CN210194704U - 一种基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置，包括加速度传感器、预埋管、气囊固定装置、充气管、止气阀、充气装置、配重块、带刻度的传感器引线以及数据采集处理装置。本装置所采用的加速度传感器包括一个桩顶传感器和一个孔中传感器，桩顶传感器放置在桩顶，孔中传感器则通过预埋管件向桩内吊放，当孔中加速度传感器到达指定位置后，利用气囊固定装置固定其在管中的位置。采用本实用新型进行基桩检测时，利用脉冲锤敲击桩顶，对两个测点的振动结果进行分析，以达到测量混凝土波速、检测桩长及桩身缺陷定量化分析的目的。本实用新型结合了传统基桩低应变检测法与声波透射法的优点，具有快速、经济、无损等特点。

Description

一种基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置

技术领域

本实用新型属于测试设备领域，具体涉及一种基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置。

背景技术

桩基作为最重要的一种基础形式，其质量检测一直受到工程界的关注。在国内的桩基动力检测中，比较常见且具有代表性的是低应变反射波检测法及声波透射法。

传统的低应变检测法仅在桩顶放置一个传感器，在检测桩长时，一方面可能出现桩底过深以至于传感器无法接收到桩底反射波，另一方面计算时采用的混凝土波速通常根据经验设置，具有较大误差，导致计算结果与实际情况存在较大差别。

声波透射法则在预埋声测管中放置发射端和接收端，通过实测声波在混凝土中传播的声时、波速等对桩身完整性进行检测。该方法存在以下缺点：第一，当声测管外侧出现缺陷甚至主筋外露时，该方法无法检测。第二，当声测管局部包泥、混凝土离析等，会导致局部测点的失效。

本实用新型结合了传统低应变检测法和声波透射法的优点，在低应变检测方法的基础上，将一个传感器置于桩顶，再利用预埋管将另一个传感器置于桩体内部，根据传感器引线的下放长度确定该传感器放置深度，结合桩顶传感器和孔中传感器的检测结果，达到更准确的检测待测基桩的混凝土弹性纵波波速、桩长或桩身完整性的目的。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的问题，并提出一种基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置及方法。本实用新型在传统低应变检测方法的基础上，将一个传感器置于桩顶，再利用预埋管将另一个传感器置于桩体内部，根据传感器引线的下放长度确定该传感器放置深度。结合桩顶传感器和孔中传感器的检测结果，达到更准确的检测待测基桩的混凝土弹性纵波波速、桩长或桩身完整性的目的。

本实用新型采取以下技术方案：

一种基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置，其包括桩顶传感器、孔中传感器、预埋管、气囊固定装置、充气管、止气阀、充气装置；至少一条所述的预埋管垂直埋设于混凝土灌注桩的钢筋笼内；所述的桩顶传感器和孔中传感器均为加速度传感器，桩顶传感器固定于混凝土灌注桩的桩顶，孔中传感器位于预埋管中，且孔中传感器上设有用于临时固定的气囊固定装置，所述的气囊固定装置为一个具有充气口的密闭气囊，气囊环绕包裹于孔中传感器外部，其充气口通过充气管连接置于基桩外部的充气装置，且充气管上设有止气阀；所述的桩顶传感器和孔中传感器分别通过传感器引线连接外部的数据采集处理装置。

作为优选，所述的孔中传感器下表面悬挂有配重块。

作为优选，所述的预埋管有多条，分布于混凝土灌注桩横截面的不同位置。

作为优选，所述的预埋管内径需大于孔中传感器的最大外径，但小于孔中传感器和泄气状态下气囊固定装置的最大外径之和。

作为优选，所述的传感器引线上设有刻度。

作为优选，还包括用于对混凝土灌注桩的桩顶进行敲击的脉冲锤。

作为优选，所述的数据采集处理装置为动测仪器。

作为优选，所述的充气装置为打气筒或充气泵，充气管与气囊的充气口之间保持完全密闭。

本实用新型中，后续为了便于描述，定义缩颈缺陷为桩体中某一位置出现相对于其他位置横截面积缩小的缺陷。从基桩顶部向底部的方向看，缩颈缺陷顶部位置的横截面积从上到下突然缩小，因此此位置称为缩颈处；同理，颈缺陷底部位置的横截面积从上到下突然扩大，因此此位置称为扩颈处。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型结合了传统基桩低应变检测法与声波透射法的优点，在低应变检测方法的基础上，将一个传感器置于桩顶，再利用预埋管将另一个传感器置于桩体内部，根据传感器引线的下放长度确定该传感器放置深度，结合桩顶传感器和孔中传感器的检测结果，达到更准确的检测待测基桩的混凝土弹性纵波波速、桩长或桩身完整性的目的。本实用新型具有快速、经济、无损等特点。

