专利名称：一种大直径管桩低应变质量检测方法
技术领域：
本发明属于土木建筑工程技术领域，特别涉及一种大直径管桩低应变质量检测方法。
背景技术：
目前，桩基检测常用的方法有静载荷试验法和动力检测方法。静载荷试验法需要大量的堆载，实施起来不是很方便，只能试验少数的桩，不能对整个工程的桩进行全面的评价。动力检测方法以其简单易行，得到了越来越广泛的应用。桩基低应变动力检测方法很多，其中应力波反射法也简称反射波法，其理论基础是一维波动方程。将桩看作一维的线弹性杆件，在桩顶施加一垂直激振，弹性波向下传播。如果桩身中存在明显波阻抗有差异的截面(如桩底、断桩、严重离析、缩颈、扩颈等)，向下传 播的应力波将会被反射回桩顶。在桩顶通过传感器可接收到这些反射波的信号，这些信号包含着桩身各截面的丰富的信息，然后经放大、滤波和资料处理即可识别来自桩身不同部位的反射信息，据此可计算桩身波速、判断完整性和混凝土质量，还可以根据已知的波速计算桩长。应力波反射法是目前工程中应用最为广泛的桩身完整性检测方法。由于传统的应力波反射法的理论基础是基于平截面假定的一维波动理论，将桩简化为一维杆件，只考虑应力波沿桩轴向的传播，因此只适应于小直径桩，不适应于大直径桩。特别是大直径管桩，在采用应力波反射法检测时，桩顶某一点受到激振锤的敲击作用，受到集中荷载作用，应力波不仅沿纵向传播，同时也沿着管壁环向传播，应力波传播是一个三维问题，且桩顶高频波干扰严重，使得桩身缺陷难以判断。因此传统的基于一维波动理论的动力检测方法存在较大误差。过去对管桩进行低应变检测时，只采用一个传感器，将激振点布置在与传感器圆心角夹角为90°的位置，这种方法虽然能在一定程度上减小高频干扰波峰值，但是无法完全消除高频波干扰。
发明内容
本发明的目的就在于克服传统低应变检测方法的缺陷，发明一种能消除三维效应和高频波干扰的大直径管桩低应变质量检测方法。—种大直径管桩低应变质量检测方法，其特征在于包括以下技术步骤
(I)在管桩桩顶均匀布置四个加速度传感器，各相邻加速度传感器对应的圆心角夹角为 90。。(2)将各个加速度传感器连接到多通道的低应变动测仪。(3)在距离一个加速度传感器圆心角夹角为45°、距离另一个加速度传感器圆心角夹角为135°的位置施加激振力，激振点受到激振力后产生应力波，应力波沿着桩壁环向以顺时针和逆时针两个方向对称传播。(4)应力波先后到达各传感器位置并产生加速度响应，各传感器测量得到加速度响应数据输送给低应变动测仪。(5)低应变动测仪的软件对加速度时程曲线进行积分，得到速度时域响应曲线。(6)将传感器测量得到的所有速度响应相加求平均值，得到第一条平均速度响应曲线。(7)接着分别在距离第一个激振点圆心角夹角为90°、180°、270°的位置进行激振，重复步骤(3) (6)，分别得到这三个激振点施加激振力后各传感器测点的平均速度响应曲线。(8)对得到的四条平均速度响应曲线进行分析，若入射波和反射波之间的曲线平滑，无缺陷反射峰，则判断桩身为完整，低应变检测结束；若入射波和反射波之间的曲线不平滑，有缺陷反射峰，则判断桩身可能存在缺陷，进入到下一步。(9)将传感器与激振点位置互换，重复步骤(2) (8)，得到四条平均速度响应曲 线，加上前面得到的四条平均速度响应曲线，共有八条平均速度响应曲线，将这些曲线输入低应变动力检测软件进行综合判断，得到桩身缺陷类型和位置。本发明的优点和效果在于采用多个传感器多点测量，可以得到应力波沿桩壁环向的传播规律，消除三维效应的影响；相邻两个传感器的圆心角夹角为90°，且在距离传感器45°或135°的点激振，这样相邻两个传感器接收到的速度响应曲线的高频波相位差正好为180°，且高频干扰峰大小相等，叠加取平均后可以完全消除高频干扰波问题，比传统的在距离传感器90°的点激振进行单点测量更加优越。本发明操作简单、实施方便、测量费用低、测量精度高，是一种大直径管桩质量检测的高效方法。本发明的优点和效果还将在具体实施方式
中进一步描述。
图I——本发明传感器和激振点示意图。图2—本发明相邻两个传感器测量得到的速度响应示意图。图3——本发明速度响应平均值与传统测量方法的速度响应曲线比较图。图4——传统测量方法示意图。图中1为入射波；2为反射波；3为高频干扰波。
具体实施例方式一种大直径管桩低应变质量检测方法，包括以下技术步骤
(I)如图I所示，在管桩桩顶均匀布置4个加速度传感器。各相邻加速度传感器对应的圆心角夹角为90°。(2)将各个加速度传感器连接到多通道的低应变动测仪。(3)在距离一个加速度传感器圆心角夹角为45°、距离另一个加速度传感器圆心角夹角为135°的位置施加激振力，如图I的激振点I的位置，激振点I受到激振力后产生应力波，应力波沿着桩壁环向以顺时针和逆时针两个方向对称传播。(4)应力波首先到达传感器I和传感器4的位置，然后到达传感器2和传感器3的位置，应力波分别在各传感器位置产生加速度响应，各传感器测量得到加速度响应数据输送给低应变动测仪。
