CN114622605A - 一种混凝土灌注桩电阻层析成像监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混凝土灌注桩电阻层析成像监测装置及监测方法，包括导电混凝土电极、导线、信号采集装置、信号远程传输装置、信号远程接收装置、信号分析和可视化装置，导电混凝土电极包括导电混凝土和铜导线，导电混凝土电极在混凝土灌注桩内自上而下呈直线分布；导电混凝土电极的铜导线通过导线接至信号采集装置；信号采集装置包括电流施加装置、电压采集装置和系列模拟开关；将采集到的电压信号通过远程传输装置传输到信号分析和可视化装置，利用电阻层析成像反问题分析方法，得到沿桩长电阻率分布情况，从而根据电阻率突变情况，以及裂缝、孔洞、夹砂等灌注桩病害的电阻率阈值，判断灌注桩健康状况。
Description
技术领域
本发明属于结构健康监测技术领域，具体涉及一种混凝土灌注桩电阻层析成像监测装置及监测方法。
背景技术
目前，钻孔灌注桩由于对各种地质条件的适应性、施工简单易操作且设备投入一般不是很大，因此在各类房屋及民用建筑中都得到了广泛的应用。钻孔灌注桩的施工大部分是在水下进行的，其施工过程无法观察，成桩后也不能进行开挖验收。任何一个环节出现问题，都将直接影响整个工程的质量和进度，甚至给投资者造成巨大经济损失和不良社会影响。必须防治在钻孔过程中及水下混凝土灌注过程中经常出现的施工质量问题，保质、保量地完成桩基施工任务。
钻孔灌注桩的水下砼灌注是成桩的关键环节，但往往由于施工工艺不当，断桩、堵管、夹泥、蜂窝、少灌等质量问题也时有发生。另外，如果灌注桩位于山坡位置，则滑坡危害往往是造成灌注桩破坏的主要原因，监测灌注桩附近山坡土体的安全显得尤为重要。目前监测滑坡的方法包括地表位移监测、深部位移监测、应力监测、地下水位监测等方法，也有利用土体导电性对滑坡进行健康监测的方法，利用导电性的方法有监测范围大、结果准确，且对灾害的预测具有更高的超前性。近年来，利用地基基础的导电性，对地基基础的裂隙、滑移带等进行监测的手段吸引越来越多的学者注意，但是对于灌注桩的长期健康监测，目前尚缺乏行之有效的技术。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出一种混凝土灌注桩电阻层析成像监测装置及监测方法，该装置利用电阻层析成像得到沿桩长电阻率分布情况，从而根据电阻率突变情况，以及裂缝、孔洞、夹砂等灌注桩病害的电阻率阈值，判断灌注桩健康状况，尤其是对于地处滑坡、不均匀沉降地带的灌注桩，可以实现长期实时检测灌注桩健康监测。
一种混凝土灌注桩电阻层析成像监测装置，所述成像监测装置包括导电混凝土电极、导线、信号采集装置、信号远程传输装置、信号远程接收装置、信号分析和可视化装置，所述导电混凝土电极在混凝土灌注桩内自上而下呈直线分布、分布数量为8-20个，所述导电混凝土电极通过导线与所述信号采集装置连接，所述信号采集装置将采集到的电阻信号通过信号远程传输装置传输出，所述信号分析和可视化装置通过信号远程接收装置接收来自信号远程传输装置传出的信后采用电阻层析成像得到沿桩长电阻率分布情况、获取灌注桩健康状况。
进一步地，所述导电混凝土电极包括导电混凝土和铜导线，铜导线呈螺旋形布置在导电混凝土内部，所述混凝土电极通过铜导线与导线连接。
进一步地，所述信号采集装置包括电流施加装置、电压采集装置和系列模拟开关，能够实现对任何两电极采集电阻。
进一步地，所述导电混凝土电极的数量为12-16个。
采用混凝土灌注桩电阻层析成像监测装置的监测方法，包括以下步骤：
步骤1、对铺设有本发明所述的成像监测装置的混凝土灌注桩内的导电混凝土电极自上而下按照公差为1的递增顺序进行编号处理；
步骤2、通过信号采集装置中的电流施加装置对所述导电混凝土电极施加给定的电流；
步骤3、通过信号采集装置中的电压采集装置，自上而下采集两导电混凝土电极编号差为1的两电极之间的电压值，计算得到相邻两导电混凝土电极之间的电阻值R1 1i；
步骤4、自上而下，采集量导电混凝土电极编号差为2的两电极之间的电压值，计算得到编号差为2的两电极之间的电阻值R2 2i；
步骤5、重复步骤4的操作，获取公差为3、4....N-1的两电极之间的电阻值分别记为R3 3i、R4 4i....RN-1 (N-1)i；
步骤6、假定导电混凝土电极与灌注桩混凝土的接触电阻均值Rc，对(R1 1i-2Rc)，(R2 2i-2Rc)/2，(R3 3i-2Rc)/3...(RN-1 (N-1)i-2Rc)/N-1进行直线拟合，通过线性拟合获取拟合最优解时的RC作为接触电阻；
步骤7、获取灌注桩健康状况，(R1 1i-2Rc)超过对应组电阻均值的10％但不到20％时，判定灌注桩该位置异常；(R1 1i-2Rc)超过对应组电阻均值的20％但不到30％时，判定灌注桩该位置孔洞、裂纹；(R1 1i-2Rc)超过对应组电阻均值的30％时，判定灌注桩该位置存在严重断裂
步骤8、采用步骤7的方法，对(R2 2i-2Rc)/2、(R3 3i-2Rc)/3...(RN-1 (N-1)i-2Rc)/N-1进行判断和验证。
本发明所带来的有益技术效果：可以实现长期实时检测灌注桩健康监测；该种监测方法所用到的导电混凝土电极耐腐蚀，经久耐用；设备造价低，性能稳定，分析数据可视化。本发明尤其是对于地处滑坡、不均匀沉降地带的灌注桩，可以实现长期实时检测灌注桩健康监测。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图：
