專利名稱：采用單管縱波法進(jìn)行基樁質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基樁施工質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)。
背景技術(shù)：
在既有的樁基動(dòng)測(cè)技術(shù)條件下，樁基施工質(zhì)量的檢測(cè)還存在許多不確定性，影響到樁基施工質(zhì)量的正確判定:1.基樁動(dòng)測(cè)法雖能感應(yīng)到樁周土及樁底巖層的信息，但由于不能量化其地質(zhì)狀況相應(yīng)的具體指標(biāo)，不能確認(rèn)粧基的承載能力。2.不能精確測(cè)量基樁波速，以致不能準(zhǔn)確判定樁長(zhǎng)和評(píng)價(jià)基樁混凝土質(zhì)量的整體水平。在樁頭采用雙傳感器標(biāo)定基樁混凝土波速的方法還存在一些應(yīng)用上的困難，如:(I).外露樁頭的情況很少存在；(2).就地灌注樁樁頭附近的混凝土質(zhì)量相對(duì)較差，不能代表整樁的平均質(zhì)量狀況等。3.樁身截面多變且變化幅度較大的灌注樁，以及樁周軟硬土層變化明顯的地質(zhì)條件，均會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，需要采用其它輔助方法驗(yàn)證。4.對(duì)于超長(zhǎng)樁、人工挖孔灌注樁、多節(jié)段的預(yù)制打入樁等的質(zhì)量檢測(cè)，常因無(wú)法檢測(cè)到樁底的反射信號(hào)，只能依靠檢測(cè)人員結(jié)合經(jīng)驗(yàn)綜合判定，或采用其它方法進(jìn)一步檢測(cè)。5.對(duì)于嵌巖樁及支承樁的質(zhì)量檢測(cè)，當(dāng)樁底出現(xiàn)同相的反射波信號(hào)，或時(shí)域曲線未見(jiàn)入巖信號(hào)且無(wú)樁底反射波信號(hào)時(shí)，對(duì)樁底混凝土質(zhì)量和樁底持力層狀況的判定還需采用抽芯法等核驗(yàn)。既有的樁基超聲波透射法檢測(cè)技術(shù)有其局限性，存在不能實(shí)施有效檢測(cè)和誤測(cè)重判等情況:1.樁基超聲波透射法只能反映聲測(cè)管范圍以內(nèi)的樁身混凝土質(zhì)量，不能反映樁周土及樁端持力層狀況。2.由于埋設(shè)的聲測(cè)管容易出現(xiàn)移位，使測(cè)距成為不確定的重要參數(shù)，所以難以取得準(zhǔn)確且能代表整樁施工質(zhì)量水平的平均波速；在樁底段還常出現(xiàn)完全偏離物理意義的極大值或極小值，造成評(píng)判困難。3.當(dāng)聲測(cè)管周邊出現(xiàn)局部夾泥等小缺陷時(shí)，易被誤判為嚴(yán)重縮徑、斷樁等重大質(zhì)量問(wèn)題。4.當(dāng)聲測(cè)管內(nèi)壁銹蝕、外壁泥皮較厚或聲測(cè)管與混凝土脫離裂開(kāi)時(shí)，超聲波無(wú)法透射，這些情況或?qū)е抡`測(cè)誤判。5.當(dāng)聲測(cè)管變形、堵塞時(shí)，不能對(duì)樁身或樁底進(jìn)行有效檢測(cè)和判定，需抽芯處理。在既有的樁基施工質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)技術(shù)條件下，當(dāng)無(wú)法檢測(cè)判定或出現(xiàn)質(zhì)量疑問(wèn)時(shí)，一般采用抽芯 法校驗(yàn)，但抽芯法驗(yàn)樁成本較高，耗時(shí)較長(zhǎng)，對(duì)于長(zhǎng)樁抽芯也很難抽到樁底，同時(shí)也只能提供樁端持力層的情況，不能全面解析樁基承載力，因此既有的樁基施工質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)還不能完全滿足現(xiàn)實(shí)的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，是希望在既有的檢測(cè)儀器設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行改良和創(chuàng)新，并利用工程現(xiàn)場(chǎng)提供的條件，研究發(fā)明一種不但能進(jìn)行基樁質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)，而且還能對(duì)樁周地質(zhì)土層進(jìn)行探測(cè)的新技術(shù)，確?