CN1743801A - 基桩倾斜无损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种基桩倾斜无损检测方法，是在桩头部施加一瞬时作用力后，使受力的质点产生振动，而振动的传播就形成各种弹性波，根据惠更斯―菲涅尔原理、费玛原理和波的叠加原理，对于垂直桩和倾斜桩，由于桩侧界面对称性不同，因此在桩上部观测到的波动形态是不一样的，利用安装在桩头上的传感器检测振动信号，并传输至数据记录处理系统进行分析处理，得到时间域“时程曲线”、频率域“振幅谱”曲线和桩底反射系数，根据这些数据可以判断出基桩是否倾斜以及倾斜的方向和基桩的垂直度偏差，可以做到不对桩进行破坏而准确方便的检测出基桩的垂直度偏差。

Description

基桩倾斜无损检测方法

技术领域

本发明涉及一种基桩倾斜无损检测方法。

背景技术

根据国家《建筑地基基础工程施工质量验收规范》(GB50202-2002)规定，桩基础垂直度允许偏差不得超过1％，现有的检测方法，无论是挖孔桩还是灌注桩，只有在桩基施工过程中对垂直度进行控制和观测，成桩后可以通过在桩身上钻孔的方式间接的检查桩的垂直度，检测过程费时费力、而且检测费用高，一般情况下只能对少数桩进行抽查，无法做到对所有桩的垂直度进行无损检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基桩倾斜无损检测方法，即不对桩进行开孔等破坏性作业，就能方便、准确的检测出已隐蔽的桩的倾斜方向和倾斜度。

本发明是这样实现的：一种基桩倾斜无损检测方法，将传感器分布于基桩桩头部，由外力打击基桩桩头处给予基桩以激振，并将传感器接收的由激振产生的振动信号传入数据记录处理系统，根据处理所得的数据判断基桩是否倾斜和倾斜方向以及基桩垂直度偏差。

所述外力的方向可垂直于基桩侧面，作用点可位于基桩桩头部侧面处。

所述外力的方向可垂直于基桩桩顶面，作用点可位于基桩桩顶面。

所述基桩桩头部可按方位分布有若干传感器。

所述传感器可安装于基桩桩顶面，传感器应水平或垂直安装。

所述传感器可安装于基桩桩头部侧面，传感器应垂直桩侧面安装或平行桩侧面安装。

所述传感器可为纵波及横波加速度计。

所述传感器可为纵波及横波磁电式速度传感器或纵波及横波高阻尼速度计，频响范围应复盖整个测试信号的主体频宽且能包含头几阶结构振动的固有频率，传感器可安装1个或更多。

所述基桩倾斜无损检测方法，所有传感器获得的原始数据经记录处理后得到时间域“时程曲线”、频率域“振幅谱”曲线以及桩底反射系数，如果各向负相脉冲异常数据与各向桩底反射系数与各向振幅谱图变异性很小，则桩垂直，如果各向负相脉冲异常数据与各向桩底反射系数与各向振幅谱图变异性较大，则桩倾斜，并且基桩由负相脉冲大向负相脉冲小方向倾斜，基桩由桩底反射系数小向桩底反射系数大的方向倾斜，基桩由振幅谱图畸变大向畸变小方向倾斜。

所述基桩倾斜无损检测方法，

-可由时间域“时程曲线”求取基桩垂直度偏差

$L^{\′}=\frac{1}{2}{\×V}_p\×t^{\′}=\frac{1}{2}{\×V}_s\×t_s^{\′}$

$\mathrm{\ξ}=\frac{\mathrm{\ΔX}}{L^{\′}}\×100\%$

其中，V_P为平均纵波速度，V_s为平均横波速度

t′为纵波时程曲线第二负峰时间  t_s′为横波时程曲线第二负峰时间

L′为特征点深度

ΔX为传感器与基桩边沿的最短距离

ξ为基桩垂直度偏差

-可由频率域“振幅谱”曲线求取基桩垂直度偏差

$L^{\′}=\frac{V_p}{2{\×\mathrm{\Δf}}^{\′}}=\frac{V_s}{2\×\mathrm{\Δ}{f}_s^{\′}}$

$\mathrm{\ξ}=\frac{\mathrm{\ΔX}}{L^{\′}}\×100\%$

其中，V_P为平均纵波速度，V_s为平均横波速度

Δf′纵波干扰频率频差，Δf_s′横波干扰频率频差，

L′为特征点深度

ΔX为传感器与基桩边沿的最短距离

ξ为基桩垂直度偏差

附图说明

图1为垂直桩平面波形态示意图；

图2为倾斜桩波形态示意图；

图3为垂直桩纵横波传播矢量分解图；

图4为倾斜桩纵横波传播矢量分解图；

图5-1为垂直桩中心点二次扰动异常曲线图；

图5-2为垂直桩中心点左侧二次扰动异常曲线图；

图5-3为垂直桩中心点右侧二次扰动异常曲线图；

图6-1为倾斜桩中心点二次扰动异常曲线图；

图6-2为倾斜桩中心点左侧二次扰动异常曲线图；

图6-3为倾斜桩中心点右侧二次扰动异常曲线图；

图7为桩顶面传感器安装位置示意图；

图8为倾斜桩现场检测示意图；

图9-1至图9-8为1号桩(垂直桩)各测量点时间域“时程曲线”

