CN109403395A - 桥梁桩基础一种新型无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了桥梁桩基础一种新型无损检测方法，属于桥梁桩基检测领域。桥梁桩基础一种新型无损检测方法，当分析桩基础检测数据时，桩基缺陷由健康时间和标准偏差两倍的平均值来判断，根据振幅均值M的一半数值来确定桩基础是否内发生了病变，如果桩基础应力波改变了峰值大小和峰值出现时间，桥桩基础就可能会存在不同程度的裂隙或是缺口。如果在桩基的内部出现裂隙，裂隙处的应力波传播特性应该会产生相应的变动，导致反射波扰动情况发生等。无损检测不会损害基桩的质量和结构，特别在检测桥梁桩基的完好性时，能够发挥其最大功效应力波法在理论上是成熟的,可以较准确分析桩基础的完整性。

Description

桥梁桩基础一种新型无损检测方法

技术领域

本发明涉及桥梁桩基检测领域，尤其涉及桥梁桩基础一种新型无损检测方法。

背景技术

随着国民经济快速增长，公共建设也一直呈现快速增长的态势。公共建设中，交通运输业得到大力发展，而其中需要建设大量桥梁。我国桥梁一般多采用桩基础。桩基础位于地面之下，相对较为隐蔽，地质状况、施工技术等因素很容易造成其结构的损坏。无损检测技术可以直接检测桩基础是否存在孔隙、裂缝等质量问题，还可以查看施工技术是否符合工程质量要求，不仅检测手段安全而且相比其他检测技术也具有花费少的特点。无损检测技术是指利用物理对象的结构测试，譬如说光学性能、机械性能等。在无损检测的过程中，桥梁桩基会被检测到在某个特定的地点产生裂隙或者缺口，对于所有设施项目的质量检测，找到缺陷处并对其处理才是检测的最终目的。应用到桩基的无损检测技术是目前非常先进的技术，可以对桩基础进行最全面的检测且消耗的时间相对较短，检测结果也会很快分析得出，桥梁基础桩基的深度也可以通过无损检测技术检测得出；如桥梁桩基安装钢筋腐蚀开裂，以及桥梁内部结构的缺陷都可以通过非破坏性试验来检测。

现有的桥梁桩基础一种新型无损检测方法，无法对缺陷部位进行定量检测。

发明内容

本发明的目的是为了解决无法对缺陷部位进行定量检测的问题，而提出的桥梁桩基础一种新型无损检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

桥梁桩基础一种新型无损检测方法，包括以下步骤；

S1、使用锤子对桩基上部进行敲击，通过桩基上部安装的传感器收集反射波数据；

S2、将S1中收集的数据带入下列公式，进行分析，并建立波形图，进行分析对比；

式中：质点振动位移；质点振动到振源的距离；质点振动的时间；阻尼系数；桩的截面积；纵波在桩中传播的速度；桩的质量密度；

当桩顶施加瞬间外力时，桩内只存在下行波，波在不同的波阻抗面上发生反射， 从上式中，可推导出应力波在桩体中旅行的时间及其对不同结构介质桩的纵波速度；

S3、当桩身存在缺陷，各界面反射使曲线变得复杂，当波形图时振幅与上一时刻振 幅之间出现较大偏差，则为缺陷反射时间，带入下述公式计算出现问题的位置与桩顶之 间的距离；