；鶚兜氖┕べ|(zhì)量和承載力，成為現(xiàn)成的、準(zhǔn)確的、經(jīng)濟(jì)的樁基無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的輔助驗(yàn)證方法，提高樁基無(wú)損檢測(cè)判定的準(zhǔn)確性和服務(wù)水平。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:采用單管縱波法進(jìn)行基樁質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)，其特征是被檢對(duì)象為鋼筋混凝土基樁，在基樁樁身上埋設(shè)了聲測(cè)管或抽芯孔，其測(cè)試系統(tǒng)包括:力錘(棒)、傳感器、檢波器、單管縱波法信號(hào)處理器和采集儀。力錘(棒)在基樁頂面上敲擊激振產(chǎn)生一個(gè)沿樁身向下傳播的縱波，通過(guò)在基樁的頂面上或在力錘(棒)上安裝的傳感器檢測(cè)敲擊信號(hào)，在聲測(cè)管或抽芯孔中通過(guò)檢波器檢測(cè)敲擊縱波的傳播信號(hào)，測(cè)量檢波器安放進(jìn)入基樁頂面以下的深度，將傳感器和檢波器分別連接到單管縱波法信號(hào)處理器的輸入端，單管縱波法信號(hào)處理器的主要功能是將傳感器檢測(cè)到的敲擊信號(hào)處理成一個(gè)與敲擊激振瞬間同步的單脈沖信號(hào)，并將同步脈沖信號(hào)疊加到檢波器檢測(cè)的信號(hào)中，再將處理后的信號(hào)送到采集儀，由采集儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存貯和初步分析，測(cè)量縱波的傳播時(shí)間差和計(jì)算基樁的縱波波速，通過(guò)分析縱波波速的大小及傳播時(shí)間差與檢測(cè)深度的關(guān)系判定基樁的長(zhǎng)度、樁身混凝土質(zhì)量。單樁單管檢測(cè)得一維桿縱波波速為樁頂至測(cè)試點(diǎn)間樁段的平均波速，當(dāng)樁身混凝土質(zhì)量均勻一致時(shí)，在所有深度處檢測(cè)到的波速相等且等于本樁的平均波速。當(dāng)混凝土采用的材料和配合比相同時(shí)，可結(jié)合混凝土齡期評(píng)價(jià)整樁混凝土的質(zhì)量水平，測(cè)得的代表波速可作為低應(yīng)變測(cè)試的代表波速，用于準(zhǔn)確評(píng)價(jià)樁長(zhǎng)。基樁h處實(shí)測(cè)的縱波傳播速度為樁頂至測(cè)試點(diǎn)間樁段的平均波速Ci = h1/t1式中h為基樁頂面至檢波器探測(cè)中心點(diǎn)間的距離\為比處下行波的傳播時(shí)間差均質(zhì)混凝土 \與深度Iii為線性變化關(guān)系，曲線的斜率為一常數(shù)。斜率變小時(shí)表示波速降低，反映為曲線上出現(xiàn)拐點(diǎn)，出現(xiàn)拐點(diǎn)的區(qū)間樁身混凝土存在質(zhì)量缺陷；在t1-hi曲線上，\有累加效應(yīng)代表樁基出現(xiàn)全斷面性質(zhì)的缺陷，沒(méi)有累加效應(yīng)為局部缺陷?？衫脤?shí)測(cè)縱波的波幅變化和波形畸變來(lái)綜合分析樁長(zhǎng)及樁身混凝土質(zhì)量，根據(jù)基樁一維彈性桿理論，實(shí)測(cè)的下行波還疊加了樁基斷面突變、樁底及樁側(cè)巖層變化等界面的反射(上行波)，使實(shí)測(cè)波形發(fā)生變化。波的能量會(huì)因樁身波阻抗變化的反射和樁側(cè)土吸收而降低，也會(huì)因?yàn)楸粯渡砣毕菸栈蚱帘味档汀Ｍㄟ^(guò)在比和hi+i處的檢測(cè)信號(hào)中分別測(cè)量下行波的到達(dá)時(shí)間差\及ti+1和樁底反射波的到達(dá)時(shí)間差&及tH+1，推算基樁的實(shí)際樁長(zhǎng)L = hj+ Δ h/ ( Δ ti+1_ Δ tj * Δ tj或L = hi+1+ Λ h/ ( Λ ti+1- Λ \) * Λ ti+1式中Λ\ = Η_\ Δ ti+1 = tH+1_ti+1Ah = hi+1-hi 為 Iii 與 hi+1 的高差\及ti+1為在比和hi+1處檢測(cè)信號(hào)中下行波的傳播時(shí)間差
