CN113404095A - 基桩高应变的检测设备及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基桩高应变的检测设备及检测方法，检测设备包括：施力组件，设置有：检测重锤、架体、提升装置；辅助定位组件，套设在待测基桩外侧，包括待测基桩定位支架和设置在待测基桩定位支架正中心上方的检测重锤导向筒；传感器组件，设置在待测基桩上，在待测基桩受到检测重锤冲撞时，采集待测基桩的受力信号和速度信号；检测方法包括：基桩预处理、传感器组件定位安装、辅助定位组件自定位、提升装置释放检测重锤、传感器组件检测传递信号及采用基桩高应变检测仪，进行实测曲线拟合分析，最终判定是否满足设计要求。本发明采用辅助定位组件实现了对检测重锤落锤位置的自定位，保证检测重锤的精准度，减低检测风险、提高检测的准确率。

Description

基桩高应变的检测设备及检测方法

技术领域

本发明涉及基桩检测技术领域，尤其是指一种基桩高应变的检测设备及检测方法。

背景技术

高应变检测是基桩检测的一种主要方法，而高应变试验的准确性很大程度上依赖于重锤的偏心与否以及落距的高低。现有技术中通常采用吊车将重锤起吊到某一高度然后由人工敲击释放重锤自由落下，试验过程中为了保证重锤对准基桩需要耗费大量时间进行调整，而且重锤与基桩的对中精度难以保证，还存在重锤容易滑落造成对人员及仪器的损伤等风险，而且在重锤瞬间释放时对起重吊车造成较大的冲击力，易损害吊车。

为克服现有技术的不足，需要通过架设更加安全可靠的基桩高应变检测井式导向架。例如授权公告号为CN205134396U的中国实用新型专利公开的一种基桩高应变检测井式导向架，包括一个导向架主体，导向架主体中设有井字形的框架，导向架主体的底部设有中空支撑底座，导向架主体的顶部设有穿设引导钢丝绳的导轮，钢丝绳的上端设有与吊车吊钩相连的接头，钢丝绳的下端连接一个对称勺形卡钳，对称勺形卡钳中设有活动钳口和能够驱动活动钳口开合的勺形臂，对称勺形卡钳中的活动钳口与重锤上的挂耳活动连接，导向架主体中设有能够敲击勺形臂开启活动钳口的敲击挡块。

但是，通过现有的导向架，在调整重锤的冲击位置时，需要经过目测校准和手工操作调节，一方面目测校准位置和手工调节配合容易出现调节误差，另一方面，目测调节的过程也存在一定的危险性。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中难以调节重锤的冲击位置导致检测精准度不足的问题，提供一种基桩高应变的检测设备及检测方法，实现落锤位置的自调节，保证落锤位置的精准度，减低检测风险、提高检测的准确率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基桩高应变的检测设备，包括：

施力组件，设置有：

检测重锤，用于对待测基桩进行撞击，

架体，用于吊装所述检测重锤，

提升装置，与所述检测重锤连接，用于将所述检测重锤提升至测试高度；

辅助定位组件，套设在待测基桩外侧，包括待测基桩定位支架和设置在待测基桩定位支架正中心上方的检测重锤导向筒，所述待测基桩定位支架包括支脚和正四边形框架，在所述正四边形框架的每个边的中心位置均设置有向待测基桩方向延伸的液压推杆，所述液压推杆的端部设置有用于抵接待测基桩的定位块，相对的两个液压推杆的行程和相应时间同步设置，所述检测重锤导向筒竖直向上延伸，所述检测重锤导向筒的延伸高度，高于检测重锤下落的高度；

传感器组件，设置在所述待测基桩上，在所述待测基桩受到所述检测重锤冲撞时，采集所述待测基桩的受力信号和速度信号。

在本发明的一个实施例中，所述检测重锤导向筒的侧壁上开设有观察孔和高度刻度。

在本发明的一个实施例中，所述提升装置包括卷扬机、导向轮和吊钩，所述导向轮安装在所述架体上，所述卷扬机的钢索穿过所述导向轮通过吊钩连接于检测重锤。

在本发明的一个实施例中，所述吊钩为开合式夹爪，所述检测重锤上设置有与吊钩配合的吊耳。

在本发明的一个实施例中，所述施力组件还包括滑轮组支架，所述滑轮组支架包括横梁和连接于横梁两端下部的支撑柱；所述横梁的下部连接有定滑轮；所述卷扬机的钢索依次穿过定滑轮、导向轮通过吊钩连接于检测重锤。

