二应力波传感器的首波时间，确定建筑物基桩质量。
优选的，所述数据分析仪计算第一应力波传感器以及第二应力波传感器的首波时间之差的绝对值，在该值小于设置阈值时，判断激振源当前位置与激振源上一位置之间不存在桩身缺陷；在该值大于设置阈值时，判断激振源当前位置与激振源上一位置之间存在桩身缺陷。
优选的，所述第一频率大于所述第二频率。
优选的，所述设置阈值根据应力波传感器的检测精度确定。
优选的，所述激振波管为PVC管。
作为本发明的另外一个方面，提供一种建筑物基桩质量检测方法，包括如下步骤：（1）在基桩顶部侧面设置第一应力波传感器；（2）在基桩顶部侧面所述第一应力波传感器下方设置第二应力波传感器；（3）在基桩旁的桩周土钻孔，在钻孔中设置激振波管；（4）设置激振源组件，使其中第一激振源与第二激振源之间的距离等于所述第一应力波传感器与第二应力波传感器之间的距离；（5）通过线缆将激振源组件沿着激振波管向下移动而产生激振信号，其中第一激振源以第一频率进行激振，第二激振源以不同于第一频率的第二频率进行激振；（6）在激振源组件在每个位置产生激振信号时，所述第一应力波传感器以及第二应力波传感器分别测量第一频率的应力波信号以及第二频率的应力波信号；（7）所述数据分析仪根据所述第一应力波传感器的首波时间以及所述第二应力波传感器的首波时间，确定建筑物基桩质量。
优选的，所述步骤（6）中，所述数据分析仪计算第一应力波传感器以及第二应力波传感器的首波时间之差的绝对值，在该值小于设置阈值时，判断激振源当前位置与激振源上一位置之间不存在桩身缺陷；在该值大于设置阈值时，判断激振源当前位置与激振源上一位置之间存在桩身缺陷。
附图说明
图1是本发明实施例的建筑物基桩质量检测装置的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将使用实施例对本发明进行简单地介绍，显而易见地，下面描述中的仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些实施例获取其他的技术方案，也属于本发明的公开范围。
本发明实施例的建筑物基桩质量检测装置，参见图1，包括第一应力波传感器10，第二应力波传感器20，激振波管30，激振源组件40以及数据分析仪50。
第一应力波传感器10以及第二应力波传感器20可以是速度传感器或者加速度传感器，其分别设置于基桩100顶端部的侧壁，用于检测转播到其位置的应力波信号。其中，第一应力波传感器位于第二应力波传感器之上，其间隔特定距离，该特定距离可以是激振源组件40沿激振波管30下方的步长，例如0.5m。
激振波管30设置于基桩100侧面的钻孔中，并且与基桩100平行。激振波管30可以使用PVC管，其上端开口，下端封闭。激振波管30与基桩100的水平距离为1~2m，其底部深度比基桩100的底部深度长3~4m。
激振源组件40，其通过线缆能够在激振波管30内上下移动。激振源组件40包括第一激振源41以及第二激振源42。第一激振源41位于第二激振源42的上方，第一激振源41与第二激振源42之间通过柔性绳连接，或者第一激振源41以及第二激振源42分别通过独立的线缆控制其移动。第一激振源41与第二激振源42的距离等于第一应力波传感器10与第二应力波传感器20的距离；
可以通过深度计数器对激振源组件40位置信息的采集，深度计数器将采集到的激振源组件40位置信息输出至数据分析仪50。激振源组件40在激振波管30内移动的步长等于第一应力波传感器10与第二应力波传感器20之间的距离。激振源组件40以特定的距离步长沿激振波管30向下移动而发出激振信号，其中第一激振源41以第一频率进行激振，第二激振源42以第二频率进行激振。第一频率与第二频率不同，优选的第一频率大于第二频率。
第一激振源41产生的应力波传播到第一应力波传感器20的传播距离，等于第二激振源42产生的应力波到传播第二应力波传感器20的传播距离。通过第一应力波传感器10检测第一激振源41产生的第一频率的应力波，第二应力波传感器20检测第二激振源42产生的第二频率的应力波。
应力波在桩基100传播过程中，当第一激振源41以及第二激振源42之间对应的桩身不存在桩身缺陷时，其传播距离相等，第一激振源41的应力波到达第一应力波传感器10的时间等于第二激振源42的应力波到达第二应力波传感器20的时间。当第一激振源41以及第二激振源42之间对应的桩身存在桩身缺陷110时，由于桩身缺陷110对于应力波传播速度的影响，导致其传播速度变小，但是传播距离相等，则第一激振源41的应力波到达第一应力波传感器10的时间小于第二激振源42的应力波到达第二应力波传感器20的时间