图10-1至图10-8为1号桩(垂直桩)各测量点频率域“振幅谱”曲线

图11为1号桩(垂直桩)桩底反射系数图；

图12-1至图12-8为11号桩(倾斜桩)各测量点时间域“时程曲线”

图13-1至图13-8为11号桩(倾斜桩)各测量点频率域“振幅谱”曲线

图14为11号桩(倾斜桩)桩底反射系数图；

图15为基桩垂直度偏差计算示意图；

图16为倾斜桩时程图。

具体实施方式

以下结合附图描述本发明的实施例，1号桩为垂直桩，11号桩为倾斜桩：

本发明的检测原理是：

如图1～图6所示，当在桩头施加一瞬时作用力后，使桩的端面上的质点受力后产生振动，而振动的传播就形成了各种弹性波(含纵波、横波等)，此时，弹性波就会沿着桩身进行传播，根据惠更斯—菲涅尔原理、费玛原理和波的叠加原理，即波传播到空间任一点，此点都可以看作是一个新的点源，在空间任一点上观测到的波动是在此点相遇的各个波所引起的振动的合成，根据上述原理，对于垂直桩和倾斜桩，由于桩侧界面对称性不同，因此在桩顶面上观测到的波动形态是不一样的。

本发明的实施步骤是：

首先，进行桩头准备，将桩头1清理并打磨水平；

第二步，在桩顶面以顶面中心为圆心的圆环内按方位安装1个或更多传感器2，传感器2安装的越多、位置越均匀，所测得的数据越准确，本例中为8个，安装位置如图7所示；

第三步，如图8所示，使用冲锤、手锤或球给予桩头1以垂直桩顶面的击打，即垂直方向激振3，击打力作用方向应垂直与桩顶面，使用手锤或力棒等给予桩头1侧面以垂直桩侧面的击打，即水平方向激振4，击打力作用方向应垂直桩侧面，激振应干脆利索，激振力度应尽量一致，实施中，可采用一点接收，近距离激振(指激振点与接收点两者距离小于5CM)的观测系统或一点激发、多点接收的系统或不同点激发、一点接收的系统，接收的信号输入信号处理、显示、记录、打印系统5；

第四步，对传感器2接收的信号进行处理，包括叠加平均处理、指数放大处理及滤波处理，处理后绘制出时间域“时程曲线”和频率域“振幅谱”曲线。

第五步，对各种曲线进行分析，判断桩是否倾斜及倾斜的方向：

1号桩：

如图9-1至图9-8的1号桩各测量点时间域“时程曲线”可以看出，各向负相脉冲异常变异很小，即桩垂直。

如图10-1至图10-8的为1号桩各测量点频率域“振幅谱”曲线可以看出，各向振幅谱图变异很小，即桩垂直。

如图11的1号桩底反射系数图，各向桩底反射系数变异很小，即桩垂直。

11号桩：

如图12-1至图12-8的11号桩各测量点时间域“时程曲线”可以看出，各向负相脉冲异常变异很大，即桩倾斜，并朝时域曲线上部负相脉冲大而中及后部负相脉冲小的点倾斜，即由点P5向点P1倾斜。

如图13-1至图13-8的为11号桩各测量点频率域“振幅谱”曲线可以看出，各向振幅谱图变异很大，即桩倾斜，并由畸变大向畸变小方向倾斜，即由点P5向点P1倾斜。

如图14的11号桩底反射系数图，各向桩底反射系数变异性很大，即桩倾斜，由桩底反射系数小向桩底反射系数大的方向倾斜，即由点P5向点P1倾斜。

由以上两例可以看出，单独使用任何一种测量方法都能获得正确的结果，在实际应用中，往往同时采用三种方式，并互相进行验证，以确保检测结果的正确性。

第六步，计算桩的垂直度偏差：

(1)时域曲线

从时程图上可查出第二负峰(或中部最大负峰)时间t′(图16)，利用平均纵波速度V_P或平均横波速度V_s求出特征点深度L′(或从时程曲线图上直接查出L′)(图15)。