式中：同一工地内多根已测合格桩桩身纵波速度的平均值；

缺陷部位距桩顶的距离；

S4、根据S3中计算得出的距离，启动桥梁桩基础一种新型无损检测装置并移动到该 问题区域，对出现问题的区域进行声波CT，并收集数据；

S5、根据S4中测量得到的数据，建立被测区域的超声波CT模型；

S6、根据S5中建立的超声波CT模型，对缺陷部位进行定量分析，得出缺陷部位的形状、大小和位置。

优选地，所述S5超声波CT模型建立，包括以下步骤；

A1、将S4中测量的数据，带入以下公式，采用建立超声波成像离散模型；

式中：为第个声波沿着该传播路径传播的时间。

A2、将A1中的转变为声波模型，将测试区域采用等距网格离散，对于每一个网格单元内的超声波速度分布设为：

。

式中：矢径；速度梯度；常数；并采用高精度射线追踪求解正演问题；

A3、通过层析成像反演，假设被测区域实测超声波的旅行时间数据个数为，被测区 域离散模型参数个，声时与模型之间存在如下非线性关系：

通过桥梁桩基础一种新型无损检测装置，可以获得各条超声波射线的声时，然后对被测区域进行二维离散，建立超声波CT模型。

优选地，所述S3中的桩身存在缺陷，包括以下几种情况：完整桩、截面突变桩、断桩、半断桩、缩颈、离析和夹泥桩、扩底桩、嵌岩桩和截面渐变桩。

桥梁桩基础一种新型无损检测装置，应用于桥梁桩基础一种新型无损检测方法，包括固定外壳、CT测量装置和驱动装置，所述固定外壳下端后侧固定安装有驱动装置，所述固定外壳下端前侧固定安装有CT测量装置，所述固定外壳内部固定安装有驱动电机，所述驱动电机前端与转动轴后端固定连接，所述转动轴后端与转动齿轮轴心固定连接，所述转动轴后端与传动齿轮轴心固定连接，所述转动齿轮和传动齿轮与CT测量装置和驱动装置上端啮合连接。

优选地，所述CT测量装置和驱动装置都包括固定齿轮、固定轴、轴承、转动斜齿轮、传动斜齿轮、保护外壳、限位外壳和移动杆，所述转动齿轮和传动齿轮与固定齿轮啮合连接，所述固定齿轮轴心与固定轴上端固定连接，所述固定轴中部活动套接在保护外壳上端内部，所述固定轴下端与转动斜齿轮轴心固定连接，所述转动斜齿轮与传动斜齿轮外部啮合连接，所述传动斜齿轮活动套接在保护外壳内部，所述传动斜齿轮后侧与移动杆外部啮合连接，所述移动杆后侧活动套接在限位块内部，所述限位块后侧与限位外壳前侧外部固定连接，所述限位外壳前侧与保护外壳后侧固定连接，所述移动杆与驱动轮和CT测量模块固定连接，所述保护外壳内部活动套接有密封圈。

优选地，所述移动杆前侧外部设置有与传动斜齿轮相匹配的外螺纹，所述移动杆后侧外部与限位杆前侧固定连接，所述限位杆活动套接在限位块内部，所述保护外壳上端内部设置有固定孔，所述固定孔内部活动套接有轴承，所述轴承轴心活动套接有固定轴中部。

与现有技术相比，本发明提供了桥梁桩基础一种新型无损检测方法，具备以下有益效果：

（1）本发明基于超声检测的方法，当分析桩基础检测数据时，桩基缺陷由健康时间和标准偏差两倍的平均值来判断，根据振幅均值M的一半数值来确定桩基础内是否发生了病变。如果桩基础应力波改变了峰值大小和峰值出现时间，桥桩基础就可能会存在不同程度的裂隙或是缺口。如果在桩基的内部出现裂隙，裂隙处的应力波传播特性应该会产生相应的变动，导致反射波扰动情况发生等。无损检测不会损害基桩的质量和结构，特别在检测桥梁桩基的完好性时，能够发挥其最大功效应力波法在理论上是成熟的,可以较准确分析桩基础的完整性。该方法由于混凝土材料的不匀质性、多次缺陷的干扰及桩侧土的影响,有时波形较为复杂,在怀疑有问题的部位进行CT成像技术进行定量检测；

（2）本发明将CT成像技术用于桥梁基桩的超声波检测中，通过实际应用效果表明，超声波成像技术在反映缺陷的密度上具有较高的灵敏度，特别是在缺陷的准确定位上具有明显的优越性，从应用上也可以看出，采用声波透视法测试的最低声速略高于成像测试数值，这说明超声成像技术在识别内部缺陷时的分辨率远比常规声波测试方法要高，但是由于超声CT成像技术必须具有大量原始采集数据,其工作量远远超过了常规声波测试,而且成本较高,目前还难以在桥梁基桩质量检测中进行全面的超声CT成像，为此在本发明中采用常规声波测试进行初测,对初测中出现异常的部位再进行局部超声CT成像，该方法成本减少，并且不仅可以有效对缺陷部位定性也可以进行定量分析；

（3）本发明还设置有桥梁桩基础一种新型无损检测装置，在使用的时候，通过先启动驱动电机带动转动轴转动，之后带动转动齿轮和传动齿轮转动，从而带动固定齿轮转动，从而带动固定轴底部的转动斜齿轮转动，从而带动传动斜齿轮转动，带动与之相匹配的移动杆向下移动，带动CT测量模块和驱动轮与桩外侧接触，从而可以将桩身上移动，从而可以有效的对桩身进行测量，当不使用的时候，通过启动驱动电机带动转动轴转动，之后带动转动齿轮和传动齿轮转动，从而带动固定齿轮转动，从而带动固定轴底部的转动斜齿轮转动，从而带动传动斜齿轮转动，带动与之相匹配的移动杆向上移动，带动CT测量模块和驱动轮与桩外侧分离，将装置取下。

