CN110424474A - 一种基于低应变法的phc-钢管组合桩损伤动力检测系统及方法 - Google Patents
一种基于低应变法的phc-钢管组合桩损伤动力检测系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于低应变法的PHC‑钢管组合桩损伤动力检测系统及方法，包括动力检测传感器、数据采集器及处理器。动力检测传感器至少有三组，每组至少有四个：第一组动力检测传感器的布设点在PHC管桩外表面接近于拼接装置处，第二组动力检测传感器的布设点在钢管桩外表面接近于拼接装置处，第三组动力检测传感器的布设点在PHC管桩的桩顶，每组四个动力检测传感器的布设点的连线①与连线②均能够贯穿PHC‑钢管组合桩的轴心，且连线①与连线②之间有夹角。三组动力检测传感器接收相应PHC‑钢管组合桩在激振点施加激振力的响应数据，并传输给数据采集器，处理器接收数据采集器的数据，绘制PHC‑钢管组合桩的动测响应曲线，并确定PHC‑钢管组合桩的损伤情况。
Description
技术领域
本发明涉及水运工程中桩基损伤检测技术领域，特别涉及一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
低应变法检测桩身缺陷是基于波动理论，利用加载在桩顶的激励荷载在桩身阻抗变化处所产生的不同特征来进行判断。通过用小锤或者力棒在桩顶激发一个脉冲力(应力波信号)，应力波在从桩顶沿桩身往桩底传播的过程中，如果桩身某处截面的几何或材料性质发生变化，则波将在该界面处发生反射和透射，反射部分的波将传回桩顶。在桩顶连接一传感器，则可测得基桩的动测响应曲线(速度-时间曲线)。分析动测响应曲线的特点，根据缺陷反射波出现的时间、反射波的相位、反射波幅值大小，则可分别判断出桩身缺陷的位置、缺陷的类型及缺陷的程度，以对桩身的完整性做出判断。
PHC-钢管组合桩是近几年出现的桩型，不同于一般常规桩型，在PHC管桩的桩底与钢管桩的桩顶设置有拼接装置。PHC-钢管组合桩是一种非标准桩，上下两段的直径、密度、波阻抗明显不同，难以按照规范教条进行测桩与评定。
目前，虽然普通单桩的检测方法相对较多，其检测技术也相对成熟，但PHC-钢管组合桩是由PHC管桩与钢管桩两种桩拼接而成，上下两段的直径、密度、阻抗等明显不同，这种新桩型的检测方法研究极少。基于低应变法对PHC-钢管组合桩的损伤情况进行动力检测，充分保障了桩基工程质量，为实际工程提供一定的依据。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出了一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤检测系统及方法。
根据一些实施例，本发明采用如下技术方案：
一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测系统，PHC管桩与钢管桩通过拼接装置同轴连接，包括：动力检测传感器、数据采集器以及处理器，其中：
所述动力检测传感器至少有三组，每组至少有四个；
第一组动力检测传感器的布设点在PHC管桩外表面接近于拼接装置处，第二组动力检测传感器的布设点在钢管桩外表面接近于拼接装置处，第三组动力检测传感器的布设点在PHC管桩的桩顶。每组四个动力检测传感器的布设点的连线①与连线②均能够贯穿PHC-钢管组合桩的轴心，且连线①与连线②之间的夹角范围为(0°，45°)；
三组动力检测传感器接收相应PHC-钢管组合桩在激振点施加激振力的响应数据，并传输给所述数据采集器，所述处理器接收数据采集器的数据，绘制PHC-钢管组合桩的动测响应曲线，根据动测响应曲线中缺陷反射波出现的时间、反射波的相位、反射波幅值大小，判断出PHC-钢管组合桩桩身缺陷的位置、缺陷的类型以及缺陷的程度，得出PHC-钢管组合桩的损伤情况。
作为本发明的进一步技术方案，所述激振点有若干个，且均在激振点布设轴线上，所述激振点布设轴线至少包括两条连线(连线③和连线④)，其中连线③与连线①相垂直，连线④与连线②相垂直。
作为本发明的进一步技术方案，所述动力检测传感器和数据采集器通过数据连接线相连接。
作为本发明的进一步技术方案，所述第一组动力检测传感器的布设点设置在PHC管桩底部的外表面，接近于拼接装置的连接处。
作为本发明的进一步技术方案，所述第二组动力检测传感器的布设点设置在钢管桩顶部的外表面，接近于拼接装置的连接处。
作为本发明的进一步技术方案，所述PHC-钢管组合桩的桩顶也设置有一组动力检测传感器，至少有4个动力检测传感器，设置于桩顶表面，且布设点轴线为连线①和连线②。
作为本发明的进一步技术方案，所述PHC-钢管组合桩的损伤情况包括PHC管桩与钢管桩脱开状态，以及PHC管桩出现断桩状态。
作为本发明的进一步技术方案，一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测方法，包括以下步骤：
