CN108797662B - 立柱下桩基长度无损检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种立柱下桩基长度无损检测方法，包括：S1，在地面以上、横梁以下的立柱的外周侧壁上设置激震点和传感器，按照如下方式布置：将传感器设于立柱的顶部，i个激震点沿直线方向等间距设于传感器下方，或者，将激震点设于立柱的顶部，i个传感器沿直线方向等间距设于激震点下方，i≥2，并记录激震点到传感器之间的距离x1,…,xi，S2，通过弹性波采集仪器采集到有i道地震波记录的原始采集记录；S3，从步骤S2中获得的原始采集记录中，提取来自桩基底部的桩底横波反射信号；S4，从所述桩底横波反射信号拾取来自桩底的横波反射波到达时间ti，并根据立柱横波波速进行桩长、桩身速度等参数解算，从而获取掩埋在立柱之下的桩基长度。

Description

立柱下桩基长度无损检测方法及装置

技术领域

本发明属于建筑物基础检测技术领域，具体涉及一种立柱下桩基长度无损检测方法及装置。

背景技术

地下隧道工程在高层建筑下开展，采用盾构等构筑作业方式掘进中，掘进头要尽量避开上部建筑物下的桩基基础，如果某些建筑物下的桩基竣工资料缺失，就急需探明地下桩基的长度，以便为隧道设计施工提供依据。由于上部建筑结构的干扰，研究低成本、高效、准确的非破坏性检测方法意义重大。

小应变桩基检测是一种常见的检测手段，用锤击等震源激励方式在桩头上激发纵波，利用桩基底部或缺陷部位的纵波反射波信息实现桩长或桩基质量的检测；专利201110147297.0提供了一种更高精度的桩基质量检测技术。但纵观这类桩基检测技术方法，无一例外地需要在桩头进行地震波激发，利用纵波来实现桩基检测。

对于有上部固定建筑物的桩基来说，整个桩体上方被立柱、框架梁覆盖和阻挡，无法在桩基顶部或者立柱顶部进行震源激发和信号采集。加上桩基上部结构的信号干扰，即使采集到某个反射波信号，也很难识别它是否来自桩底的反射。

申请号为201610953813.1的专利文献公开了一种用于检测既有建筑桩基的地震折射波法，包括步骤：检测装置布置、现场检测和数据处理，该方法是在被检测既有建筑物桩基外侧位置布置检测孔，且孔的深度超过桩基的深度，采用背包钻机进行钻孔并注满水，将地震检测器串放入钻孔中，并连接到地震仪上，在桩基体上敲击激发，将全孔接收到的各深度点的波形编辑成一个地震炮集，进行增益调整、滤波，保持初至清晰，桩身深度范围内的地震波初至波为来自桩身的折射波，桩身以下的地震初至波为桩底端的绕射波，折射波与绕射波时距曲线的交叉拐点就是桩底端位置，由此计算桩长度。该方法依然需要布置检测孔，进行钻孔，检测装置布置麻烦。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种立柱下桩基长度无损检测装置，旨在解决现有的上部有固定建筑物的桩基长度难以检测的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种立柱下桩基长度无损检测方法，包括：

S1，在地面以上、横梁以下的立柱的外周侧壁上设置激震点和传感器，按照如下方式布置：

第一方式：将两个传感器设于立柱的顶部，两个传感器关于立柱轴线对称，两个传感器的接收方向反向，i个激震点沿直线方向等间距设于传感器下方，且i个激震点位于两传感器之间的对称面内，

或者，

第二方式：将激震点设于立柱的顶部，设置两组传感器，每组传感器包括i个，i个传感器沿直线方向等间距设于激震点下方，两组传感器关于立柱轴线对称，两组传感器的接收方向反向，且激震点位于两组传感器之间的对称面内；

i≥2，并记录激震点到传感器之间的距离x1,…,xi，所述xi在第一方式中为第i个激震点到传感器之间的距离，在第二方式中为第i个传感器到激震点之间的距离；

S2，所述激震点带有触发器，触发器和所述传感器连接弹性波采集仪器，利用触发器锤击激震点多次，若激震点和传感器按所述第一方式布置，则激震点的激发方向和两个传感器之一的接收方向一致，若激震点和传感器按所述第二方式布置，则激震点的激发方向和两组传感器之一的接收方向一致，采集到多组i道地震波记录，对多组采集到的地震波记录进行叠加平均，获得原始采集记录；

