CN110439040A - 基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统及方法，其系统包括：试验平台，包括试桩、支撑架和千斤顶，试桩的底部插入地基，试桩的顶部通过连接件设置有千斤顶；试桩的正上方搭建有支撑架，在支撑架上方设置有压重物，千斤顶穿过支撑架的空隙作用在压重物下表面的中心位置，逐渐对压重物进行加载；在试验平台上设立有测试点；无接触检测装置，架设在试验平台一侧，对试验平台上的测试点进行拍摄，获取拍摄加载变形过程中试验平台的图像；信息处理系统，与无接触检测装置信号相连接，用于接收拍摄图像并对其进行分析，获取试桩沉降量，确定试桩的极限承载力。本发明的检测方法应用在上述系统中，提高桩基检测工作效率及准确度。

Description

基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统及方法

技术领域

本发明涉及地基基础检测领域，尤其涉及一种基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统及方法。

背景技术

桩基础是国内应用最为广泛的一种基础形式，其工程质量设计上部结构的安全。桩基础设计中，应对桩基进行承载力验算，而单桩静载试验室检测单桩竖向承载力最直观、可靠的方法。若试验过程中对桩体沉降变形均匀情况的观测不及时会造成试桩在加载过程中出现较大不均匀沉降，引起上层堆载不稳定，出现更为严重的堆载倾倒事故。同时，在实验过程中，由于周围施工振动，对收集到的数据有干扰，需要技术人员进一步分析，增加了繁琐的工作量。传统的位移传感器安装在堆载下面，对现场技术人员的安全同时构成了潜在危害。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统，实时对桩体的沉降变形均匀情况进行及时检测，在提高检测工作效率的同时也可提高检测准确度。

本发明的目的之二在于提供一种基于非接触动态位移测试的桩基静载检测方法。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统，包括：

试验平台，包括试桩、支撑架和千斤顶，试桩的底部插入地基，试桩的顶部通过连接件设置有千斤顶；试桩的正上方搭建有支撑架，在支撑架上方设置有压重物，千斤顶穿过支撑架的空隙作用在压重物下表面的中心位置，逐渐对压重物进行加载；在试验平台上设立有测试点；

无接触检测装置，架设在试验平台一侧，对试验平台上的测试点进行拍摄，获取拍摄加载变形过程中试验平台的图像；

信息处理系统，内置在处理终端上，与无接触检测装置信号相连接，用于接收拍摄图像并对其进行特定数学分析，获取试桩沉降量，并绘制荷载与沉降量关系曲线，从而确定试桩的极限承载力。

进一步地，所述支撑架包括支墩和横梁，多根支墩竖直设置在试桩的四周，横梁水平搭建在支墩的顶部形成支撑架。

进一步地，所述连接件设置为垫板或钢桩。

进一步地，所述压重物的重量至少是最大实验荷载的1.2倍。

进一步地，所述压重物施加于支墩下地基的压应力要小于等于地基承载力特征值的1.5倍。

进一步地，所述测试点包括观测点和基准点，所述观测点设置在试桩顶部；所述基准点设置在支撑架的横梁上。

进一步地，所述信息处理系统还用于根据数据分析所获得的沉降量自动判断当前试桩的状态是否符合终止加载条件，若符合终止加载条件中的任意一项，则生成终止指令传送到处理终端中进行提醒；其中终止加载条件为：

(1)当前级别的荷载作用下，试桩顶部的沉降量大于前一级别荷载作用下沉降量的5倍、且试桩顶部的观测点沉降量超过40mm；

(2)当前级别荷载作用下，试桩顶部沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍、且经24小时尚未达到稳定；

(3)当荷载-沉降曲线呈缓变型时，试桩顶部观测点的总沉降量大于80mm；

(4)达到最大加载量。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

基于非接触动态位移测试的桩基静载检测方法，应用在上述的桩基静载检测系统中的检测方法，包括：

步骤S1：在试桩正上方搭建试验平台，并在试验平台上标记测试点；其中试验平台的搭建方法为首先将试桩的底部插入地基，在试桩的顶部通过连接件设置有千斤顶；再在试桩的正上方搭建有支撑架，在支撑架上方设置有压重物，千斤顶穿过支撑架的空隙作用在压重物下表面的中心位置；所述测试点包括观测点和基准点，所述观测点设置在试桩顶部；所述基准点设置在支撑架的横梁上；

步骤S2：设立无接触检测装置，调整其拍摄范围直至试验平台的测试点全部落入拍摄范围内；

步骤S3：利用千斤顶逐渐对压重物进行加载，并在加载过程中对观测点进行拍摄监控，实时测量出视场范围内所有观测点的动态变形，并通过设定算法获取观测点的沉降量，生成荷载与沉降量关系曲线，从而确定试桩的极限承载力。

