專利名稱：采用彈性波透射方式檢測混凝土樁樁身完整性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于建筑樁基領(lǐng)域，尤其是一種采用彈性波透射方式檢測 混凝土樁樁身完整性的方法。
背景技術(shù)：
對混凝土樁樁身進行完整性檢測是建筑樁基行業(yè)的必要步驟，也 是保證建筑樁基質(zhì)量的有效手段。目前，樁身完整性檢測的方法較多， 主要有以下幾種方法l.低應(yīng)變反射波法該方法是用棒或者錘敲擊 樁頂產(chǎn)生彈性波，該彈性波沿樁身向下傳播，遇到阻抗界面時會產(chǎn)生 反射波和透射波，反射波向上傳播到達樁頂時，被安裝在樁頂?shù)膫鞲?器接收，根據(jù)接收到的波形信號，來判斷樁身質(zhì)量。2.聲波透射法 該方法是在混凝土樁內(nèi)事先埋設(shè)聲測管(至少2根)，檢測時發(fā)射換 能器位于一根聲測管內(nèi)，接收換能器位于另一根聲測管內(nèi)。發(fā)射換能 器產(chǎn)生脈沖超聲波，在樁體內(nèi)傳播，接收換能器接收從樁體傳來的超 聲波，根據(jù)接收信號的走時、波幅、頻率、和波形特征，來評價樁身 質(zhì)量。該方法發(fā)射和接收換能器通常位于同一高度，同時向上(下) 移動，也可以位于不同高度，但受換能器指向性和超聲波在樁體內(nèi)衰 減的影響，兩換能器的高差不會超過10米(一般在2米以內(nèi))。3. 高應(yīng)變動力測樁法該方法和低應(yīng)變反射波法原理相同，不同之處在 于該方法的激發(fā)設(shè)備為數(shù)千牛至數(shù)百千牛的重錘；能估算反射界面的 反射系數(shù)，進而計算樁的完整性系數(shù)e值。4.鉆芯法該方法是在樁 頂向下沿樁身鉆孔，并取出樁體芯樣，來評價樁身質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種采用彈性 波透射方式檢測混凝土樁樁身完整性的方法，通過該方法可以檢測長
度超過50米的混凝土灌注樁的樁身質(zhì)量。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
一種采用彈性波透射方式檢測混凝土樁樁身完整性的方法，檢測 方法的步驟是20mm 150mm的管子，以能通達電火花震源的電極為標(biāo)準(zhǔn)；
(2) .儀器準(zhǔn)備將埋在樁體內(nèi)的管子灌滿水，將電火花震源電極 下到管內(nèi)樁底位置，在樁頂安裝檢波器，將檢波器連在彈性波檢測儀 器上；
(3) .現(xiàn)場檢測開啟檢測儀器，啟動電火花震源，在樁頂檢測接 收到來自樁底的透射波信號，上提電火花震源，重復(fù)激發(fā)接收，即得 到不同電火花震源深度位置到樁頂?shù)膹椥圆ㄍ干湫盘枺?br> (4) .信號處理首先分段計算樁身混凝土彈性波速；其次，計算 樁身彈性波幅衰減指數(shù)；最后對檢測到的波型進行傅立葉變換，得到 不同深度電火花震源透射到樁頂彈性波的主頻率f;
(5) .樁身完整性判別根據(jù)樁身混凝土波速、彈性波衰減指數(shù)和 透射波的主頻變化特征評價樁身質(zhì)量；以上3個量值明顯減小位置樁 身存在缺陷，可判定缺陷位置；根據(jù)其量化指標(biāo)評價缺陷的程度，根
據(jù)缺陷數(shù)量、程度及位置評價樁身完整性。
而且，所述步驟(2)中電火花震源的步距控制在0.5m 5m;相臨透
射波到達時間和/或波幅變化較大時，減小電火花電極移動步距，并 加密測點。
而且，所述分段計算樁身混凝土彈性波速是通過第一數(shù)學(xué)模型實 現(xiàn)的，第一數(shù)學(xué)模型為V產(chǎn)Ahi/Atj;