附图说明

图1为本发明提出的桥梁桩基础一种新型无损检测方法的立体结构示意图；

图2为本发明提出的桥梁桩基础一种新型无损检测方法的剖面结构示意图；

图3为本发明提出的桥梁桩基础一种新型无损检测方法的内部结构示意图；

图4为本发明提出的桥梁桩基础一种新型无损检测方法的拆分结构示意图；

图5为本发明提出的桥梁桩基础一种新型无损检测方法的拆分立体结构示意图；

图6为本发明提出的桥梁桩基础一种新型无损检测方法的拆分立体结构示意图；

图7为本发明提出的桥梁桩基础一种新型无损检测方法的内部拆分结构示意图。

图中标号说明：

1固定外壳、2驱动装置、3CT测量装置、4密封圈、5驱动电机、6转动轴、7转动齿轮、8传动齿轮、9CT测量模块、10驱动轮、11固定齿轮、12限位块、13传动斜齿轮、14固定轴、15轴承、16转动斜齿轮、17保护外壳、18固定孔、19限位外壳、20移动杆、21限位杆。

具体实施方式

下面将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、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

桥梁桩基础一种新型无损检测方法，包括以下步骤；

S1、使用锤子对桩基上部进行敲击，通过桩基上部安装的传感器收集反射波数据；

S2、将S1中收集的数据带入下列公式，进行分析，并建立波形图，进行分析对比；

式中：质点振动位移；质点振动到振源的距离；质点振动的时间；阻尼系数；桩的截面积；纵波在桩中传播的速度；桩的质量密度；

当桩顶施加瞬间外力时，桩内只存在下行波，波在不同的波阻抗面上发生反射， 从上式中，可推导出应力波在桩体中旅行的时间及其对不同结构介质桩的纵波速度；

S3、当桩身存在缺陷，各界面反射使曲线变得复杂，当波形图时振幅与上一时刻振 幅之间出现较大偏差，则为缺陷反射时间，带入下述公式计算出现问题的位置与桩顶之 间的距离；

式中：同一工地内多根已测合格桩桩身纵波速度的平均值；

缺陷部位距桩顶的距离；

S4、根据S3中计算得出的距离，启动桥梁桩基础一种新型无损检测装置并移动到该 问题区域，对出现问题的区域进行声波CT，并收集数据；

S5、根据S4中测量得到的数据，建立被测区域的超声波CT模型；

S6、根据S5中建立的超声波CT模型，对缺陷部位进行定量分析，得出缺陷部位的形状、大小和位置。

S3中的桩身存在缺陷，包括以下几种情况：完整桩、截面突变桩、断桩、半断桩、缩颈、离析和夹泥桩、扩底桩、嵌岩桩和截面渐变桩。

本发明基于超声检测的方法，当分析桩基础检测数据时，桩基缺陷由健康时间和标准偏差两倍的平均值来判断，根据振幅均值M的一半数值来确定桩基础内是否发生了病变。如果桩基础应力波改变了峰值大小和峰值出现时间，桥桩基础就可能会存在不同程度的裂隙或是缺口。如果在桩基的内部出现裂隙，裂隙处的应力波传播特性应该会产生相应的变动，导致反射波扰动情况发生等。无损检测不会损害基桩的质量和结构，特别在检测桥梁桩基的完好性时，能够发挥其最大功效应力波法在理论上是成熟的,可以较准确分析桩基础的完整性。该方法由于混凝土材料的不匀质性、多次缺陷的干扰及桩侧土的影响,有时波形较为复杂,在怀疑有问题的部位进行CT成像技术进行定量检测。