进一步地，所述步骤S3中还包括步骤S31：根据沉降量自动判断当前试桩的状态是否符合终止加载条件，若符合终止加载条件中的任意一项，则停止千斤顶继续加载；其中终止加载条件为：

(1)当前级别的荷载作用下，试桩顶部的沉降量大于前一级别荷载作用下沉降量的5倍、且试桩顶部的观测点沉降量超过40mm；

(2)当前级别荷载作用下，试桩顶部沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍、且经24小时尚未达到稳定；

(3)当荷载-沉降曲线呈缓变型时，试桩顶部观测点的总沉降量大于80mm；

(4)达到最大加载量。

进一步地，所述压重物的重量至少是最大实验荷载的1.2倍；所述压重物施加于支墩下地基的压应力要小于等于地基承载力特征值的1.5倍。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

利用无接触检测装置代替传统的位移传感器来对观测点进行检测，可在实验过程中对桩体沉降变形均匀情况进行及时观测，避免造成试桩在加载过程中出现较大的不均匀沉降导致出现严重的堆载倾倒事故发生，保证了现场技术人员的安全；同时以拍摄的方式进行检测可有效减弱地面由于施工等原因引起的振动对仪器的影响，可提高检测精准度的同时大幅度提高工作效率。

附图说明

图1为本发明的检测系统结构示意图；

图2为本发明的检测系统的信号流程图；

图3为本发明的检测方法的流程示意图。

图中：1、试验平台；2、试桩；3、支墩；4、横梁；5、连接件；6、千斤顶；7、压重物；8、观测点；9、基准点；10、无接触检测装置；11、信息处理系统。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例一

基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统，如图1、图2所示，包括：

试验平台1，包括试桩2、支撑架和千斤顶6，试桩2的底部插入地基，试桩2的顶部通过连接件5设置有千斤顶6，所述连接件5可设置为垫板或钢桩；本实施例中千斤顶6的固定端平放在试桩2中心上的垫板上。试桩2的正上方搭建有支撑架，所述支撑架包括支墩3和横梁4，多根支墩3竖直设置在试桩2的四周，横梁4水平搭建在支墩3的顶部形成支撑架，支墩3的作用在于给横梁4支撑力的同时保持横梁4处于水平状态，而将横梁4拼接成四边形结构，用于承托横梁4上的重物并提高支撑架的整体稳定性。在支撑架上方设置有压重物7，压重物7平稳的搭建在横梁4上，千斤顶6的活动端穿过支撑架的空隙作用在压重物7下表面的中心位置，逐渐对压重物7进行加载，在千斤顶6加载过程中，千斤顶6逐渐给压重物7提供越来越大的支撑力，当千斤顶6提供足够大的支撑力时可将压重物7托起使其脱离横梁4，与此同时压重物7对试桩2的压力也会逐渐增大，从而检测试桩2是否会在加载过程中出现不均匀沉降。

而在试验平台1上设立有测试点，所述测试点包括观测点8和基准点9，所述观测点8设置在试桩2顶部，当观测点8设置在试桩2顶部时，可直接检测试桩2的沉降情况；此外，在压重物7的边缘处还可设置有观测点8，可对其横向位移进行监控，避免检测过程中压重物7失稳发生事故；所述基准点9设置在支撑架的横梁4上，当千斤顶6逐渐加载时以基准点9为基准查看观测点8的变形情况，从而获知试桩2是否发生沉降并从中计算出对应的沉降量。

为了避免压重物7重量过轻或过重会影响检测准确度，对压重物7的重量进行进一步限定，横梁4上压重物7的重量不得少于预估最大实验荷载的1.2倍，同时压重物7施加于支墩3下地基的压应力不大于地基承载力特征值的1.5倍。

而用于检测观测点8沉降情况的设备采用无接触检测装置10，无接触检测装置10设置为无接触多点动态检测装置，无接触检测装置10可通过调节架架设在试验平台1的附近，调整无接触检测装置10的拍摄范围，使得试验平台1的所有测试点都落入拍摄范围内，在加载过程中的对试验平台1上的测试点进行拍摄，获取拍摄加载变形过程中试验平台1的图像。

所述无接触检测装置10采用拍摄的方式来对试桩2观测点8进行监控，代替了使用传感器来检测的传统方法，可避免现场技术人员发生安全事故，同时由于检测装置采用的是无接触的拍照方式来检测观测点8，因此将无接触检测装置10安装在减振器或将其架设在平稳的地方可大幅度降低由于施工等原因引起的地面振动对仪器产生的影响，进一步提高了检测的准确性。

无接触检测装置10与处理终端无线连接，在连接完成后对各仪器进行初步调试。无接触检测装置10通过拍摄变形过程中的待测物的图像，即可通过处理终端实时高速测量出视场范围内所有点动态变形，其测量误差不得大于0.1％FS，分度值/分辨力应优于或等于0.01mm。