(5)低应变动测仪的软件对加速度时程曲线进行积分，得到速度时域响应曲线(如图2所示)。图2中，由于应力比首先到达传感器1，因此传感器I的入射波(I)到达时间比传感器2要早，而两者桩底反射波(2)到达时间的差别不大。由于大直径管桩低应变检测中的高频干扰特性，在入射波(I)和反射波(2)之间还有很多高频干扰波(3)，且传感器I和传感器2的高频干扰波(3)正好相差180°的相位，即传感器I的高频干扰波(3)波峰对应传感器2的高频干扰波(3)的波谷。由于对称性，理论上传感器3和传感器4测得的速度响应曲线也有相同的规律。(6)将测量得到的传感器I、传感器2、传感器3、传感器4的速度响应相加求平均值，得到平均速度响应曲线。由于本发明传感器I和传感器2的圆心角夹角为90°，使得两者高频干扰波(3)正好相差180°的相位，且对应同一个时刻，两者正好大小基本相同，正负号相反，因此叠加后的高频干扰波(3)正好抵消，可得到光滑的速度响应曲线(如图3所示)。图3中本发明方法得到的平均速度响应曲线在入射波(I)和反射波(2)之间的曲线非常光滑，没有高频波的干扰，而传统的单点测量方法得到的速度响应曲线，即使将传感器安 装在距离激振点90°的位置(如图4所示，理论研究表明该位置高频干扰最小)，高频干扰峰(3)依然很明显，会影响桩身完整性判断，容易误判为缺陷。从图3还可以看出，本发明得到的速度响应曲线与传统测量方法得到的速度响应曲线的入射波(I)和反射波(2)的到达时间相同，且本发明的入射波(I)和反射波(2)峰值更明显，更有利于进行桩身完整性分析和判断。(7)接着分别在激振点2、激振点3和激振点4施加激振力，重复步骤(3) (6)，分别得到激振点2、激振点3和激振点4施加激振力后各传感器测点的平均速度响应曲线。(8)对得到的四条平均速度响应曲线进行分析，若入射波(I)和反射波(2)之间的曲线平滑，无缺陷反射峰，则判断桩身为完整，低应变检测结束；若入射波(I)和反射波(2)之间的曲线不平滑，有缺陷反射峰，则判断桩身可能存在缺陷，进入到下一步。(9)将传感器与激振点位置互换，采用上述相同的方法再进行一次测量得到四条平均速度响应曲线，加上前面得到的四条平均速度响应曲线，共有八条平均速度响应曲线，将这些曲线输入低应变动力检测软件进行综合判断，得到桩身缺陷类型和位置。
权利要求
1.一种大直径管桩低应变质量检测方法，其特征在于包括以下技术步骤 (1)在管桩桩顶均匀布置四个加速度传感器，各相邻加速度传感器对应的圆心角夹角为 90。； (2)将各个加速度传感器连接到多通道的低应变动测仪； (3)在距离一个加速度传感器圆心角夹角为45°、距离另一个加速度传感器圆心角夹角为135°的位置施加激振力，激振点受到激振力后产生应力波，应力波沿着桩壁环向以顺时针和逆时针两个方向对称传播； (4)应力波先后到达各传感器位置并产生加速度响应，各传感器测量得到加速度响应数据输送给低应变动测仪； (5)低应变动测仪的软件对加速度时程曲线进行积分，得到速度时域响应曲线； (6)将传感器测量得到的所有速度响应相加求平均值，得到第一条平均速度响应曲线. (7)接着分别在距离第一个激振点圆心角夹角为90°、180°、270°的位置进行激振，重复步骤(3广(6)，分别得到这三个激振点施加激振力后各传感器测点的平均速度响应曲线. (8)对得到的四条平均速度响应曲线进行分析，若入射波和反射波之间的曲线平滑，无缺陷反射峰，则判断桩身为完整，低应变检测结束；若入射波和反射波之间的曲线不平滑，有缺陷反射峰，则判断桩身可能存在缺陷，进入到下一步； (9)将传感器与激振点位置互换，重复步骤(2) (8)，得到四条平均速度响应曲线，力口上前面得到的四条平均速度响应曲线，共有八条平均速度响应曲线，将这些曲线输入低应变动力检测软件进行综合判断，得到桩身缺陷类型和位置。
全文摘要
本发明公开了一种大直径管桩低应变质量检测方法。在管桩桩顶布置多个加速度传感器，相邻两个加速度传感器对应的圆心角夹角为90°；激振点与所有加速度传感器的圆心角夹角为45°或135°；加速度传感器测量得到加速度响应，将加速度响应积分得到速度响应；将所有测点测量得到的速度响应叠加取平均值，得到平均速度响应曲线；根据得到的平均速度响应曲线判断桩身完整性。本发明采用多个传感器多点测量，可以得到应力波沿桩壁环向的传播规律，消除了三维效应的影响；采用平均速度响应曲线可以完全消除高频干扰波问题，比传统的在距离传感器90°的点激振更加优越。本发明操作简单、实施方便、测量费用低、测量精度高，是一种大直径管桩质量检测的高效方法。
文档编号E02D33/00GK102877490SQ20121034503
公开日2013年1月16日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者丁选明, 刘汉龙, 谭慧明, 黄旭 申请人:河海大学, 南京河海科技有限公司