S3，从步骤S2中获得的原始采集记录中，提取来自位于地面以下的桩基底部的桩底横波反射信号，包括：

S31，所述原始采集记录中记录有i道的直达纵波信号、直达横波信号、立柱上方横梁横波反射信号、干扰纵波反射信号和所述桩底横波反射信号，对原始采集记录采用反向叠加的方式进行合成，使直达纵波信号和干扰纵波反射信号被压制，得到经过纵波压制后的反射记录；

S32，对步骤S31得到的经过纵波压制后的反射记录进行行波分离计算，采用频率-波数域滤波的方法，将直达横波信号和立柱上方横梁横波反射信号压制滤出，提取出桩底横波反射信号；

S4，从所述桩底横波反射信号拾取来自桩底的横波反射波到达时间ti，

并根据激震点到传感器之间的距离xi，立柱的长度h，及方程ti＝(2h-xi)/Vs₂+2H/Vs₁，得到方程组，

令桩基横波波速Vs₁＝立柱横波波速Vs₂，计算出桩基的长度H。

优选地，当所述激震点和传感器按照第一方式布置时，i≥3。

优选地，当所述激震点和传感器按照第二方式布置时，i≥6。

优选地，所述传感器采用位移传感器、应力传感器、速度传感器或加速度传感器。

本发明还提出一种立柱下桩基长度无损检测装置，包括：

激震点和传感器，设于位于地面以上、横梁以下的立柱的外周侧壁上，所述激震点上的震源带有触发器，

至少两个激震点沿直线方向等间距布置，且设于传感器下方，两个传感器位于立柱顶部，且关于立柱轴线对称，两传感器的接收方向反向，全部的所述激震点位于两个传感器之间的对称面内，

或者，

一个激震点位于立柱顶部，两组传感器设于激震点下方，且关于立柱轴线对称，两组传感器的接收方向反向，每组传感器包括至少两个，且沿直线方向等间距布置，所述激震点位于两组传感器之间的对称面内；

弹性波采集仪器，其连接所述触发器和传感器，用于采集有i道地震波记录的原始采集记录，所述原始采集记录中记录有i道的直达纵波信号、直达横波信号、立柱上方横梁横波反射信号、干扰纵波反射信号和来自位于地面以下的桩基底部的桩底横波反射信号，对原始采集记录采用反向叠加的方式进行合成，使直达纵波信号和干扰纵波反射信号被压制，得到经过纵波压制后的反射记录；经过纵波压制后的反射记录进行行波分离计算，采用频率-波数域滤波的方法，将直达横波信号和立柱上方横梁横波反射信号压制滤出，提取出桩底横波反射信号，根据桩底横波反射信号拾取出的来自桩底的横波反射波到达时间 ti，激震点到传感器之间的距离xi，立柱的长度h，及方程ti＝(2h-xi)/Vs₂+2H/Vs₁，得到方程组，令桩基横波波速Vs₁＝立柱横波波速Vs₂，计算出桩基的长度H。

优选地，所述传感器采用位移传感器、应力传感器、速度传感器或加速度传感器。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果：

一，本发明所述立柱下桩基长度无损检测方法，基于有限的施工作业条件，采用了横波激发和接收的方式，为接收来自桩底的横波反射信号创造了条件；利用横波为偏振波的特性，采用反向放置的传感器采集信号相关提取的方法，提高了横波反射信号的可靠度和分辨能力；对于来自桩和柱相关介质结构的反射信号，如果假设桩底的反射横波信号为上行波，则震源干扰和来自立柱上部结构的干扰反射信号则为下行波，采用行波分离的算法，将震源干扰和来自立柱上部的结构反射干扰进行滤除或压制，进一步为桩底反射横波信号的高分辨提取创造了条件；最后，通过多道记录中提取的桩底反射到达时间与震源位置、桩长、桩体和立柱的横波波速之间的函数关系，通过求解方程组的方式获得了较为精确的掩埋桩基长度。