其中，Vi——相臨電火花震源位置間混凝土彈性波速(km/s); Ahj——相臨電火花震源位置間距離(m); At; —一相臨電火花震源位置檢測到透射波首波到達時間差 (ms);通過計算，得到彈性波速。
而且，所述樁身彈性波幅衰減指數(shù)計算方式是先按下列第二數(shù)學(xué) 模型的冪函數(shù)回歸計算樁頂接收到透射波幅(A)與震源深度深度(h) 關(guān)系式；
第二數(shù)學(xué)模型為A=a*hb 其中，a——與震源能量有關(guān)的回歸系數(shù)；
b——與彈性波傳播距離有關(guān)的衰減系數(shù)； h——電火花震源位置到樁頂?shù)木嚯x(m); A——樁頂接收到的彈性波幅值(mv)。 回歸可得到系數(shù)a、 b后，按第三數(shù)學(xué)模型計算電火花在各深度(hi) 激發(fā)，樁頂接收到彈性波幅相對衰減指數(shù)(Ii); 第三數(shù)學(xué)模型為IfA"h「b/a對檢測到的波型進行傅立葉變換，得到不同深度電火花震源透射 到樁頂彈性波的主頻率f。
本發(fā)明與現(xiàn)有方法對比，其優(yōu)點和積極效果體現(xiàn)在如下幾方面
1. 本發(fā)明與低應(yīng)變反射波法相比，彈性波的傳播距離減少為原來 的一半，并且避免了反射界面處因透射產(chǎn)生的能量損失，因此接收信 號更強，可檢測長樁(50米以上，可達到80米)；并且可分段檢測， 更加精細(xì)。
2. 本發(fā)明與高應(yīng)變動力測樁法相比，除具有上述優(yōu)點外，還具有 設(shè)備輕巧的特點。
3. 本發(fā)明與聲波透射法相比，只需要有一根管子暢通即可檢測， 減少了聲測管的數(shù)量，可節(jié)約鋼材，并能減輕現(xiàn)有聲波透射法因聲測 管堵塞而無法檢測的問題，克服了現(xiàn)有聲波透射法換能器需進入管內(nèi) 并容易卡住的問題，而本方法的電火花震源的電極是一根同軸電纜， 不會卡在管內(nèi)，即便卡了，損失的也只是一根導(dǎo)線而已。社會和經(jīng)濟 效益顯著。
4. 本發(fā)明與鉆芯法相比，本方法具有設(shè)備輕巧，速度快，無破損， 成本低的優(yōu)點。


圖1為本發(fā)明的安裝結(jié)構(gòu)示意圖2為樁身混凝土彈性波速隨深度的變化曲線(即V,—h曲線)； 圖3為彈性波在樁身傳播的相對衰減指數(shù)隨震源深度的變化曲
線(Ii一h曲線)；
圖4為f隨深度的變化曲線(f一h曲線)。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實施例；需要說明的是，本實施 例是敘述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護范圍。 一種采用彈性波透射方式檢測混凝土樁樁身完整性的方法，該檢
測方法的步驟是
(l).埋管在樁體內(nèi)沿樁長方向事先埋設(shè)一根(也可以根據(jù)需要
埋設(shè)多根)內(nèi)徑為20mm 150mm的管子，以能通達電火花震源的電 極為標(biāo)準(zhǔn)，材質(zhì)可以是鋼材或塑料，壁厚以樁施工過程中不損壞管子 為準(zhǔn)。當(dāng)混凝土樁施工完成，且樁身混凝土強度達到預(yù)期目標(biāo)后，進
、②.儀器準(zhǔn)備將埋在樁體內(nèi)的管子灌滿水，將電火花震源電極下到管內(nèi)樁底位置，在樁頂安裝檢波器，將檢波器連在彈性波檢測儀 器上，這些儀器設(shè)備均為市售產(chǎn)品。
