CN110067268B - 一种基于声发射的预制桩贯入过程中地层非正常不连续变化深度量测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于声发射的预制桩贯入过程中地层非正常不连续变化深度量测装置，属于土木工程仪器制造技术领域，由打桩装置、监测装置、传输装置、输出系统组成。本发明是一种新型的量测装置，其主要价值在于：一、装置可以重复使用，减少设备成本；二、监测打桩过程中地层的非正常不连续变化，对连续地层突变，岩溶顶板厚度，孤石埋深等做到提前探测，提前预警，降低工程事故发生的概率；三、以打预制桩和监测同步进行的方式，减少钻孔和地质勘查次数，降低施工成本；四、通过声发射传感器配合地面解译装置，控制系统进行监测，操作简单，传输便捷，结果准确，方便使用。

Description

一种基于声发射的预制桩贯入过程中地层非正常不连续变化 深度量测装置

技术领域：

本发明涉及一种基于声发射的预制桩贯入过程中地层非正常不连续变化深度量测装置，属于土木工程仪器制造技术领域。适用于在地层非正常不连续变化区域打预制桩，对地下未知地层突变，岩溶，孤石等做到实时监测，预警的情况。

背景技术：

近年来，随着不断的开发建设，打桩的安全性问题日益显现，打桩的灾害也日益突出。当地下存在岩溶，孤石，连续地层突变等地层非连续变化时，倘若未探明具体位置，就可能会造成工程事故。目前打桩监测方法主要有两种。一、通过地质勘察，先大致判断出岩溶，孤石，连续地层突变的具体位置，在工程设计中尽可能避免桩基与地层非正常不连续变化区域在同一个平面中。二、桩基必须要穿过地层非正常不连续变化区域时，通常的做法是尽可能加大岩溶顶板厚度，加大桩基与孤石或者地层突变区域的距离而确保安全性。方法一存在较大的偶然性和不确定性，因为地质勘查结果并不能保证完全可靠，方法二会浪费大量的材料，加大施工过程中开支。所以通过声发射在线监测系统，能够实现对地层非正常不连续变化的实时在线监测，判断地层非连续突变的类型，输出岩溶顶板厚度，孤石埋深，连续地层突变位置，捕捉工程灾害的前兆信息，实现动态、连续的超前预测预警。该方法可是一种边施工边监测的新型方法，可以在施工过程中实时监测，实时预警，实时调整，装置可以多次使用，还能减少钻孔和地质勘查次数，大大降低施工成本。

发明内容：

本发明涉及一种基于声发射的预制桩贯入过程中地层非正常不连续变化深度量测装置，属于土木工程仪器制造技术领域，由打桩装置，监测装置，传输装置，输出系统组成。

A.打桩装置

桩基为传统的预制桩，地层非正常不连续变化可以看作是一块地层中出现空一片密度不同的区域，预制桩打桩过程可以看作是用力在敲击地层，当桩基撞击不同密度区域时，传出的声音是不一致的。当桩基离地层非正常不连续变化区域的距离不同，所产生的声音也是不同的。

B.监测装置

如图1、图2所示，监测装置分为声发射传感器和连接杆两部分。

1.在打桩之前，先在将要打桩的位置，周围三个方向打孔，每个孔之与桩基圆心之间的夹角为120°。通过声发射定位的原理，用三个方向的声音才能确定桩基声音的具体位置与规律。

2.打孔与桩基的距离在保证安全的前提下，尽可能近为宜。当锤动预制桩打桩时，使声发射传感器既可以接收到预制桩敲击地层的声音，孔壁也不会因为剧烈振动而破坏的距离即是打孔的位置，称这个距离为打孔临界距离。而打孔的深度取决于地表声音干扰的影响范围，当地表声音干扰的数量级明显小于预制桩打桩过程中所产生的声音，输出的声音信号不会受到地表干扰，则称这个距离为地表干扰临界距离，那么这个地表干扰临界临界距离就是打孔的深度。

3.在三个打孔处固定下3个连接杆，每个连接杆上接3个声发射传感器，第一个传感器放置在地表干扰临界距离处，第二、三个依次增加5米放置。通过这样的设计方法，可以起到进一步滤波排除干扰的作用，在打桩之前，先启动声发射传感器，将三个声发射传感器之间的差值通过换算作为基准值。如果在打桩时，差值基准值出现了突变，那就说明地层出现了非正常不连续变化，通过突变的大小可以判断桩基离地层不连续变化的距离，突变幅度越大，说明离地层不连续变化的距离越近，这样结合桩基的深度就可以判断地层非正常不连续变化深度。因为预制桩锤击地层产生的声音传播过程中，在坚硬地层中损失小，在软弱地层中损失大这样突变方向也可以作为地层不连续变化方向的依据，如果信号变强，那桩基可能是打到了坚硬的孤石或者岩层，如果信号变弱，那桩基可能是打到了中空的岩溶或者软弱地层。