二，所述检测方法利用横波的偏振性特点和负视速度原理，采集和提取来自桩基底部的横波反射信号，同时利用多道桩底反射信号时-距参数反演算法，综合解决了高层建筑下掩埋桩体长度无损检测的难题，为地下工程尤其是隧道工程的设计施工提供了重要信息。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提出的立柱下桩基长度无损检测装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二提出的立柱下桩基长度无损检测装置的结构示意图；

图3为利用本发明实施例一和实施例二提出的立柱下桩基长度无损检测装置测得的6 道检测模拟原始采集记录图；

图4为对图3中2组横波反射记录进行相关提取后的波记录图；

图5为图3中原始采集记录经行波分离后提取的震源及立柱上部结构横波干扰记录图；

图6为从图3中提取的桩底横波反射记录图。

本发明的附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				1A	立柱	3A	传感器
2A	梁板结构	4A	激震点

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例一

请参照图1，本实施例一提出一种立柱下桩基长度无损检测装置，用于实现立柱下桩基长度无损检测。桩基以上一层立柱1A高4米，立柱1A之上为由横梁和顶板构成的梁板结构2A；2个传感器3A(微型速度传感器或加速度传感器)对称固定在立柱1A顶部两侧，用于接收水平方向振动，且两传感器3A的接收方向反向；在传感器3A下方的立柱1A上，设置 6个激震点4A，该6个激震点4A竖向排列，且相互之间的间隔为40厘米。

弹性波采集仪器为具有多个感应通道的多道同步弹性波采集仪器，在本实施例中采用与两个传感器3A对应的双通道地震波记录仪器，两传感器3A的输出信号通过信号电缆分别接入该弹性波采集仪器，触发器的触发同步信号也通过电缆接入该弹性波采集仪器的触发输入口，带触发器的锤击震源依次在激震点激发与传感器接收方向一致的水平震动，共采集2组分别有6道的地震记录，如图3所示。

实施例二：

参见图2，本实施例二提出的用于实现桩基长度检测方法的装置，桩基以上立柱1B高4 米，立柱1B之上为由横梁和顶板构成的梁板结构2B；激震点4B位于立柱1B顶部，由12个传感器3B(微型速度或加速度传感器)分两组，自立柱1B底部向上形成的间隔为50厘米的传感器排列，每组6个传感器3B接收方向相同的水平方向振动，两组传感器3B的接收方向相反。传感器3B作为地震检波器，将震源激发的震动信号转化为电信号。

传感器排列的输出信号通过信号电缆与12道同步弹性波采集仪器连接，锤击震源所带触发器通过信号电缆也与该12道同步弹性波采集仪器连接；带触发器的锤击震源在激震点 4B激发与传感器3B接收方向一致的水平震动；弹性波采集仪器也采集到2组分别有6道的地震记录。

并且，为了保证有效信号的信噪比，采用多次叠加的方式，震源同态激发20次，弹性波采集仪器采集20炮各2组分别有6道的地震记录，对它们进行叠加平均，将平均后的2组分别有6道的地震记录作为原始采集记录，形状也大致如图3所示。

实施例三

请参阅图3至图6，本实施例三基于实施例一和实施例二提出的立柱下桩基长度无损检测装置，提出一种立柱下桩基长度无损检测方法，包括：

步骤一：采集波信号，

采用实施例一提出的立柱下桩基无损检测装置，依次在激震点4A上用带触发器震源激发与传感器3A接收方向一致的水平震动，利用震源上触发信号，并通过双通道地震波记录仪器依次记录两个传感器3A收到的地震波波列，构成两组与激震点个数一致的多道横波反射记录；