2.本实用新型相比于传统的低应变检测法，能够较精确地检测桩身混凝土波速，且更易接收到深处的反射波，例如长桩的桩底反射波、深缺陷的特征反射波。

3.本实用新型相比于声波透射法，能够检测到预埋管(声测管)外侧出现的缺陷，且不易受到局部缺陷的影响。

附图说明

图1为基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置的纵剖面示意图

图2为基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置的俯视示意图；

图3为孔中传感器及气囊固定装置细部图；

其中，1.桩顶传感器，2.孔中传感器，3.预埋管，4.气囊固定装置，5.配重块，6.桩，7.传感器引线，8.数据采集处理装置，9.充气管，10.止气阀，11.充气装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

如图1和2所示，为本实用新型一个实施例中的一种基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置，该装置包括桩顶传感器1、孔中传感器2、预埋管3、气囊固定装置4、充气管9、止气阀10和充气装置11。本实用新型在传统基桩低应变检测的基础上，利用预埋管3将一个传感器2置于桩体内部，可根据传感器引线7的下放长度确定传感器2放置深度。利用脉冲锤敲击桩顶，桩顶和孔中传感器接收到桩身振动情况并通过引线传到数据采集处理装置，用于对结果进行分析。在检测桩身完整性时，通过改变孔中传感器的放置深度，从而改变其与缺陷的相对位置。当孔中传感器与缺陷的相对位置发生改变时，其接收到的缺陷特征反射波也会不同，再结合桩顶传感器的检测结果，就可以达到定量化分析缺陷所处位置及程度的目的。下面详细描述该检测装置的具体实现结构。

混凝土灌注桩6内埋设的预埋管3有一条或多条，预埋管3在混凝土浇筑之前垂直埋于基桩的钢筋笼内，与钢筋笼一同被浇筑。待混凝土浇筑完毕后，预埋管3被固化于基桩内。理论上一条预埋管3可以完成基本的检测功能，但考虑到检测的准确性，浇筑基桩前可在钢筋笼一周设置多根预埋管3，以进行多点测量、减小量测误差。在该装置中，桩顶传感器1和孔中传感器2均为加速度传感器，其中桩顶传感器1固定于混凝土灌注桩6的桩顶，用于检测桩顶位置的波信号，孔中传感器2位于预埋管3中，用于检测混凝土灌注桩6内部不同深度的波信号。由于预埋管3中通常有水，本装置所需孔中传感器2一般为可在水下工作的加速度传感器。而且，孔中传感器2在预埋管3中的位置应当是可以调整的，但孔中传感器2为了感应波信号，又需要与预埋管3形成传导，即当孔中传感器2移动到预埋管3中指定位置时，需要使其与管壁固定，达到量测桩身振动情况的目的。因此在孔中传感器2上设有一个用于临时固定的气囊固定装置4。如图3所示，气囊固定装置4为一个具有充气口的密闭气囊，气囊环绕包裹于孔中传感器2外部，其充气口通过充气管9连接置于基桩外部的充气装置11，且充气管9上设有止气阀10。通过该充气管9可以对孔中传感器2的气囊固定装置4进行充放气，而管上的止气阀，可采用止气夹、止气阀等止气装置，通过调节止气阀10的开关，直接控制气囊的充放气，便于操作。在检测过程中，先打开止气阀10，当孔中传感器2达到指定位置后，利用充气装置11对气囊充气，气囊膨胀并压紧于预埋管3内壁，然后将止气阀10关闭，就可以达到将传感器与管壁固定的目的。使用完毕或需改变传感器位置时，则打开止气阀10，排出空气让气囊收缩，从而使得传感器可移动。因此，预埋管3内径需大于孔中传感器2的最大外径，但小于孔中传感器2和泄气状态下气囊固定装置4的最大外径之和，以泄气状态下孔中传感器2能自由上下移动为准。由于该装置需要沉入水中工作，因此充气管9与气囊固定装置4的气囊充气口之间需完全密闭，保证其气密性，以免水进入气囊或无法充气。桩顶传感器1和孔中传感器2分别通过传感器引线7连接外部的数据采集处理装置8，将各自感应到的波信号传输至数据采集处理装置8中。数据采集处理装置8可为各类动测仪器，具有示波功能且可实现频谱转换和信号积分的仪器为佳。