步骤1，将动力检测传感器固定在待检测的PHC-钢管组合桩的检测点上，检测传感器与数据采集器相连接，处理机与数据采集器连接；
步骤2，选用力棒，在PHC-钢管组合桩上的激振点上施加激励力；
步骤3，检测传感器通过数据连接线将监测数据传输至数据采集器，PC机数据采集器所采集到的数据进行记录与分析；
步骤4，测得PHC-钢管组合桩的动测响应曲线，即速度-时间曲线；
步骤5，分析PHC-钢管组合桩的动测响应曲线的特点，并与完整PHC-钢管组合桩的动测响应曲线进行对比分析，根据缺陷反射波出现的时间、反射波的相位、反射波幅值大小，判断出PHC-钢管组合桩桩身缺陷的位置、缺陷的类型(PHC管桩与钢管桩脱开，或PHC管桩出现断桩状态)以及缺陷的程度，从而对PHC-钢管组合桩桩身的完整性做出判断，得出PHC-钢管组合桩的损伤情况。
作为本发明的进一步限定，所述激振力由重力物在激振点击打生成。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明针对PHC-钢管组合桩是由PHC管桩与钢管桩两种桩拼接而成，上下两段的直径、密度以及波阻抗等不同的特点，基于低应变法，采用瞬态激振形式，通过实测桩顶及桩身速度或加速度相应时频曲线，以波动理论为基础，及反射波法对PHC-钢管组合桩的损伤情况进行动力检测。传统检测仅是在桩顶进行检测点速度的提取，基于PHC-钢管组合桩是由PHC管桩与钢管桩拼接而成，在拼接装置附近出的PHC管桩与钢管桩外表面增设了检测装置布设点；同时基于低应变检测时，由于PHC-钢管组合桩脱开、断开检测信号的复杂性，在每组激振点与检测点的选取上，增设了布设轴线。本发明充分保障了桩基工程质量，为实际工程提供一定的依据。
利用本发明提供的技术方案，PHC-钢管组合桩部分断桩时，能够检测到断桩处、连接处以及桩底的速度信号，且断桩速度信号对于连接处以及桩底速度信号有一定影响。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明实施例中PHC-钢管组合桩桩顶的激振点与检测点布置示意图；
图2是本发明实施例中PHC-钢管组合桩损伤动力检测桩身传感器的布设俯视图；
图3是本发明实施例中PHC-钢管组合桩损伤动力检测的示意图；
图4是本发明实施例中系统的模块框图；
图5是本发明实施例中测得的动测响应曲线(速度-时间曲线)，图5(a)是本发明实施例中完整PHC-钢管组合桩的动测响应曲线，图5(b)是本发明实施例中PHC管桩与钢管桩脱开的动测响应曲线，图5(c)是本发明实施例中PHC管桩断开状态的动测响应曲线；
其中：1-PHC-钢管组合桩，2-激振点布设轴线③，3-检测点布设轴线①，4-激振点布设轴线④，5-检测点布设轴线②，6-激振点，7-检测点，8-动力检测传感器，9-PHC管桩，10-钢管桩，11-拼接装置，12-数据连接线，13-数据采集器，14-处理器。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
如图3所示，一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测系统，针对于上部PHC管桩9和下部钢管桩10通过拼接装置11拼接形成PHC-钢管组合桩1，动力检测传感器8布设在检测点布设轴线①3和检测点布设轴线②4上，动力检测传感器8布设在桩顶、上部PHC管桩9底部的外表面以及下部钢管桩10顶部的外表面，如图4所示，动力检测传感器8和数据采集器13通过数据连接线12相连接，处理器14与数据采集器13相连。
在本实施例中，PHC-钢管组合桩1，上部为桩长l1m，桩径d1mm的PHC管桩9，壁厚a1mm，采用高强度等级混凝土，下部为桩长l2m，桩径d2mm的钢管桩10，壁厚a2mm，l1、l2、d1、d2、a1、a2取值符合工程需求，可根据具体情况进行更改，PHC管桩9的桩底与钢管桩10的桩顶设置有拼接装置11。
所述激励系统采用重为10kg的力棒对桩顶在某一激振点6处施加激励，施加大小为1×104N、宽度为2ms的激励力。
当然，在其他实施例中，上述参数的值也可以根据具体情况进行更改。
激振点6和检测点7，不仅在PHC-钢管组合桩1桩顶设置，还在上部PHC管桩9底部以及下部钢管桩10顶部的外表面布设测点。如图1和图2所示，激振点6与检测点7，在四条轴线上进行选取，除了互相垂直的两条x、y基线，还需在另外两条相互垂直的轴线上选取，这两条轴线与x、y轴夹角不为45°，即不会平分x、y轴，其中，激振点6在激振点布设轴线③2、激振点布设轴线④4上选取，检测点7在检测点布设轴线①3、检测点布设轴线②5上选取。
每个动力检测传感器8分别固定在待检测的损伤的PHC-钢管组合桩1的检测点7上，数据采集器13通过数据连接线12分别与每个动力检测传感器8连接，用于采集每个动力检测传感器8的检测数据，处理器14与数据采集器13相连接，用于对数据采集器13采集到的数据进行记录和分析。
一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测方法，包括以下步骤：