信息处理系统11，内置在处理终端上，用于接收无接触检测装置10所拍摄的图像信息，并对其进行特定数学分析，获取试桩2沉降量，并绘制荷载与沉降量关系曲线，从而确定试桩2的极限承载力。所述信息处理系统11中包括特定数学分析模块，采用图像模式识别技术及模板匹配跟踪算法相结合技术，通过图像相关算法对桩基沉降点进行高速跟踪测量，且具备抗扰动算法，可提高检测的准确性。而在本实施例中信息处理系统11在接收到通过无接触检测装置10拍摄变形过程中的试验平台1的图像后，再根据上述的算法实时高速测量出视场范围内所有点动态变形，根据分析数据绘制出荷载与沉降量关系曲线，从而确定极限承载力。

再有，当信息处理系统11分析获得沉降量后，还可自动判断当前试桩2的状态是否符合终止加载条件，若符合终止加载条件中的任意一项，则生成终止指令传送到处理终端中进行提醒，此时停止千斤顶6继续加载，完成检测工作，同时还可避免加载过度造成安全事故发生；其中终止加载条件为：

(1)当前级别的荷载作用下，试桩2顶部的沉降量是否大于前一级别荷载作用下沉降量的5倍、且试桩2顶部的观测点8沉降量超过40mm；若是，则停止加载。

(2)当前级别荷载作用下，试桩2顶部沉降量是否大于前一级荷载作用下沉降量的2倍、且经24小时尚未达到稳定，若是，则停止加载；

(3)当荷载-沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶测试点总沉降量60-80mm，当试桩2顶部观测点8的总沉降量大于80mm时，则停止加载；但在特殊条件下，可根据具体条件要求加载至桩顶测试点总沉降量大于80mm。

(4)达到设计要求的最大加载量。

实施例二

基于非接触动态位移测试的桩基静载检测方法，应用在上述的桩基静载检测系统中的检测方法，如图3所示，包括：

步骤S1：在试桩2正上方搭建试验平台1，并在试验平台1上标记测试点；其中试验平台1的搭建方法为首先将试桩2的底部插入地基，在试桩2的顶部通过连接件5设置有千斤顶6；再在试桩2的正上方搭建有支撑架，在支撑架上方设置有压重物7，千斤顶6穿过支撑架的空隙作用在压重物7下表面的中心位置；其中压重物7的重量不得少于预估最大实验荷载的1.2倍，压重物7施加于地基的压应力不大于地基承载力特征值的1.5倍。

所述测试点包括观测点8和基准点9，所述观测点8设置在试桩2顶部；所述基准点9设置在支撑架的横梁4上。

步骤S2：在试验平台1建设完成后，通过调节架设立并调整无接触检测装置10，使得桩基测试点在可视范围内，同时将无接触多点位移检测装置与电脑进行无线连接，并对各仪器进行初步调试；其中无接触检测装置10设置为无接触多点动态检测装置，可通过拍摄变形过程中的待测物的图像，通过电脑中的信息处理系统11实时高速测量出视场范围内所有点动态变形。其中测量误差不得大于0.1％FS，分度值/分辨力应优于或等于0.01mm。

步骤S3：利用千斤顶6逐渐对压重物7进行加载，并在加载过程中对观测点8进行拍摄监控，实时测量出视场范围内所有观测点8的动态变形，并通过设定算法获取观测点8的沉降量，生成荷载与沉降量关系曲线，从而确定试桩2的极限承载力。其中沉降量可采用多点位移检测装置采用图像模式识别技术及模板匹配跟踪算法相结合技术，通过图像相关算法对桩基沉降点进行高速跟踪测量。无接触检测装置10通过拍摄变形过程中的试验平台1的图像，即可通过电脑实时高速测量出视场范围内所有点动态变形，并输出观测点8的绘制荷载与沉降量关系曲线，确定极限承载力。

在获取沉降量后根据沉降量自动判断当前试桩2的状态是否符合终止加载条件，若符合终止加载条件中的任意一项，则停止千斤顶6继续加载；其中终止加载条件为：

(1)当前级别的荷载作用下，试桩2顶部的沉降量是否大于前一级别荷载作用下沉降量的5倍、且试桩2顶部的观测点8沉降量超过40mm；若是，则停止加载。

(2)当前级别荷载作用下，试桩2顶部沉降量是否大于前一级荷载作用下沉降量的2倍、且经24小时尚未达到稳定，若是，则停止加载；

(3)当荷载-沉降曲线呈缓变型时，可加载至桩顶测试点总沉降量60-80mm，当试桩2顶部观测点8的总沉降量大于80mm时，则停止加载；但在特殊条件下，可根据具体条件要求加载至桩顶测试点总沉降量大于80mm。