或者，

采用实施例二提出的检测装置，用带触发器的震源激励激震点4B，由触发信号和多道同步弹性波采集仪器采集与传感器3B个数相等的多道地震波信号，形成两组多道地震记录。

利用实施例一和实施例二提出的立柱下桩基长度无损检测装置都可获得两组有6道地震记录的原始采集记录①。

步骤二：提取桩底横波反射信号，

利用横波的偏振性特点，对图3所示的2组原始采集记录①采用反向叠加方式进行相关合成，2组纪录中直达横波信号(同相轴2指示)、立柱上方横梁横波反射信号(同相轴3指示)和桩底横波反射信号(同相轴5指示)反向叠加时得到增强；而如图3中的同相轴1、同相轴4所代表的直达纵波信号或干扰纵波反射信号，由于不具有偏振性，反向叠加后被压制，形成一组横波信号占优势的多道横波反射记录②。经过纵波压制后的波列如图4所示。

然后，根据多道横波反射记录②中的下行波和上行波信号分布特征，对图4合成后的纪录进行行波分离计算，利用行波分离算法对震源直达波信号以及立柱上部横梁结构物产生的多道反射波信号进行压制或滤除，采用频率-波数域滤波的方法，以直达横波信号和立柱上方横梁横波反射信号为代表的下行波被压制滤出，来自桩底的桩底横波反射信号被提取出来，被压制的下行横波记录如图5所示，提取出的桩底横波反射信号③如图6所示。

步骤三：数据计算，

对图6中的桩底横波反射信号③进行反射波旅行时间提取，从图6中的记录上拾取来自桩底的横波反射波到达时间，分别记为(x1，t1)、(x2，t2)、(x3，t3)、(x4，t4)、(x5，t5)、(x6，t6)。将各组参数带入方程ti＝(2h-xi)/Vs₂+2H/Vs₁(i＝1～6，xi为第i个激震点或传感器到对应的传感器或激震点之间的距离，H为桩长，实施例一中h为传感器以下的立柱长度，实施例二中h为激震点以下的立柱长度，Vs₁为桩基横波波速，Vs₂为立柱的横波波速)，得到6个方程，构成方程组，参考立柱的横波波速Vs₂，假设Vs₁＝Vs₂，求解出桩基的长度约为 H＝(Vs₂·t-2h+x)/2，即可算出立柱下桩基长度H。

并且，在步骤三中，还可以做长度的拟合反演，由多道记录反演桩基在地下长度，例如：

设传感器在立柱上部安装，安装高程为0，竖直向下建立坐标系，立柱底面(地面)高程为h，坐标为h；H为立柱下部桩基的桩长，桩基底部的坐标为(H+h)。激震点在传感器以下的坐标为x,各激震点激发，从多道记录上获取的桩底横波反射波到达时间为t，设桩基内横波波速为Vs₁，立柱柱体的横波波速为Vs₂，可以得出以上参数所满足的t-x时距曲线方程：

t＝(2h-x)/Vs₂+2H/Vs₁，

该方程的斜率为立柱横波速度Vs₂的倒数，根据已知的多组参数建立对应个数的方程，由它们组成一个方程组，利用解析算法即可求出桩基在立柱以下的长度H。

可以理解地，在其它一些实施方式中，可以采用其它数量的多组激震点或多组传感器来测得多道地震记录，在此不作限定。当被检测长度的桩基或类似结构体水平或斜向存在时，也可以用类似的方法进行检测。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种立柱下桩基长度无损检测方法，其特征在于，包括：

S1，在地面以上、横梁以下的立柱的外周侧壁上设置激震点和传感器，按照如下方式布置：

第一方式：将两个传感器设于立柱的顶部，两个传感器关于立柱轴线对称，两个传感器的接收方向反向，i个激震点沿直线方向等间距设于传感器下方，且i个激震点位于两传感器之间的对称面内，