步骤1，将动力检测传感器8固定在待检测的PHC-钢管组合桩1的检测点7上，动力检测传感器8与数据采集器13相连接，处理器14与数据采集器13连接；
步骤2，选用重约为10kg的力棒，在PHC-钢管组合桩1上的激振点6上施加大小为1×104N、宽度为2ms的激励力；
步骤3，动力检测传感器8通过数据连接线12将检测数据传输至数据采集器13，处理器14对数据采集器13所采集到的数据进行记录与分析；
步骤4，测得PHC-钢管组合桩1的动测响应曲线，即速度-时间曲线；
步骤5，分析PHC-钢管组合桩1的动测响应曲线的特点，根据缺陷反射波出现的时间、反射波的相位、反射波幅值大小，判断出PHC-钢管组合桩1桩身缺陷的位置、缺陷的类型以及缺陷的程度，从而对PHC-钢管组合桩1桩身的完整性做出判断，得出PHC-钢管组合桩的损伤情况。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测系统，其特征在于：PHC管桩和钢管桩通过拼接装置同轴连接，包括：动力检测传感器、数据采集器以及处理器，其中：
所述动力检测传感器至少有三组，每组至少有四个；
第一组动力检测传感器的布设点在PHC管桩外表面接近于拼接装置处，第二组动力检测传感器的布设点在钢管桩外表面接近于拼接装置处，第三组动力检测传感器的布设点在PHC管桩的桩顶；每组四个动力检测传感器的布设点的连线①与连线②均能够贯穿PHC-钢管组合桩的轴心，且连线①与连线②之间的夹角范围为(0°，45°)；
三组动力检测传感器接收相应PHC-钢管组合桩在激振点施加激振力的相应数据，并传输给所述数据采集器，所述处理器接收数据采集器的数据，绘制PHC-钢管组合桩的动测响应曲线，根据动测响应曲线中缺陷反射波出现的时间、反射波的相位、反射波幅值大小，判断出PHC-钢管组合桩桩身缺陷的位置、缺陷的类型以及缺陷的程度，得出PHC-钢管组合桩的损伤情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测系统，其特征是：所述激振点有若干个，且均在激振点布设轴线上，所述激振点布设轴线至少包括连线③和连线④，其中连线③与连线①相垂直，连线④与连线②相垂直。
3.根据权利要求1所述的一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测系统，其特征是：所述动力检测传感器和数据采集器通过数据连接线相连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测系统，其特征是：所述第一组动力检测传感器的布设点设置在PHC管桩底部的外表面，接近于拼接装置的连接处。
5.根据权利要求1所述的一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测系统，其特征是：所述第二组动力检测传感器的布设点设置在钢管桩顶部的外表面，接近于拼接装置的连接处。
6.根据权利要求1所述的一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测系统，其特征是：所述PHC-钢管组合桩的桩顶也设置有一组动力检测传感器，至少有4个动力检测传感器，设置于桩顶表面，且布设点轴线为连线①和连线②。
7.根据权利要求1所述的一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测系统，其特征是：所述激振点还可以位于PHC-钢管组合桩的桩顶。
8.根据权利要求1所述的一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测系统，其特征是：所述PHC-钢管组合桩的损伤情况包括PHC管桩与钢管桩脱开状态，以及PHC管桩出现断桩状态。
9.一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测方法，其特征是：包括以下步骤：
将动力检测传感器固定在待检测的PHC-钢管组合桩的检测点上，检测传感器与数据采集器相连接，处理机与数据采集器连接；
选用力棒，在PHC-钢管组合桩上的激振点上施加激励力；
检测传感器通过数据连接线将监测数据传输至数据采集器，PC机数据采集器所采集到的数据进行记录与分析；
测得PHC-钢管组合桩的动测响应曲线，即速度-时间曲线；
分析PHC-钢管组合桩的动测响应曲线的特点，并与完整PHC-钢管组合桩的动测响应曲线进行对比分析，根据缺陷反射波出现的时间、反射波的相位、反射波幅值大小，判断出PHC-钢管组合桩桩身缺陷的位置、缺陷的类型以及缺陷的程度，从而对PHC-钢管组合桩桩身的完整性做出判断，得出PHC-钢管组合桩的损伤情况。
10.根据权利要求9所述的一种基于低应变法的PHC-钢管组合桩损伤动力检测方法，其特征是：所述激励力由重力物在激振点击打生成。
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