数据分析仪50，用于分析处理确定基桩100的质量状况，判断基桩100中的桩身缺陷的位置。具体的，数据分析仪50计算激振源组件当前位置第一应力波传感器20的首波时间以及第二应力波传感器20的首波时间的差值的绝对值，在该值小于设置阈值时，判断激振源组件40当前位置对应的桩身位置不存在桩身缺陷；在该值大于设置阈值时，判断激振源组件40当前位置存在桩身缺陷。该阈值可以根据应力波传感器的检测精度确定。
本发明实施例的建筑物基桩质量检测方法，包括如下步骤：（1）在基桩100顶部侧面设置第一应力波传感器10；（2）在基桩100顶部侧面第一应力波传感器10下方设置第二应力波传感器20；（3）在基桩100旁的桩周土钻孔，在钻孔中设置激振波管30；（4）设置激振源组件40，使其中第一激振源41与第二激振源42之间的距离等于第一应力波传感器10与第二应力波传感器20之间的距离；（5）通过线缆将激振源组件40沿着激振波管30向下移动而产生激振信号，其中第一激振源41以第一频率进行激振，第二激振源42以不同于第一频率的第二频率进行激振；（6）在激振源组件40在每个位置产生激振信号时，第一应力波传感器10以及第二应力波传感器20分别测量第一频率的应力波信号以及第二频率的应力波信号；（7）据分析仪50计算激振源组件当前位置第一应力波传感器20的首波时间以及第二应力波传感器20的首波时间的差值的绝对值，在该值小于设置阈值时，判断激振源组件40当前位置对应的桩身位置不存在桩身缺陷；在该值大于设置阈值时，判断激振源组件40当前位置存在桩身缺陷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。本发明中描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种建筑物基桩质量检测评估系统，包括：第一应力波传感器，其设置于基桩顶部侧面；第二应力波传感器，其设置于第一应力波传感器下方；激振波管，其设置于基桩旁边的钻孔内；激振源组件，其通过线缆能够在激振波管内上下移动；数据分析仪，用于分析处理确定基桩的质量状况；其特征在于：所述激振源组件包括第一激振源以及第二激振源，所述第一激振源位于第二激振源上方；所述第一激振源与第二激振源的距离等于所述第一应力波传感器与第二应力波传感器的距离；所述激振源组件以特定的距离步长沿所述激振波管向下移动而发出激振信号，其中所述第一激振源以第一频率进行激振，所述第二激振源以第二频率进行激振；所述第一应力波传感器用于检测所述第一频率的应力波，所述第二应力波传感器用于检测所述第二频率的应力波；所述数据分析仪根据所述第一应力波传感器的首波时间以及所述第二应力波传感器的首波时间，确定建筑物基桩质量。
2.根据权利要求1所述的建筑物基桩质量检测评估系统，其特征在于：所述数据分析仪计算第一应力波传感器以及第二应力波传感器的首波时间之差的绝对值，在该值小于设置阈值时，判断激振源当前位置与激振源上一位置之间不存在桩身缺陷；在该值大于设置阈值时，判断激振源当前位置与激振源上一位置之间存在桩身缺陷。
3.根据根据权利要求1所述的建筑物基桩质量检测评估系统，其特征在于：所述第一频率大于所述第二频率。
4.根据权利要求2所述的建筑物基桩质量检测评估系统，其特征在于：所述设置阈值根据应力波传感器的检测精度确定。
5.根据权利要求2所述的建筑物基桩质量检测评估系统，其特征在于：所述激振波管为PVC管。
6.一种建筑物基桩质量检测方法，包括如下步骤：（1）在基桩顶部侧面设置第一应力波传感器；（2）在基桩顶部侧面所述第一应力波传感器下方设置第二应力波传感器；（3）在基桩旁的桩周土钻孔，在钻孔中设置激振波管；（4）设置激振源组件，使其中第一激振源与第二激振源之间的距离等于所述第一应力波传感器与第二应力波传感器之间的距离；（5）通过线缆将激振源组件沿着激振波管向下移动而产生激振信号，其中第一激振源以第一频率进行激振，第二激振源以不同于第一频率的第二频率进行激振；（6）在激振源组件在每个位置产生激振信号时，所述第一应力波传感器以及第二应力波传感器分别测量第一频率的应力波信号以及第二频率的应力波信号；（7）所述数据分析仪根据所述第一应力波传感器的首波时间以及所述第二应力波传感器的首波时间，确定建筑物基桩质量。
7.根据权利要求5所述的建筑物基桩质量检测方法，其特征在于：所述步骤（6）中，所述数据分析仪计算第一应力波传感器以及第二应力波传感器的首波时间之差的绝对值，在该值小于设置阈值时，判断激振源当前位置与激振源上一位置之间不存在桩身缺陷；在该值大于设置阈值时，判断激振源当前位置与激振源上一位置之间存在桩身缺陷。
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