$L^{\′}=\frac{1}{2}{\×V}_p\×t^{\′}=\frac{1}{2}{\×V}_s\×t_s^{\′}$

且由于ΔX已知，故可用下式求出基桩垂直度偏差(％)(图15)。

$\mathrm{\ξ}=\frac{\mathrm{\ΔX}}{L^{\′}}\×100\%$

(2)频率域

①倾斜桩各向均出现干扰频率f_干；其频差Δf′不为正常垂直桩频差Δf。可利用各向界面干扰频率f_干所对应的振幅值A(f_干i)，的大小，来推断基桩的倾斜方向(基桩由界面干扰频率振幅大向界面干扰频率振幅小的方向倾)。

②由纵波干扰频率频差Δf′或横波干扰频率频差Δf_s′

$L^{\′}=\frac{V_p}{2{\×\mathrm{\Δf}}^{\′}}=\frac{V_s}{2\×\mathrm{\Δ}{f}_s^{\′}}$

且ΔX为已知，即可利用下式方便地求出基桩垂直度偏差(％)(图15)

$\mathrm{\ξ}=\frac{\mathrm{\ΔX}}{L^{\′}}\×100\%$

Claims (10)

1.一种基桩倾斜无损检测方法，其特征在于：将传感器分布于基桩桩头部，由外力打击基桩桩头处给予基桩以激振，并将传感器接收的由激振产生的振动信号传入数据记录处理系统，根据处理所得的数据判断基桩是否倾斜和倾斜方向以及基桩垂直度偏差。

2.如权利要求1所述基桩倾斜无损检测方法，其特征在于：所述外力的方向垂直于基桩侧面，作用点位于基桩桩头部侧面处。

3.如权利要求1所述基桩倾斜无损检测方法，其特征在于：所述外力的方向垂直于基桩桩顶面，作用点位于基桩桩顶面。

4.如权利要求1所述基桩倾斜无损检测方法，其特征在于：基桩桩头部按方位分布有若干传感器。

5.如权利要求4所述基桩倾斜无损检测方法，其特征在于：传感器安装于基桩桩顶面，传感器应水平或垂直安装。

6.如权利要求4所述基桩倾斜无损检测方法，其特征在于：传感器安装于基桩桩头部侧面，传感器应垂直桩侧面安装或平行桩侧面安装。

7.如权利要求4或5或6所述基桩倾斜无损检测方法，其特征在于：传感器为纵波及横波加速度计。

8.如权利要求4或5或6所述基桩倾斜无损检测方法，其特征在于：传感器为纵波及横波磁电式速度传感器或纵波及横波高阻尼速度计，频响范围应复盖整个测试信号的主体频宽且能包含头几阶结构振动的固有频率，传感器可安装1个或更多。

9.如权利要求1所述基桩倾斜无损检测方法，其特征在于：所有传感器获得的原始数据经记录处理后得到时间域“时程曲线”、频率域“振幅谱”曲线以及桩底反射系数，如果各向负相脉冲异常数据与各向桩底反射系数与各向振幅谱图变异性很小，则桩垂直，如果各向负相脉冲异常数据与各向桩底反射系数与各向振幅谱图变异性较大，则桩倾斜，并且基桩由负相脉冲大向负相脉冲小方向倾斜，基桩由桩底反射系数小向桩底反射系数大的方向倾斜，基桩由振幅谱图畸变大向畸变小方向倾斜。

10.如权利要求1所述基桩倾斜无损检测方法，其特征在于：

—可由时间域“时程曲线”求取基桩垂直度偏差

$L^{\′}=\frac{1}{2}\×V_p\×t^{\′}=\frac{1}{2}\×V_s\×t_s^{\′}$

$\mathrm{\ξ}=\frac{\mathrm{\ΔX}}{L^{\′}}\×100\%$

其中，V_P为平均纵波速度，V_s为平均横波速度

t′为纵波时程曲线第二负峰时间，t_s′为横波时程曲线第二负峰时间

L′为特征点深度

ΔX为传感器与基桩边沿的最短距离

ξ为基桩垂直度偏差

—可由频率域“振幅谱”曲线求取基桩垂直度偏差

$L^{\′}=\frac{V_p}{2\×\mathrm{\Δ}{f}^{\′}}=\frac{V_s}{2\×\mathrm{\Δ}{f}_s^{\′}}$

$\mathrm{\ξ}=\frac{\mathrm{\ΔX}}{L^{\′}}\×100\%$

其中，V_P为平均纵波速度，V_S为平均横波速度

Δf′纵波干扰频率频差，Δf_s′横波干扰频率频差，

L′为特征点深度

ΔX为传感器与基桩边沿的最短距离

ξ为基桩垂直度偏差

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