tH及tH+1為在比和hi+1處檢測(cè)信號(hào)中樁底反射波的傳播時(shí)間差基樁的入巖信號(hào)可能會(huì)比樁底反射信號(hào)提前到達(dá)，利用上式求得的基樁長(zhǎng)度實(shí)際為樁頂至巖面的深度，所以可利用其關(guān)系判斷基樁的有效入巖深度H = hman+a-L'式中h_為最深的檢測(cè)深度a為最深的檢測(cè)深度至樁底的距離Li為樁頂至巖面的深度試驗(yàn)表明由于聲測(cè)管管壁薄、剛度小并與樁身混凝土粘結(jié)，能與樁身混凝土構(gòu)成一體并共同振動(dòng)，所以在聲測(cè)管中測(cè)量基樁的縱波波速，不會(huì)受到鋼管材質(zhì)的影響。本發(fā)明的特征在于在相鄰基樁的鄰樁聲測(cè)管或鄰樁抽芯孔中通過(guò)檢波器檢測(cè)敲擊縱波沿基樁樁身向下并從樁側(cè)地質(zhì)土層傳播的信號(hào)，測(cè)量縱波的到達(dá)時(shí)間差，測(cè)量檢波器安放進(jìn)入基樁頂面以下的深度，通過(guò)分析傳播時(shí)間差與檢測(cè)深度的關(guān)系判定基樁的長(zhǎng)度、樁身混凝土質(zhì)量和擴(kuò)孔程度；己知樁身混凝土波速，根據(jù)時(shí)程關(guān)系求算地質(zhì)土層的縱波波速，并判別樁周地質(zhì)土層的狀況和分析基樁入巖情況。在相鄰基樁檢測(cè)被激振的縱波傳播時(shí)間差ti;是由激振樁和樁側(cè)地質(zhì)土層兩部份的時(shí)程組成的:當(dāng)樁基完整時(shí)只反映地質(zhì)土層的變化；當(dāng)?shù)刭|(zhì)土層均質(zhì)時(shí)只反映被檢樁的變化；當(dāng)兩樁距離較近時(shí)更多的是反映了被檢樁的變化；當(dāng)兩樁距離較遠(yuǎn)時(shí)更多的是反映了地質(zhì)土層的變化。用于判別樁基質(zhì)量時(shí)，宜在同一區(qū)域多檢測(cè)幾根樁，提高對(duì)本區(qū)域的地質(zhì)等情況的認(rèn)識(shí)和了解。判定樁長(zhǎng)時(shí)鄰樁的長(zhǎng)度應(yīng)大于或等于被檢基樁的長(zhǎng)度，可通過(guò)t1-hi曲線拐點(diǎn)法判定樁底位置來(lái)校驗(yàn)樁長(zhǎng)；也可利用已知的S、hp Ci, Vi與\的關(guān)系校驗(yàn)樁長(zhǎng)h = (tj-S/Vi) =Kci式中S為基樁與鄰樁的距離Vi為本樁樁底地層的波速Ci為本樁樁身混凝土的波速\為對(duì)應(yīng)于樁底處下行波的傳播時(shí)間差在可能出現(xiàn)擴(kuò)孔的樁段，當(dāng)曲線內(nèi)凹，\明顯減少時(shí)，可判為樁身出現(xiàn)擴(kuò)孔，其擴(kuò)孔的增加值L = (vjVWv J / (C1-Vim)式中Ci為樁身混凝土的波速Vim為Iii處地層的正常波速\為擴(kuò)孔處下行波的傳播時(shí)間差為準(zhǔn)確測(cè)定地質(zhì)土層的波速，宜選取兩根完整樁，且兩樁距離較遠(yuǎn)，地質(zhì)土層的縱波波速Vi = S/ (tj-hi/Ci)
式中:Vi為地質(zhì)土層的縱波波速S為基樁與相鄰基樁的距離Ci為基樁的平均縱波波速考慮到縱波走最快捷徑時(shí)，則地質(zhì)土層修正的縱波波速Vii
權(quán)利要求