在本发明的一个实施例中，所述传感器组件包括对称设置在待测基桩两侧的一对传感器组，每个所述传感器组均包括一个加速度传感器和一个应变式力传感器。

在本发明的一个实施例中，所述加速度传感器和应变式力传感器安装位置距离待测基桩的桩顶应不小于2倍桩边长或直径。

在本发明的一个实施例中，所述加速度传感器和应变式力传感器采用螺栓固定在待测基桩的侧面。

为解决上述技术问题，本发明还提供了一种基桩高应变的检测方法，采用上述检测设备，所述测试方法包括如下步骤：

步骤1：对待测基桩的桩头、桩身侧面及基桩周围进行预处理；

步骤2：在桩身侧面选择传感器组件的安装位置，在安装位置打孔并预埋膨胀套，通过膨胀螺栓将传感器的位置固定；

步骤3：将传感器组件连接至基桩高应变检测仪，在基桩高应变检测仪中对传感器参数进行设置；

步骤4：将辅助定位组件套装在待测基桩外，通过两组相对的两个液压推杆同步运动，带动待测基桩定位支架移动，使待测基桩相对移动到待测基桩定位支架的中心为止，使检测重锤导向筒的与待测基桩同心设置，实现辅助定位组件的自定位；

步骤5：通过提升装置将检测重锤吊起，使检测重锤高于所述辅助定位组件的检测重锤导向筒，将检测重锤放入到检测重锤导向筒中；

步骤6：采用提升装置调整检测重锤的高度，使之提升到检测所需高度；

步骤7：释放所述检测重锤使其以自由落体的方式在检测重锤导向筒中下落，撞击所述待测基桩；

步骤8：从所述传感器组件获取受力信号和速度信号，将受力信号和速度信号发送至基桩高应变检测仪中；

步骤9：通过基桩高应变检测仪，进行实测曲线拟合分析，以确定桩身缺陷的位置，判定桩身完整性，确定动测单桩竖向抗压极限承载力检测值、动测单桩竖向抗压承载力特征值，判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。

在本发明的一个实施例中，步骤1中的预处理的方法包括如下步骤：

步骤1-1：去除桩顶部的破碎层、软混凝土层及裸露的钢筋，保持桩头顶部平整；

步骤1-2：对于桩头顶部缺损的位置，重新砌筑一层混凝土使桩头平整；

步骤1-3：将基桩周围土体开挖，周围开挖范围水平方向应挖出安装传感器组件的工作面，竖向应挖至传感器组件安装位置；

步骤1-4：清除试桩周边障碍物，确保辅助定位组件能套设安装在待测基桩外周。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的基桩高应变的检测设备和方法，采用施力组件完成对检测重锤的吊装和释放动作，采用传感器组件，在待测基桩受到所述检测重锤冲撞时，采集所述待测基桩的受力信号和速度信号，完成对基桩高应变的检测；并且采用辅助定位组件套设在待测基桩外侧，通过辅助定位组件中的待测基桩定位支架的自移动定位和设置在待测基桩定位支架正中心上方的检测重锤导向筒，保证检测重锤落锤位置在基桩的中心位置，保证落锤位置的精准度，提高检测的准确率，同时自动对准减少检测重锤的对中调节动作，减低检测风险。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明基桩高应变的检测设备的侧面结构示意图；

图2是本发明的辅助定位组件的俯视结构示意图；

图3是本发明的施力组件的结构示意图；

图4是本发明的传感器组件安装位置的结构示意图；

图5是本发明基桩高应变的检测方法的步骤流程图；

说明书附图标记说明：1、检测重锤；2、架体；3、提升装置；31、卷扬机；32、导向轮；33、吊钩；4、辅助定位组件；41、待测基桩定位支架； 42、检测重锤导向筒；43、液压推杆；44、定位块；5、传感器组件；51、加速度传感器；52、应变式力传感器；6、滑轮组支架；61、定滑轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