另外，孔中传感器2下表面可以悬挂有配重块5，它悬挂在孔中传感器2下方，可以帮助传感器下降到指定深度，也可使传感器引线7伸直，达到放线长度与传感器深度一致的目的。当然，若传感器2自身重量足够，可不悬挂配重块5。传感器引线7的作用一方面在于将桩顶传感器1及孔中传感器2的数据传输至数据采集与处理器8，另一方面在于作为吊绳向孔中吊放传感器2。因此，传感器引线7上可画上长度刻度，以便确认孔中传感器2吊放深度。

另外，该检测装置还可以配备用于对混凝土灌注桩6的桩顶进行敲击的脉冲锤。脉冲锤可以采用现有的设备型号，不做限定。

该装置的使用方法如下：

1.进行检测时，将一个桩顶传感器1固定于桩顶，再利用传感器引线7将另一个孔中传感器2吊放到预埋管3中。

2.当孔中传感器2达到指定位置后，利用充气装置11对气囊固定装置4充气，使气囊膨胀并压紧于预埋管3内壁，将止气阀10关闭。

3.利用脉冲锤敲击桩顶，通过数据采集处理装置8采集桩顶传感器1和孔中传感器2接收到的振动响应，根据孔中传感器2位置及振动响应分析结果达到检测目的。

4.根据检测需要，可打开止气阀10，气囊4排出空气并收缩，使得传感器2可移动，进一步调整和改变孔中传感器2的位置，重复前述的检测步骤，以获得更精确的检测结果。

下面基于上述检测装置，本实用新型给出一种具体的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测方法，该方法可用于检测基桩的混凝土波速、桩长及桩身完整性缺陷位置以及缺陷程度，其步骤如下：

1)将桩顶传感器1固定在混凝土灌注桩6的桩顶位置，再利用传感器引线7将孔中传感器2吊放到预埋管3中，通过传感器引线7撒上的刻度记录桩顶传感器1和孔中传感器2的高度差为z。利用充气装置11对气囊固定装置4进行充气，使气囊膨胀并压紧于预埋管3内壁，然后关闭止气阀10，使孔中传感器2固定于预埋管3的管壁上。

2)利用脉冲锤对混凝土灌注桩6的桩顶进行敲击，通过数据采集处理装置8采集桩顶传感器1和孔中传感器2的响应数据；

3)计算桩顶传感器1和孔中传感器2对本次敲击的振动响应时间差(即对入射波的响应时间差)Δt₀，得到该混凝土灌注桩6中混凝土波速为

4)计算孔中传感器2在本次敲击后接收到的入射波及桩底反射波的时间差Δt₁，得到桩的总长为

5)根据本次敲击采集的桩顶传感器1和孔中传感器2反射波特征判断基桩的完整性，具体的判断方法为：

若桩顶传感器1和孔中传感器2均只接收到桩底反射波时，判断当前基桩中不存在缺陷，桩身完整；

若桩顶传感器1或孔中传感器2除接收到桩底反射波外，还接收到桩身缺陷的特征反射波时，判断当前基桩中存在缺陷，桩身不完整。在这种情况下，该缺陷可能存在多种情况，可以根据反射波的波形判断缺陷的类型。一般而言，缩颈缺陷对桩体的承载能力有较大负面影响，而扩颈缺陷对桩的承载能力起积极作用，因此可以将扩颈不视为缺陷，但对缩颈缺陷进行下述进一步的位置确定和缺陷程度探测，以便后续采取应对措施。