或者，

第二方式：将激震点设于立柱的顶部，设置两组传感器，每组传感器包括i个，i个传感器沿直线方向等间距设于激震点下方，两组传感器关于立柱轴线对称，两组传感器的接收方向反向，且激震点位于两组传感器之间的对称面内；

i≥2，并记录激震点到传感器之间的距离x1,…,xi，所述xi在第一方式中为第i个激震点到传感器之间的距离，在第二方式中为第i个传感器到激震点之间的距离；

S2，所述激震点带有触发器，触发器和所述传感器连接弹性波采集仪器，利用触发器锤击激震点多次，若激震点和传感器按所述第一方式布置，则激震点的激发方向和两个传感器之一的接收方向一致，若激震点和传感器按所述第二方式布置，则激震点的激发方向和两组传感器之一的接收方向一致，采集到多组i道地震波记录，对多组采集到的地震波记录进行叠加平均，获得原始采集记录；

S3，从步骤S2中获得的原始采集记录中，提取来自位于地面以下的桩基底部的桩底横波反射信号，包括：

S31，所述原始采集记录中记录有i道的直达纵波信号、直达横波信号、立柱上方横梁横波反射信号、干扰纵波反射信号和所述桩底横波反射信号，对原始采集记录采用反向叠加的方式进行合成，使直达纵波信号和干扰纵波反射信号被压制，得到经过纵波压制后的反射记录；

S32，对步骤S31得到的经过纵波压制后的反射记录进行行波分离计算，采用频率-波数域滤波的方法，将直达横波信号和立柱上方横梁横波反射信号压制滤出，提取出桩底横波反射信号；

S4，从所述桩底横波反射信号拾取来自桩底的横波反射波到达时间ti，

并根据激震点到传感器之间的距离xi，立柱的长度h，及方程ti＝(2h-xi)/Vs₂+2H/Vs₁，得到方程组，

令桩基横波波速Vs₁＝立柱横波波速Vs₂，计算出桩基的长度H。

2.如权利要求1所述的立柱下桩基长度无损检测方法，其特征在于，当所述激震点和传感器按照第一方式布置时，i≥3。

3.如权利要求1所述的立柱下桩基长度无损检测方法，其特征在于，当所述激震点和传感器按照第二方式布置时，i≥6。

4.如权利要求1所述的立柱下桩基长度无损检测方法，其特征在于，所述传感器采用位移传感器、应力传感器、速度传感器或加速度传感器。

5.一种立柱下桩基长度无损检测装置，其特征在于，包括：

激震点和传感器，设于位于地面以上、横梁以下的立柱的外周侧壁上，所述激震点上的震源带有触发器，

至少两个激震点沿直线方向等间距布置，且设于传感器下方，两个传感器位于立柱顶部，且关于立柱轴线对称，两传感器的接收方向反向，全部的所述激震点位于两个传感器之间的对称面内，

或者，

一个激震点位于立柱顶部，两组传感器设于激震点下方，且关于立柱轴线对称，两组传感器的接收方向反向，每组传感器包括至少两个，且沿直线方向等间距布置，所述激震点位于两组传感器之间的对称面内；

弹性波采集仪器，其连接所述触发器和传感器，用于采集有i道地震波记录的原始采集记录，所述原始采集记录中记录有i道的直达纵波信号、直达横波信号、立柱上方横梁横波反射信号、干扰纵波反射信号和来自位于地面以下的桩基底部的桩底横波反射信号，对原始采集记录采用反向叠加的方式进行合成，使直达纵波信号和干扰纵波反射信号被压制，得到经过纵波压制后的反射记录；经过纵波压制后的反射记录进行行波分离计算，采用频率-波数域滤波的方法，将直达横波信号和立柱上方横梁横波反射信号压制滤出，提取出桩底横波反射信号，根据桩底横波反射信号拾取出的来自桩底的横波反射波到达时间ti，激震点到传感器之间的距离xi，立柱的长度h，及方程ti＝(2h-xi)/Vs₂+2H/Vs₁，得到方程组，令桩基横波波速Vs₁＝立柱横波波速Vs₂，计算出桩基的长度H。

6.如权利要求5所述的立柱下桩基长度无损检测装置，其特征在于，所述传感器采用位移传感器、应力传感器、速度传感器或加速度传感器。

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