参照图1所示，本发明的一种基桩高应变的检测设备，包括：

施力组件，设置有：

检测重锤1，用于对待测基桩进行撞击，

架体2，用于吊装所述检测重锤1，

提升装置3，与所述检测重锤1连接，用于将所述检测重锤1提升至测试高度；

辅助定位组件4，套设在待测基桩外侧，参照图2所示，包括待测基桩定位支架41和设置在待测基桩定位支架41正中心上方的检测重锤导向筒42，所述待测基桩定位支架41包括支脚和正四边形框架，在所述正四边形框架的每个边的中心位置均设置有向待测基桩方向延伸的液压推杆43，所述液压推杆43的端部设置有用于抵接待测基桩的定位块44，相对的两个液压推杆43的行程和相应时间同步设置，所述检测重锤导向筒42竖直向上延伸，所述检测重锤导向筒42的延伸高度，高于检测重锤1的下落高度；

传感器组件5，设置在所述待测基桩上，在所述待测基桩受到所述检测重锤1冲撞时，采集所述待测基桩的受力信号和速度信号。

本实施例，采用施力组件完成对检测重锤1的吊装和释放动作，采用传感器组件5，在待测基桩受到所述检测重锤1冲撞时，采集所述待测基桩的受力信号和速度信号，完成对基桩高应变的检测；并且采用辅助定位组件4 套设在待测基桩外侧，通过辅助定位组件4中的待测基桩定位支架41的自移动定位和设置在待测基桩定位支架41正中心上方的检测重锤导向筒42，保证检测重锤1落锤位置在基桩的中心位置，保证落锤位置的精准度，提高检测的准确率，同时自动对准减少检测重锤1的对中调节动作，减低检测风险。

具体地，在辅助定位组件4套设在待测基桩的外周时，首先位于待测基桩前后的两个液压推杆43同步向待测基桩移动，在移动过程中会出现两种情况，第一种情况：两个液压推杆43的定位块44同步接触到待测基桩，此时表明待测基桩处于前后两个液压推杆43的中心位置，第二种情况：在移动的过程中其中一个液压推杆43的定位块44先接触到待测基桩，由于待测基桩的位置是固定不动的，根据反作用力的原理，接触到待测基桩的液压推杆43会推动待测基桩定位支架41移动，直到前后两个液压推杆43的定位块44均抵接在待测基桩上，此时表明待测基桩处于前后两个液压推杆的中心位置，上述两种情况均能实现待测基桩定位支架41相对于待测基桩的前后方向的自调节；同理，在完成前后方向上的调节后，位于待测基桩左右的两个液压推杆43执行同样的动作，直至把待测基桩移动到基桩定位支架41 的中心位置。

具体地，为了方便观察检测重锤1在检测重锤导向筒42中的位置，所述检测重锤导向筒42的侧壁上开设有观察孔和高度刻度。

参照图3所示，所述提升装置3包括卷扬机31、导向轮32和吊钩33，所述导向轮31安装在所述架体2上，所述卷扬机31的钢索穿过所述导向轮32通过吊钩33连接于检测重锤1，所述卷扬机31通过钢索带动检测重锤1 上下移动。

具体地，本实施例中，需要吊钩33能够瞬间释放所述检测重锤1，所以所述吊钩33采用开合式夹爪，所述检测重锤1上设置有与吊钩33配合的吊耳，在卷扬机31提成检测重锤1时，所述开合式夹爪穿过所述吊耳处于闭合的状态，在需要释放所述检测重锤1时，所述开合式夹爪处于打开状态，使所述检测重锤1从所述吊钩33中脱落。

本实施例中，为了进一步提高卷扬机31带动检测重锤1上升或下降的平稳性，所述施力组件还包括滑轮组支架6，所述滑轮组支架6设置在卷扬机31与导向轮32之间，所述滑轮组支架包括横梁和连接于横梁两端下部的支撑柱；所述横梁的下部连接有定滑轮61；所述卷扬机31的钢索依次穿过定滑轮61、导向轮32通过吊钩33连接于检测重锤1。

高应变测试的基本原理是分析土阻力和桩身缺陷对实测力波和速度波的影响，进而评价基桩的承载力，测试时既要测力又要测速度，一般要求传感器线性带宽的高频截止频率至少能达到1500HZ,而低频截止频率则越低越好；由于打击力常达到几百吨，对应的应力和速度也相当高，目前直接测量力和速度的传感器均难以具备如此条件，特别是力，几乎没有直接检测桩身应力的工具，依次高应变测试不得不采用间接的测量方法，通过测量桩侧的应变来推算桩身应力和力，通过测量桩侧质点加速度来积分成速度。