(3) .接收信號開啟檢測儀器，啟動電火花震源，即可得到樁底 到樁頂?shù)膹椥圆ㄍ干湫盘枴Ｉ咸犭娀鸹ㄕ鹪?，重?fù)激發(fā)接收，即可得 到不同電火花震源深度位置到樁頂?shù)膹椥圆ㄍ干湫盘?。上提電火花?br> 源的步距可根據(jù)需要確定， 一般控制在0.5m 5m;相臨透射波到達時
間和(或)波幅變化較大時，宜減小電火花電極移動步距，加密測點， 見圖l。電火花震源在不同深度激發(fā)，在樁頂檢測到的一組彈性波透 射波形信號。
(4) .信號處理首先按下面的第一數(shù)學(xué)模型分段計算樁身混凝土 彈性波速
第一數(shù)學(xué)模型為vrAhj/Ati 其中，Vi——相臨電火花震源位置間混凝土彈性波速(km/s); △ hi——相臨電火花震源位置間距離(m);
Ati —一相臨電火花震源位置檢測到透射波首波到達時間差 (ms)c
通過計算，得到彈性波速。圖2為樁身混凝土彈性波速隨深度的變化 曲線(即V廣h曲線)。
其次，計算樁身彈性波幅衰減指數(shù)
先按下列第二數(shù)學(xué)模型的冪函數(shù)回歸計算樁頂接收到透射波幅 (A)與震源深度深度(h)關(guān)系式。 第二數(shù)學(xué)模型為A=a'hb 其中，a~~與震源能量有關(guān)的回歸系數(shù)；
b——與彈性波傳播距離有關(guān)的衰減系數(shù)； h——電火花震源位置到樁頂?shù)木嚯x(m); . A——樁頂接收到的彈性波幅值(mv)。 回歸可得到系數(shù)a、 b后，按第三數(shù)學(xué)模型計算電火花在各深度(hi) 激發(fā)，樁頂接收到彈性波幅相對衰減指數(shù)(1。
第三數(shù)學(xué)模型為1,二Ai'h「b/a 圖3為彈性波在樁身傳播的相對衰減指數(shù)隨震源深度的變化曲線(Ii 一h曲線)。
對檢測到的波型進行傅立葉變換，得到不同深度電火花震源透射 到樁頂彈性波的主頻率f。圖4為f隨深度的變化曲線(F"h曲線)。
(5) .樁身完整性判別根據(jù)樁身混凝土波速、彈性波衰減指數(shù)和透射波的主頻變化特征評價樁身質(zhì)量。以上3個量值明顯減小位置樁
身存在缺陷，可判定缺陷位置；可進一步根據(jù)其量化指標(biāo)評價缺陷的
程度。根據(jù)缺陷數(shù)量、程度及位置評價樁身完整性。
本發(fā)明的經(jīng)濟效果明顯，主要體現(xiàn)在目前高速鐵路、客運專用 鐵路在大規(guī)模建設(shè)，為了適應(yīng)高速需求，線路大部分為橋梁，橋梁基
樁長度大部分在40米以上。而現(xiàn)有技術(shù)長度超過40長的樁，要用聲 波透射法檢測，每根樁上要埋3 4根聲測管，工程費用可觀。京滬高 速鐵路粗略估算這筆費用達到50億元人民幣以上，并且容易堵管， 耽誤工期。如果采用本技術(shù)，聲測管能減少1/3~1/2，經(jīng)濟效果在15 億 25億元人民幣。
環(huán)境效果減少聲測管，有利于節(jié)約鋼材，資源節(jié)約，節(jié)約能源， 有一定的環(huán)境效果。
8
權(quán)利要求
1. 一種采用彈性波透射方式檢測混凝土樁樁身完整性的方法，其特征在于檢測方法的步驟是(1). 埋管在樁體內(nèi)沿樁長方向事先埋設(shè)至少一根內(nèi)徑為20mm～150mm的管子，以能通達電火花震源的電極為標(biāo)準(zhǔn)；(2). 儀器準(zhǔn)備將埋在樁體內(nèi)的管子灌滿水，將電火花震源電極下到管內(nèi)樁底位置，在樁頂安裝檢波器，將檢波器連在彈性波檢測儀器上；(3). 現(xiàn)場檢測開啟檢測儀器，啟動電火花震源，在樁頂檢測接收到來自樁底的透射波信號，上提電火花震源，重復(fù)激發(fā)接收，即得到不同電火花震源深度位置到樁頂?shù)膹椥圆ㄍ干湫盘枺?4). 