1.采用單管縱波法進(jìn)行基樁質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)，其特征是被檢對(duì)象為鋼筋混凝土基樁⑴，在基樁⑴樁身上埋設(shè)了聲測(cè)管⑵或抽芯孔(3)，其測(cè)試系統(tǒng)包括力錘(棒)(4)、傳感器(5)、檢波器(6)、單管縱波法信號(hào)處理器(7)和采集儀(8)。力錘(棒)(4)在基樁(I)頂面上敲擊激振產(chǎn)生一個(gè)沿樁身向下傳播的縱波，通過(guò)在基樁(I)的頂面上或在力錘(棒)(4)上安裝的傳感器(5)檢測(cè)敲擊信號(hào)，在聲測(cè)管(2)或抽芯孔(3)中通過(guò)檢波器(6)檢測(cè)敲擊縱波的傳播信號(hào)，測(cè)量檢波器(6)安放進(jìn)入基樁(I)頂面以下的深度，將傳感器(5)和檢波器(6)分別連接到單管縱波法信號(hào)處理器(7)的輸入端，單管縱波法信號(hào)處理器(7)的主要功能是將傳感器(5)檢測(cè)到的敲擊信號(hào)處理成一個(gè)與敲擊激振瞬間同步的單脈沖信號(hào)，并將同步脈沖信號(hào)疊加到檢波器(6)檢測(cè)的信號(hào)中，再將處理后的信號(hào)送到采集儀(8)，由采集儀(8)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存貯和初步分析，測(cè)量縱波的傳播時(shí)間差和計(jì)算基樁的縱波波速，通過(guò)分析縱波波速的大小及傳播時(shí)間差與檢測(cè)深度的關(guān)系判定基樁(I)的長(zhǎng)度、樁身混凝土質(zhì)量。
2.如權(quán)利要求I所述的采用單管縱波法進(jìn)行基樁質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)，其特征在于在相鄰基樁(9)的鄰樁聲測(cè)管(10)或鄰樁抽芯孔(11)中通過(guò)檢波器(6)檢測(cè)敲擊縱波沿基樁(I)樁身向下并從樁側(cè)地質(zhì)土層(12)傳播的信號(hào)，測(cè)量縱波的到達(dá)時(shí)間差，測(cè)量檢波器(6)安放進(jìn)入基樁(I)頂面以下的深度，通過(guò)分析傳播時(shí)間差與檢測(cè)深度的關(guān)系判定基樁(I)的長(zhǎng)度、樁身混凝土質(zhì)量和擴(kuò)孔程度；己知樁身混凝土波速，根據(jù)時(shí)程關(guān)系求算地質(zhì)土層(12)的縱波波速，并判別樁周地質(zhì)土層(12)的狀況和分析基樁入巖情況。
3.如權(quán)利要求I所述的采用單管縱波法進(jìn)行基樁質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)，其特征在于在地質(zhì)鉆孔(15)中通過(guò)檢波器(6)檢測(cè)敲擊縱波沿基樁(I)樁身向下并從樁側(cè)地質(zhì)土層(12)傳播的信號(hào)，測(cè)量縱波的到達(dá)時(shí)間差，測(cè)量檢波器(6)安放進(jìn)入基樁⑴頂面以下的深度，根據(jù)時(shí)程的物理關(guān)系求算地質(zhì)土層(12)的縱波波速，并判定樁周地質(zhì)土層(12)的狀況，分析基樁入巖情況。
4.如權(quán)利要求I至權(quán)利要求3所述的采用單管縱波法進(jìn)行基樁質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)，其特征在于一種單管縱波法信號(hào)處理器由電壓放大器I (7-1)、電壓放大器II (7-2)、電壓比較電路(7-3)、單穩(wěn)觸發(fā)器電路(7-4)、電壓加法電路(7-5)和電源電路(7-6)組成，電壓放大器1(7-1)的輸出端連接到電壓比較電路(7-3)的輸入端，電壓比較電路(7-3)的輸出端連接到單穩(wěn)觸發(fā)器電路(7-4)的觸發(fā)端，單穩(wěn)觸發(fā)器電路(7-4)和電壓放大器11(7-2)的輸出端分別連接到電壓加法電路(7-5)的兩個(gè)輸入端，由電壓加法電路(7-5)合成一個(gè)疊加了敲擊激振同步脈沖信號(hào)的彈性縱波的電壓信號(hào)。
5.如權(quán)利要求4所述的采用單管縱波法進(jìn)行基樁質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)，其特征在于一種單管縱波法信號(hào)處理器的主要功能是將傳感器(5)檢測(cè)到的信號(hào)處理成一個(gè)與敲擊激振瞬間同步的單脈沖信號(hào)，將同步脈沖信號(hào)連接到采集儀(8)的外觸發(fā)輸入接口，控制采集儀(8)同步采集檢波器(6)的信號(hào)。