基于上述原理，参照图4所示，所述传感器组件5包括对称设置在待测基桩两侧的一对传感器组，每个所述传感器组均包括一个加速度传感器51 和一个应变式力传感器52，所述加速度传感器51的中心与所述应变式力传感器52中心水平对齐，所述加速度传感器51的中心与所述应变式力传感器 52中心之间的距离为6cm～8cm，所述加速度传感器51和应变式力传感器 52安装位置距离待测基桩的桩顶应不小于2倍桩边长或直径，所述加速度传感器51和应变式力传感器52采用螺栓固定在待测基桩的侧面。

参照图5所示，一种基桩高应变的检测方法，采用上述检测设备，所述测试方法包括如下步骤：

步骤1：对待测基桩的桩头、桩身侧面及基桩周围进行预处理；

具体地的预处理的方法包括如下步骤：

步骤1-1：去除桩顶部的破碎层、软混凝土层及裸露的钢筋，保持桩头顶部平整；

步骤1-2：对于桩头顶部缺损的位置，重新砌筑一层混凝土使桩头平整；

步骤1-3：将基桩周围土体开挖，周围开挖范围水平方向应挖出安装传感器组件的工作面，竖向应挖至传感器组件安装位置；

步骤1-4：清除试桩周边障碍物，确保辅助定位组件能套设安装在待测基桩外周。

步骤2：在桩身侧面选择传感器组件的安装位置，在安装位置打孔并预埋膨胀套，通过膨胀螺栓将传感器的位置固定，所述传感器组件包括对称设置在待测基桩两侧的一对传感器组，每个所述传感器组均包括一个加速度传感器和一个应变式力传感器，所述加速度传感器的中心与所述应变式力传感器中心水平对齐，所述加速度传感器的中心与所述应变式力传感器中心之间的距离为6cm～8cm，所述加速度传感器和应变式力传感器安装位置距离待测基桩的桩顶应不小于2倍桩边长或直径，所述加速度传感器和应变式力传感器采用螺栓固定在待测基桩的侧面。

步骤3：将传感器组件连接至基桩高应变检测仪，在基桩高应变检测仪中对传感器参数进行设置；具体的设置参数包括：工程名称(数据文件所在文件夹名称)，检测单位，检测人员，桩号，总桩长，桩身密度，桩身波速，测点截面积，测点下桩长，测点密度，测点波速，桩身截面积，入土桩长，锤重，落距，桩底截面积，Sounding-入水桩长，桩径/边长，设计承载力，安全系数，数据实时监控(数据上传使用，如有需要再做调试)，备注，计算方法(一共有RSP、RMX、RMN、RSU四种计算方法，请根据理论与实际，选取适合场地条件的Case计算方法)。

步骤4：将辅助定位组件套装在待测基桩外，通过两组相对的两个液压推杆同步运动，带动待测基桩定位支架移动，使待测基桩相对移动到待测基桩定位支架的中心为止，使检测重锤导向筒的与待测基桩同心设置，实现辅助定位组件的自定位。

步骤5：通过提升装置将检测重锤吊起，使检测重锤高于所述辅助定位组件的检测重锤导向筒，将检测重锤放入到检测重锤导向筒中。

步骤6：采用提升装置调整检测重锤的高度，使之提升到检测所需高度，通过检测重锤导向筒上的观察孔和高度刻度确定检测重锤的高度。

步骤7：释放所述检测重锤使其以自由落体的方式在检测重锤导向筒中下落，撞击所述待测基桩；

步骤8：从所述传感器组件获取受力信号和速度信号，将受力信号和速度信号发送至基桩高应变检测仪中；

步骤9：通过基桩高应变检测仪，进行实测曲线拟合分析，以确定桩身缺陷的位置，判定桩身完整性，确定动测单桩竖向抗压极限承载力检测值、动测单桩竖向抗压承载力特征值，判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求，可在基桩高应变检测仪上读取FMX(应变传感器测试得到的最大力值)， ZVM(加速度传感器测试换算后的最大力值)，Beta(桩身完整性系数)，以及对应case算法算得的承载力值等相关信息。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基桩高应变的检测设备，其特征在于：包括：