6)对于存在缩颈缺陷的混凝土灌注桩6，根据孔中传感器2的反射波特征，进一步判断缩颈缺陷所处的位置。以理想缩颈桩为例，通过调整孔中传感器2的放置深度，改变孔中传感器2与缺陷的相对位置可以得到不同的反射波特征。当孔中传感器2位于缺陷之上时，敲击桩顶后，传感器2能够接收到缩颈处和扩颈处的特征反射波；当孔中传感器2位于缺陷处时，其只能接收到扩颈处的特征反射波；当孔中传感器2位于缺陷以下时，则不能接收到缺陷的特征反射波。根据这一特点，再结合桩顶传感器1的检测结果，可以较为准确地分析出缺陷存在的位置。本实施例中，具体的判断方式如下：

a、若孔中传感器2只接收到扩颈处的特征反射波而没有接收到缩颈处的特征反射波，则判断当前孔中传感器2所处位置即为缺陷所处的位置；

b、若孔中传感器2能够接收到缩颈处和扩颈处的特征反射波，则判断缺陷所处的位置位于孔中传感器2下方；

c、若孔中传感器2既没有接收到缩颈处的特征反射波也没有接收到扩颈处的特征反射波，则判断缺陷所处的位置位于孔中传感器2上方。

7)根据步骤6)的判断结果，若孔中传感器2所处位置即为缩颈缺陷所处的位置，则根据当前的传感器引线7所示刻度即可确定缺陷所处的位置。但假如孔中传感器2不在缩颈缺陷所处的位置，即后两种b、c情况，则需要打开止气阀10使气囊固定装置4泄气后，将孔中传感器2朝缺陷所处的位置移动一定距离，具体的移动距离可以根据前一次探测的入射波、反射波的信号进行大致估算。然后再次重复步骤2)～6)，直至满足a所说的情况，即可确定缩颈缺陷所处的位置。

当然，对于存在缩颈缺陷的混凝土灌注桩6，基于桩顶传感器1和孔中传感器2接收到的入射波及反射波振动幅值，根据一维波动理论还可以进一步判断缺陷的严重程度，比如缩颈程度。

另外，在测量混凝土波速、桩长时，可以基于多次测量得到的结果进行比对，或者取平均值，以尽量减少误差。当待测桩较长，传统低应变检测法不能测到桩底反射，通过本实用新型的方法，可以将孔中传感器2放置到桩内尽可能深的地方，然后再敲击桩顶进行相应的检测。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置，其特征在于：包括桩顶传感器(1)、孔中传感器(2)、预埋管(3)、气囊固定装置(4)、充气管(9)、止气阀(10)、充气装置(11)；至少一条所述的预埋管(3)垂直埋设于混凝土灌注桩(6)的钢筋笼内；所述的桩顶传感器(1)和孔中传感器(2)均为加速度传感器，桩顶传感器(1)固定于混凝土灌注桩(6)的桩顶，孔中传感器(2)位于预埋管(3)中，且孔中传感器(2)上设有用于临时固定的气囊固定装置(4)，所述的气囊固定装置(4)为一个具有充气口的密闭气囊，气囊环绕包裹于孔中传感器(2)外部，其充气口通过充气管(9)连接置于基桩外部的充气装置(11)，且充气管(9)上设有止气阀(10)；所述的桩顶传感器(1)和孔中传感器(2)分别通过传感器引线(7)连接外部的数据采集处理装置(8)。

2.如权利要求1所述的基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置，其特征在于：所述的孔中传感器(2)下表面悬挂有配重块(5)。

3.如权利要求1所述的基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置，其特征在于：所述的预埋管(3)有多条，分布于混凝土灌注桩(6)横截面的不同位置。

4.如权利要求1所述的基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置，其特征在于：所述的预埋管(3)内径需大于孔中传感器(2)的最大外径，但小于孔中传感器(2)和泄气状态下气囊固定装置(4)的最大外径之和。

5.如权利要求1所述的基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置，其特征在于：所述的传感器引线(7)上设有刻度。

6.如权利要求1所述的基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置，其特征在于：还包括用于对混凝土灌注桩(6)的桩顶进行敲击的脉冲锤。

7.如权利要求1所述的基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置，其特征在于：所述的数据采集处理装置(8)为动测仪器。

8.如权利要求1所述的基桩的桩顶、孔中双测点低应变完整性检测装置，其特征在于：所述的充气装置(11)为打气筒或充气泵，充气管(9)与气囊的充气口之间保持完全密闭。

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