(4)达到设计要求的最大加载量。

本实施例的检查方法可保证在实验过程中对桩体沉降变形均匀情况的及时观测，避免造成试桩2在加载过程中出现较大的不均匀沉降，导致检测中断，避免引起上层堆载的不稳定，出现更为严重的堆载倾倒事故的发生。同时有效消除地面由于施工等原因引起的振动对仪器的影响，大幅度提高了工作效率的同时还保证了技术人员的安全。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统，其特征在于，包括：

试验平台，包括试桩、支撑架和千斤顶，试桩的底部插入地基，试桩的顶部通过连接件设置有千斤顶；试桩的正上方搭建有支撑架，在支撑架上方设置有压重物，千斤顶穿过支撑架的空隙作用在压重物下表面的中心位置，逐渐对压重物进行加载；在试验平台上设立有测试点；

无接触检测装置，架设在试验平台一侧，对试验平台上的测试点进行拍摄，获取拍摄加载变形过程中试验平台的图像；

信息处理系统，内置在处理终端上，与无接触检测装置信号相连接，用于接收拍摄图像并对其进行特定数学分析，获取试桩沉降量，并绘制荷载与沉降量关系曲线，从而确定试桩的极限承载力。

2.根据权利要求1所述的基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统，其特征在于，所述支撑架包括支墩和横梁，多根支墩竖直设置在试桩的四周，横梁水平搭建在支墩的顶部形成支撑架。

3.根据权利要求1所述的基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统，其特征在于，所述连接件设置为垫板或钢桩。

4.根据权利要求1所述的基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统，其特征在于，所述压重物的重量至少是最大实验荷载的1.2倍。

5.根据权利要求4所述的基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统，其特征在于，所述压重物施加于支墩下地基的压应力要小于等于地基承载力特征值的1.5倍。

6.根据权利要求1所述的基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统，其特征在于，所述测试点包括观测点和基准点，所述观测点设置在试桩顶部；所述基准点设置在支撑架的横梁上。

7.根据权利要求1所述的基于非接触动态位移测试的桩基静载检测系统，其特征在于，所述信息处理系统还用于根据数据分析所获得的沉降量自动判断当前试桩的状态是否符合终止加载条件，若符合终止加载条件中的任意一项，则生成终止指令传送到处理终端中进行提醒；其中终止加载条件为：

(1)当前级别的荷载作用下，试桩顶部的沉降量大于前一级别荷载作用下沉降量的5倍、且试桩顶部的观测点沉降量超过40mm；

(2)当前级别荷载作用下，试桩顶部沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍、且经24小时尚未达到稳定；

(3)当荷载-沉降曲线呈缓变型时，试桩顶部观测点的总沉降量大于80mm；

(4)达到最大加载量。

8.基于非接触动态位移测试的桩基静载检测方法，其特征在于，应用在权利要求1～7任意一项所述的桩基静载检测系统中的检测方法，包括：

步骤S1：在试桩正上方搭建试验平台，并在试验平台上标记测试点；其中试验平台的搭建方法为首先将试桩的底部插入地基，在试桩的顶部通过连接件设置有千斤顶；再在试桩的正上方搭建有支撑架，在支撑架上方设置有压重物，千斤顶穿过支撑架的空隙作用在压重物下表面的中心位置；所述测试点包括观测点和基准点，所述观测点设置在试桩顶部；所述基准点设置在支撑架的横梁上；

步骤S2：设立无接触检测装置，调整其拍摄范围直至试验平台的测试点全部落入拍摄范围内；

步骤S3：利用千斤顶逐渐对压重物进行加载，并在加载过程中对观测点进行拍摄监控，实时测量出视场范围内所有观测点的动态变形，并通过设定算法获取观测点的沉降量，生成荷载与沉降量关系曲线，从而确定试桩的极限承载力。

9.根据权利要求8所述的基于非接触动态位移测试的桩基静载检测方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括步骤S31：根据沉降量自动判断当前试桩的状态是否符合终止加载条件，若符合终止加载条件中的任意一项，则停止千斤顶继续加载；其中终止加载条件为：

(1)当前级别的荷载作用下，试桩顶部的沉降量大于前一级别荷载作用下沉降量的5倍、且试桩顶部的观测点沉降量超过40mm；

(2)当前级别荷载作用下，试桩顶部沉降量大于前一级荷载作用下沉降量的2倍、且经24小时尚未达到稳定；

(3)当荷载-沉降曲线呈缓变型时，试桩顶部观测点的总沉降量大于80mm；

(4)达到最大加载量。

10.根据权利要求8所述的基于非接触动态位移测试的桩基静载检测方法，其特征在于，所述压重物的重量至少是最大实验荷载的1.2倍；所述压重物施加于支墩下地基的压应力要小于等于地基承载力特征值的1.5倍。