施力组件，设置有：

检测重锤，用于对待测基桩进行撞击，

架体，用于吊装所述检测重锤，

提升装置，与所述检测重锤连接，用于将所述检测重锤提升至测试高度；

辅助定位组件，套设在待测基桩外侧，包括待测基桩定位支架和设置在待测基桩定位支架正中心上方的检测重锤导向筒，所述待测基桩定位支架包括支脚和正四边形框架，在所述正四边形框架的每个边的中心位置均设置有向待测基桩方向延伸的液压推杆，所述液压推杆的端部设置有用于抵接待测基桩的定位块，相对的两个液压推杆的行程和相应时间同步设置，所述检测重锤导向筒竖直向上延伸，所述检测重锤导向筒的延伸高度，高于检测重锤下落的高度；

传感器组件，设置在所述待测基桩上，在所述待测基桩受到所述检测重锤冲撞时，采集所述待测基桩的受力信号和速度信号。

2.根据权利要求1所述的基桩高应变的检测设备，其特征在于：所述检测重锤导向筒的侧壁上开设有观察孔和高度刻度。

3.根据权利要求1所述的基桩高应变的检测设备，其特征在于：所述提升装置包括卷扬机、导向轮和吊钩，所述导向轮安装在所述架体上，所述卷扬机的钢索穿过所述导向轮通过吊钩连接于检测重锤。

4.根据权利要求3所述的基桩高应变的检测设备，其特征在于：所述吊钩为开合式夹爪，所述检测重锤上设置有与吊钩配合的吊耳。

5.根据权利要求3所述的基桩高应变的检测设备，其特征在于：所述施力组件还包括滑轮组支架，所述滑轮组支架包括横梁和连接于横梁两端下部的支撑柱；所述横梁的下部连接有定滑轮；所述卷扬机的钢索依次穿过定滑轮、导向轮通过吊钩连接于检测重锤。

6.根据权利要求1所述的基桩高应变的检测设备，其特征在于：所述传感器组件包括对称设置在待测基桩两侧的一对传感器组，每个所述传感器组均包括一个加速度传感器和一个应变式力传感器。

7.根据权利要求6所述的基桩高应变的检测设备，其特征在于：所述加速度传感器和应变式力传感器安装位置距离待测基桩的桩顶应不小于2倍桩边长或直径。

8.根据权利要求6所述的基桩高应变的检测设备，其特征在于：所述加速度传感器和应变式力传感器采用螺栓固定在待测基桩的侧面。

9.一种基桩高应变的检测方法，其特征在于：采用如权利要求1-8任一项所述的检测设备，所述测试方法包括如下步骤：

步骤1：对待测基桩的桩头、桩身侧面及基桩周围进行预处理；

步骤2：在桩身侧面选择传感器组件的安装位置，在安装位置打孔并预埋膨胀套，通过膨胀螺栓将传感器的位置固定；

步骤3：将传感器组件连接至基桩高应变检测仪，在基桩高应变检测仪中对传感器参数进行设置；

步骤4：将辅助定位组件套装在待测基桩外，通过两组相对的两个液压推杆同步运动，带动待测基桩定位支架移动，使待测基桩相对移动到待测基桩定位支架的中心为止，使检测重锤导向筒的与待测基桩同心设置，实现辅助定位组件的自定位；

步骤5：通过提升装置将检测重锤吊起，使检测重锤高于所述辅助定位组件的检测重锤导向筒，将检测重锤放入到检测重锤导向筒中；

步骤6：采用提升装置调整检测重锤的高度，使之提升到检测所需高度；

步骤7：释放所述检测重锤使其以自由落体的方式在检测重锤导向筒中下落，撞击所述待测基桩；

步骤8：从所述传感器组件获取受力信号和速度信号，将受力信号和速度信号发送至基桩高应变检测仪中；

步骤9：通过基桩高应变检测仪，进行实测曲线拟合分析，以确定桩身缺陷的位置，判定桩身完整性，确定动测单桩竖向抗压极限承载力检测值、动测单桩竖向抗压承载力特征值，判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求。

10.根据权利要求9所述的基桩高应变的检测方法，其特征在于：步骤1中的预处理的方法包括如下步骤：

步骤1-1：去除桩顶部的破碎层、软混凝土层及裸露的钢筋，保持桩头顶部平整；

步骤1-2：对于桩头顶部缺损的位置，重新砌筑一层混凝土使桩头平整；

步骤1-3：将基桩周围土体开挖，周围开挖范围水平方向应挖出安装传感器组件的工作面，竖向应挖至传感器组件安装位置；

步骤1-4：清除试桩周边障碍物，确保辅助定位组件能套设安装在待测基桩外周。

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