6.如權(quán)利要求4所述的采用單管縱波法進(jìn)行基樁質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)，其特征在于一種單管縱波法信號(hào)處理器在電路的最后端增加了無(wú)線發(fā)射模塊(7-7)，在采集儀(8)內(nèi)部或外部安裝了相應(yīng)的無(wú)線接收模塊(13)。
7.如權(quán)利要求4和權(quán)利要求5所述的采用單管縱波法進(jìn)行基樁質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)，其特征在于一種具有單管縱波法檢測(cè)功能的采集儀，是將單管縱波法信號(hào)處理器(7)的電路直接嵌入到既有的采集儀(8)中。
8.如權(quán)利要求I至權(quán)利要求7所述的采用單管縱波法進(jìn)行基樁質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)，其特征在于采集儀(8)包括樁基動(dòng)測(cè)儀、非金屬超聲波檢測(cè)儀、超聲波循測(cè)儀、高應(yīng)變檢測(cè)儀、工程動(dòng)測(cè)儀和地震儀。
9.如權(quán)利要求I所述的采用單管縱波法進(jìn)行基樁質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)，其特征在于檢波器(6)包括寬頻超聲波換能器、水聽(tīng)器、三分量檢波器。
10.如權(quán)利要求I所述的采用單管縱波法進(jìn)行基樁質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)，其特征在于在聲測(cè)管(2)或抽芯孔(3)中同時(shí)安裝了檢波器(6)和檢波器II (14)，檢測(cè)過(guò)程兩個(gè)檢波器的距離恒定，通過(guò)測(cè)量同一激振波的時(shí)差，測(cè)量?jī)蓹z波器間對(duì)應(yīng)樁段的混凝土波速。
全文摘要
本發(fā)明涉及基樁施工質(zhì)量檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)技術(shù)，關(guān)系到基樁實(shí)際使用效果的綜合測(cè)試，其特征在于在基樁頂面上敲擊產(chǎn)生沿樁身向下傳播的縱波，通過(guò)在聲測(cè)管中檢測(cè)縱波的到達(dá)時(shí)間差，準(zhǔn)確測(cè)定基樁的縱波波速和樁長(zhǎng)，判定樁身混凝土質(zhì)量；在鄰樁的管道或地質(zhì)鉆孔中實(shí)測(cè)縱波沿被敲擊樁身向下并從樁側(cè)土傳播的到達(dá)時(shí)間差，測(cè)定基樁長(zhǎng)度、樁身質(zhì)量及擴(kuò)孔程度；并能測(cè)量地質(zhì)土層的波速、判斷樁周地質(zhì)土層的狀況，分析基樁入巖情況。本發(fā)明可在既有的低應(yīng)變、超聲波等檢測(cè)設(shè)備基礎(chǔ)上，外配或嵌入信號(hào)處理器，實(shí)現(xiàn)一種新的基樁質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)和地質(zhì)探測(cè)的技術(shù)，也是經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)成的樁基無(wú)損檢測(cè)輔助驗(yàn)證方法，能顯著提高樁基質(zhì)量判定的準(zhǔn)確性和服務(wù)水平。
文檔編號(hào)E02D33/00GK103255785SQ201210033799
公開(kāi)日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2012年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月15日
發(fā)明者陳彥平, 馬曄, 楊宇, 張勁池, 陳準(zhǔn) 申請(qǐng)人:陳彥平