信號處理首先分段計算樁身混凝土彈性波速；其次，計算樁身彈性波幅衰減指數(shù)；最后對檢測到的波型進行傅立葉變換，得到不同深度電火花震源透射到樁頂彈性波的主頻率f；(5). 樁身完整性判別根據(jù)樁身混凝土波速、彈性波衰減指數(shù)和透射波的主頻變化特征評價樁身質(zhì)量；以上3個量值明顯減小位置樁身存在缺陷，可判定缺陷位置；根據(jù)其量化指標(biāo)評價缺陷的程度，根據(jù)缺陷數(shù)量、程度及位置評價樁身完整性。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用彈性波透射方式檢測混凝土樁樁身完整性的方法，其特征在于所述步驟(2)中電火花震源的步距控制在0.5m 5m;相臨透射波到達時間和/或波幅變化較大時，減小電火花電極移動步距，并加密測點。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用彈性波透射方式檢測混凝土樁樁身完整性的方法，其特征在于所述分段計算樁身混凝土彈性波速是通過第一數(shù)學(xué)模型實現(xiàn)的，第一數(shù)學(xué)模型為V產(chǎn)Ahi/At,;其中，Vi——相臨電火花震源位置間混凝土彈性波速(km/s);Ahi——相臨電火花震源位置間距離(m);Ati ——相臨電火花震源位置檢測到透射波首波到達時間差(ms);通過計算，得到彈性波速。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用彈性波透射方式檢測混凝土樁樁身完整性的方法，其特征在于所述樁身彈性波幅衰減指數(shù)計算方式是先按下列第二數(shù)學(xué)模型的冪函數(shù)回歸計算樁頂接收到透射波幅(A)與震源深度深度(h)關(guān)系式；第二數(shù)學(xué)模型為A=a'hb其中，a——與震源能量有關(guān)的回歸系數(shù)；b——與彈性波傳播距離有關(guān)的衰減系數(shù)；h——電火花震源位置到樁頂?shù)木嚯x(m);A——樁頂接收到的彈性波幅值(mv)?；貧w可得到系數(shù)a、 b后，按第三數(shù)學(xué)模型計算電火花在各深度(hi)激發(fā)，樁頂接收到彈性波幅相對衰減指數(shù)(Ii);第三數(shù)學(xué)模型為I尸A,h「b/a對檢測到的波型進行傅立葉變換，得到不同深度電火花震源透射到樁頂彈性波的主頻率f。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用彈性波透射方式檢測混凝土樁樁身完整性的方法，其步驟是(1)埋管在樁體內(nèi)沿樁長方向事先埋設(shè)至少一根內(nèi)徑為20mm-150mm的管子；(2)儀器準(zhǔn)備；(3)接收信號在樁底用電火花激發(fā)，在樁頂接收透射信號；(4)信號處理；(5)樁身完整性判別根據(jù)樁身混凝土波速、彈性波衰減指數(shù)和透射波的主頻變化特征判定樁身完整性，評價樁身質(zhì)量。本發(fā)明只需要一根管子暢通即可檢測，減少了聲測管的數(shù)量，可節(jié)約鋼材，并能減輕現(xiàn)有聲波透射法因聲測管堵塞而無法檢測的問題，克服了現(xiàn)有聲波透射法換能器需進入管內(nèi)并容易卡住的問題，社會和經(jīng)濟效益顯著。
文檔編號G01N29/34GK101477084SQ20081015431
公開日2009年7月8日 申請日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者楊懷玉 申請人:鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司