实施例2：基于实施例1有所不同的是；

S5超声波CT模型建立，包括以下步骤；

A1、将S4中测量的数据，带入以下公式，采用建立超声波成像离散模型；

式中：为第个声波沿着该传播路径传播的时间。

A2、将A1中的转变为声波模型，将测试区域采用等距网格离散，对于每一个网格单元内的超声波速度分布设为：

。

式中：矢径；速度梯度；常数；并采用高精度射线追踪求解正演问题；

A3、通过层析成像反演，假设被测区域实测超声波的旅行时间数据个数为，被测区 域离散模型参数个，声时与模型之间存在如下非线性关系：

通过桥梁桩基础一种新型无损检测装置，可以获得各条超声波射线的声时，然后对被测区域进行二维离散，建立超声波CT模型。

本发明将CT成像技术用于桥梁基桩的超声波检测中，通过实际应用效果表明，超声波成像技术在反映缺陷的密度上具有较高的灵敏度，特别是在缺陷的准确定位上具有明显的优越性，从应用上也可以看出，采用声波透视法测试的最低声速略高于成像测试数值，这说明超声成像技术在识别内部缺陷时的分辨率远比常规声波测试方法要高，但是由于超声CT成像技术必须具有大量原始采集数据,其工作量远远超过了常规声波测试,而且成本较高,目前还难以在桥梁基桩质量检测中进行全面的超声CT成像，为此在本发明中采用常规声波测试进行初测,对初测中出现异常的部位再进行局部超声CT成像，该方法成本减少，并且不仅可以有效对缺陷部位定性也可以进行定量分析。

实施例3：基于实施例1和2有所不同的是；

桥梁桩基础一种新型无损检测装置，应用于桥梁桩基础一种新型无损检测方法，包括固定外壳1、CT测量装置3和驱动装置2，固定外壳1下端后侧固定安装有驱动装置2，固定外壳1下端前侧固定安装有CT测量装置3，固定外壳1内部固定安装有驱动电机5，驱动电机5前端与转动轴6后端固定连接，转动轴6后端与转动齿轮7轴心固定连接，转动轴6后端与传动齿轮8轴心固定连接，转动齿轮7和传动齿轮8与CT测量装置3和驱动装置2上端啮合连接。

CT测量装置3和驱动装置2都包括固定齿轮11、固定轴14、轴承15、转动斜齿轮16、传动斜齿轮13、保护外壳17、限位外壳19和移动杆20，转动齿轮7和传动齿轮8与固定齿轮11啮合连接，固定齿轮11轴心与固定轴14上端固定连接，固定轴14中部活动套接在保护外壳17上端内部，固定轴14下端与转动斜齿轮16轴心固定连接，转动斜齿轮16与传动斜齿轮13外部啮合连接，传动斜齿轮13活动套接在保护外壳17内部，传动斜齿轮13后侧与移动杆20外部啮合连接，移动杆20后侧活动套接在限位块12内部，限位块12后侧与限位外壳19前侧外部固定连接，限位外壳19前侧与保护外壳17后侧固定连接，移动杆20与驱动轮10和CT测量模块9固定连接，保护外壳17内部活动套接有密封圈4。

移动杆20前侧外部设置有与传动斜齿轮13相匹配的外螺纹，移动杆20后侧外部与限位杆21前侧固定连接，限位杆21活动套接在限位块12内部，保护外壳17上端内部设置有固定孔18，固定孔18内部活动套接有轴承15，轴承15轴心活动套接有固定轴14中部。

本发明还设置有桥梁桩基础一种新型无损检测装置，在使用的时候，通过先启动驱动电机5带动转动轴6转动，之后带动转动齿轮7和传动齿轮8转动，从而带动固定齿轮11转动，从而带动固定轴14底部的转动斜齿轮16转动，从而带动传动斜齿轮13转动，带动与之相匹配的移动杆20向下移动，带动CT测量模块9和驱动轮10与桩外侧接触，从而可以将桩身上移动，从而可以有效的对桩身进行测量，当不使用的时候，通过启动驱动电机5带动转动轴6转动，之后带动转动齿轮7和传动齿轮8转动，从而带动固定齿轮11转动，从而带动固定轴14底部的转动斜齿轮16转动，从而带动传动斜齿轮13转动，带动与之相匹配的移动杆20向上移动，带动CT测量模块9和驱动轮10与桩外侧分离，将装置取下。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.桥梁桩基础一种新型无损检测方法，其特征在于：包括以下步骤；

S1、使用锤子对桩基上部进行敲击，通过桩基上部安装的传感器收集反射波数据；

S2、将S1中收集的数据带入下列公式，进行分析，并建立波形图，进行分析对比；

式中：质点振动位移；质点振动到振源的距离；质点振动的时间；阻尼系数； 桩的截面积；纵波在桩中传播的速度；桩的质量密度；

当桩顶施加瞬间外力时，桩内只存在下行波，波在不同的波阻抗面上发生反射， 从上式中，可推导出应力波在桩体中旅行的时间及其对不同结构介质桩的纵波速度；

S3、当桩身存在缺陷，各界面反射使曲线变得复杂，当波形图时振幅与上一时刻振 幅之间出现较大偏差，则为缺陷反射时间，带入下述公式计算出现问题的位置与桩顶之 间的距离；