C.传输装置

传输装置由解译装置和连接线路组成，将声发射传感器通过有线与地面解译装置连接，通过有线传输可以避免信号损失，通过声发射传感器和解译装置将声音信号转换为电信号。

D.输出系统

输出系统由地面控制系统组成，将解译装置输出的信号传入地面控制系统，即可做到在地面控制台对地下施工情况的实时监控，输出地层非正常不连续变化深度。

本发明与现有的监测施工方法相比较，有如下优点：

(1)装置可以重复使用，减少设备成本。

(2)监测打桩过程中地层的非正常不连续变化，对地层突变，岩溶，孤石等做到提前探测，提前预警，降低工程事故发生的概率。

(3)以打预制桩和监测同步进行的方式，减少钻孔和地质勘查次数，降低施工成本。

(4)通过声发射传感器进行监测，操作简单，传输便捷，方便使用，通过声音信号，电信号作为判断依据直观，清晰。

(5)通过差值滤波，排除地面干扰，控制临界距离的方法，增加结果的准确性。

附图说明：

图1是本发明的截面图；

图2本方发明的俯视图；

附图标记为：

地表(1)，预制桩(2)，地层非正常不连续变化区域(3)，地面解译装置(4)，地面控制系统(5)，声发射传感器一(6)，声发射传感器二(7)，声发射传感器三(8)，连接杆(9)，连接电路(10)，打孔区域一(11)，打孔区域二(12)，打孔区域三(13)。

具体实施方式：

以下结合附图对本发明的工作过程进一步说明：

A.装置的组成

装置一共由四分部分组成，分为打桩装置、监测装置、传输装置、输出系统，具体如下：

一、打桩装置由预制桩(2)构成；

二、监测系统由三根连接杆(9)，每根连接杆(9)上安装的三个声发射传感器一(6)，声发射传感器二(7)，声发射传感器三构成(8)；

三、传输装置由地面解译装置(4)，连接电路(10)构成；

四、输出装置由5-地面控制系统构成。

B.装置的运行过程

装置的运行过程一共分为七步，具体如下：

一、确定打桩钻孔位置2-预制桩；

二、得出桩基与声发射传感器的打孔临界距离，以及地表干扰临界距离，按照设计在桩基周围打下打孔区域一(11)，打孔区域二(12)，打孔区域三(13)；

三、将声发射传感器一(6)，声发射传感器二(7)，声发射传感器三(8)按照5m距离差依次安装在三个连接杆(9)上，分别放入打孔区域一(11)，打孔区域二(12)，打孔区域三(13)；

四、在地面组装地面解译装置(4)，地面控制系统(5)，连接电路(10)并与传感器建立连接，并打开传输装置与输出装置；

五、通过输出结果得到差值的基准值；

六、保持传输装置与输出装置工作状态，开始打下预制桩，通过地面控制系统(5)将输出结果与基准值相比较监测打桩过程；

七、成功完成打桩过程，撤回声发射传感器一(6)，声发射传感器二(7)，声发射传感器三(8)，连接杆(9)，地面解译装置(4)，地面控制系统(5)，连接电路(10)，运用于下一次打桩的监测。

在整个施工过程中，监测装置，传输装置，输出系统均运行良好，预制桩施工顺利完成。

Claims (1)

1.一种基于声发射的预制桩贯入过程中地层非正常不连续变化深度量测装置，由打桩装置、监测装置、传输装置、输出系统组成；桩基为传统的预制桩；监测装置由声发射传感器和连接杆组成；在打桩之前，先在将要打桩的位置周围三个方向打孔，每个孔与桩基圆心之间的夹角为120°，当锤动预制桩打桩时，使声发射传感器既可以接收到预制桩敲击地层的声音，孔壁也不会因为剧烈振动而破坏的距离即是打孔的位置，称这个距离为打孔临界距离，而打孔的深度取决于地表声音干扰的影响范围，当地表声音干扰的数量级明显小于预制桩打桩过程中所产生的声音，输出的声音信号也不会受到地表干扰，则称这个距离为地表干扰临界距离，这个地表干扰临界距离加上10米就是打孔的深度，在三个打孔处固定下3个连接杆，每个连接杆上接3个声发射传感器，第一个传感器放置在地表干扰临界距离处，第二、三个依次增加5米放置，通过这样的设计方法，可以起到进一步滤波排除干扰的作用，在打桩之前，先启动声发射传感器，将三个声发射传感器之间的差值通过换算作为基准值，如果在打桩时，差值基准值出现了突变，那就说明地层出现了非正常不连续变化，通过突变的大小可以判断桩基离地层不连续变化的距离，突变幅度越大，说明离地层不连续变化的距离越近，这样结合桩基的深度就可以判断地层非正常不连续变化深度；传输装置由解译装置和连接线路组成，将声发射传感器通过有线与地面解译装置连接，通过有线传输可以避免信号损失，通过声发射传感器和解译装置将声音信号转换为电信号；输出系统由地面控制系统组成，将解译装置输出的信号传入地面控制系统，即可做到在地面控制台对地下施工情况的实时监控，输出地层非正常不连续变化深度。

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