图2为导电混凝土电极结构示意图；
图3为模拟电路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。
一种混凝土灌注桩电阻层析成像监测装置及监测方法，包括导电混凝土电极2、导线3、信号采集装置4、信号远程传输装置5、信号远程接收装置6和信号分析和可视化装置7。
优选地，导电混凝土电极包括导电混凝土12和铜导线11，铜导线11呈螺旋形布置在导电混凝土12内部。
导电混凝土电极在混凝土灌注桩1内自上而下呈直线分布，分布数量8个到20个，更优选地以12-16个最佳。
导电混凝土电极2的铜导线通过导线3接至信号采集装置4；
信号采集装置包括电流施加装置、电压采集装置和系列模拟开关，所构成的模拟电路可以实现：对任何两电极采集电阻。如图3，在AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH间采集电阻；然后在AC、BD、CE、DF、EG、FH间采集电阻；然后在AD、BE、CF、DG、EH间采集电阻；然后在AE、BF、CG、DH间采集电阻；然后在AF、BG、CH间采集电阻；然后在AG、BH间采集电阻；最后在AH间采集电阻。
其中两相邻电极间电阻(AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH)称之为R1 i，其中i从1到7；AC、BD、CE、DF、EG、FH间电阻称之为
其中i从1到6；AD、BE、CF、DG、EH间电阻称之为
其中i从1到5；AE、BF、CG、DH电阻称之为
其中i从1到4；AF、BG、CH电阻称之为
其中i从1到3；AG、BH电阻称之为
其中i从1到2；AH电阻称之为
其中i从1到1；
假定每个电极与灌注桩混凝土的接触电阻均值为Rc，则对(R1 i-2Rc)，
进行直线拟合，取拟合最优解时的Rc作为接触电阻。
如果(R1 i-2Rc)超过对应组电阻均值的10％，不到20％，则判定灌注桩该位置异常；如果超过20％，不到30％，则判定灌注桩该位置孔洞、裂纹；如果超过30％，则判定灌注桩该位置存在严重断裂。进一步以
进行验证。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种混凝土灌注桩电阻层析成像监测装置，其特征在于，所述成像监测装置包括导电混凝土电极、导线、信号采集装置、信号远程传输装置、信号远程接收装置、信号分析和可视化装置，所述导电混凝土电极在混凝土灌注桩内自上而下呈直线分布、所述导电混凝土电极的数量为8-20个，所述混凝土电极通过导线与所述信号采集装置连接，所述信号采集装置将采集到的电压信号通过信号远程传输装置传输出，所述信号分析和可视化装置通过信号远程接收装置接收来自信号远程传输装置传出的信后采用电阻层析成像得到沿桩长电阻率分布情况、获取灌注桩健康状况。
2.根据权利要求1所述的一种混凝土灌注桩电阻层析成像监测装置，其特征在于，所述导电混凝土电极包括导电混凝土和铜导线，铜导线呈螺旋形布置在导电混凝土内部，所述混凝土电极通过铜导线与导线连接。
3.根据权利要求1所述的一种混凝土灌注桩电阻层析成像监测装置，其特征在于，所述信号采集装置包括电流施加装置、电压采集装置和系列模拟开关，可以实现对任何两个电极之间采集电阻。
4.根据权利要求1所述的一种混凝土灌注桩电阻层析成像监测装置，其特征在于，所述导电混凝土电极的数量为12-16个。
5.采用权利要求1-4任一所述的种混凝土灌注桩电阻层析成像监测装置的监测方法，其特征在于，所述监测方法包括以下步骤：
步骤1、对铺设有本发明所述的成像监测装置的混凝土灌注桩内的导电混凝土电极自上而下按照公差为1的递增顺序进行编号处理；
步骤2、通过信号采集装置中的电流施加装置对所述导电混凝土电极施加给定的电流；
步骤3、通过信号采集装置中的电压采集装置，自上而下采集两导电混凝土电极编号差为1的两电极之间的电压值，计算得到相邻两导电混凝土电极之间的电阻值R1 1i；
步骤4、自上而下，采集量导电混凝土电极编号差为2的两电极之间的电压值，计算得到编号差为2的两电极之间的电阻值R2 2i；
步骤5、重复步骤4的操作，获取公差为3、4....N-1的两电极之间的电阻值分别记为R3 3i、R4 4i....RN-1 (N-1)i；
步骤6、假定导电混凝土电极与灌注桩混凝土的接触电阻均值Rc，对(R1 1i-2Rc)，(R2 2i-2Rc)/2，(R3 3i-2Rc)/3...(RN-1 (N-1)i-2Rc)/N-1进行直线拟合，通过线性拟合获取拟合最优解时的RC作为接触电阻；
步骤7、获取灌注桩健康状况，(R1 1i-2Rc)超过对应组电阻均值的10％但不到20％时，判定灌注桩该位置异常；(R1 1i-2Rc)超过对应组电阻均值的20％但不到30％时，判定灌注桩该位置孔洞、裂纹；(R1 1i-2Rc)超过对应组电阻均值的30％时，判定灌注桩该位置存在严重断裂
步骤8、采用步骤7的方法，对(R2 2i-2Rc)/2、(R3 3i-2Rc)/3...(RN-1 (N-1)i-2Rc)/N-1进行判断和验证。
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