式中：同一工地内多根已测合格桩桩身纵波速度的平均值；

缺陷部位距桩顶的距离；

S4、根据S3中计算得出的距离，启动桥梁桩基础一种新型无损检测装置并移动到该 问题区域，对出现问题的区域进行声波CT，并收集数据；

S5、根据S4中测量得到的数据，建立被测区域的超声波CT模型；

S6、根据S5中建立的超声波CT模型，对缺陷部位进行定量分析，得出缺陷部位的形状、大小和位置。

2.根据权利要求1所述的桥梁桩基础一种新型无损检测方法，其特征在于：所述S5超声波CT模型建立，包括以下步骤；

A1、将S4中测量的数据，带入以下公式，采用建立超声波成像离散模型；

式中：为第个声波沿着该传播路径传播的时间；

A2、将A1中的转变为声波模型，将测试区域采用等距网格离散，对于每一个网格单元内的超声波速度分布设为：

。

3.式中：矢径；速度梯度；常数；并采用高精度射线追踪求解正演问题；

A3、通过层析成像反演，假设被测区域实测超声波的旅行时间数据个数为，被测区域 离散模型参数个，声时与模型之间存在如下非线性关系：

通过桥梁桩基础一种新型无损检测装置，可以获得各条超声波射线的声时，然后对被测区域进行二维离散，建立超声波CT模型。

4.根据权利要求1所述的桥梁桩基础一种新型无损检测方法，其特征在于：所述S3中的桩身存在缺陷，包括以下几种情况：完整桩、截面突变桩、断桩、半断桩、缩颈、离析和夹泥桩、扩底桩、嵌岩桩和截面渐变桩；

桥梁桩基础一种新型无损检测装置，其特征在于：应用于桥梁桩基础一种新型无损检测方法，包括固定外壳（1）、CT测量装置（3）和驱动装置（2），所述固定外壳（1）下端后侧固定安装有驱动装置（2），所述固定外壳（1）下端前侧固定安装有CT测量装置（3），所述固定外壳（1）内部固定安装有驱动电机（5），所述驱动电机（5）前端与转动轴（6）后端固定连接，所述转动轴（6）后端与转动齿轮（7）轴心固定连接，所述转动轴（6）后端与传动齿轮（8）轴心固定连接，所述转动齿轮（7）和传动齿轮（8）与CT测量装置（3）和驱动装置（2）上端啮合连接。

5.根据权利要求4所述的桥梁桩基础一种新型无损检测装置，其特征在于：所述CT测量装置（3）和驱动装置（2）都包括固定齿轮（11）、固定轴（14）、轴承（15）、转动斜齿轮（16）、传动斜齿轮（13）、保护外壳（17）、限位外壳（19）和移动杆（20），所述转动齿轮（7）和传动齿轮（8）与固定齿轮（11）啮合连接，所述固定齿轮（11）轴心与固定轴（14）上端固定连接，所述固定轴（14）中部活动套接在保护外壳（17）上端内部，所述固定轴（14）下端与转动斜齿轮（16）轴心固定连接，所述转动斜齿轮（16）与传动斜齿轮（13）外部啮合连接，所述传动斜齿轮（13）活动套接在保护外壳（17）内部，所述传动斜齿轮（13）后侧与移动杆（20）外部啮合连接，所述移动杆（20）后侧活动套接在限位块（12）内部，所述限位块（12）后侧与限位外壳（19）前侧外部固定连接，所述限位外壳（19）前侧与保护外壳（17）后侧固定连接，所述移动杆（20）与驱动轮（10）和CT测量模块（9）固定连接，所述保护外壳（17）内部活动套接有密封圈（4）。

6.根据权利要求5所述的桥梁桩基础一种新型无损检测装置，其特征在于：所述移动杆（20）前侧外部设置有与传动斜齿轮（13）相匹配的外螺纹，所述移动杆（20）后侧外部与限位杆（21）前侧固定连接，所述限位杆（21）活动套接在限位块（12）内部，所述保护外壳（17）上端内部设置有固定孔（18），所述固定孔（18）内部活动套接有轴承（15），所述轴承（15）轴心活动套接有固定轴（14）中部。