一种基于柱坐标系的电磁灌注桩、预制桩检测方法

本发明涉及混凝土桩检测技术领域，尤其涉及一种基于柱坐标系的电磁灌注桩、预制桩检测方法。

背景技术：

桩基础作为工程建设的一种重要基础形式，被广泛地运用在房屋建筑以及路桥建设中。其通常在地下或水下，具有工序繁杂、技术要求高、施工难度大等特点，很容易出现质量问题。因此，要对基桩性能作出准确判断，必须提高工程桩检测的技术。

施工中，由于地质条件、施工条件及施工人员的技术水平等原因，易发生缩颈、断桩、桩身局部夹泥、桩身砼离析，桩顶砼疏松等质量问题。因此，研究如何更有效地检测桩基质量具有重大意义。常见的检测方法有钻孔取芯法、声波透射法、低应变反射波法、高应变法、静荷载试验以及自平衡法；

现有的检测方法存在检测盲区，且无法定量判断缺陷大小，而使用预埋声测管其费用高，采用桩头瞬态激振受现场外界干扰大，桩身后段缺陷的反射信号不易检测，采用预埋光纤的方法由于光纤没有力学性能，无法保证其位置，因此，本发明提出一种基于柱坐标系的电磁灌注桩、预制桩检测方法以解决现有技术中存在的问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提出一种基于柱坐标系的电磁灌注桩、预制桩检测方法，该基于柱坐标系的电磁灌注桩、预制桩检测方法利用电磁波传播过程发生能量减少、绕射、折射和反射等规律现象作为理论检测桩基，可大大提高检测精度和检测效率，通过基于柱坐标系求解麦克斯韦方程组的数学工具进行分析和计算，使得对桩基的评价逼近实际，操作简单，检测结果可靠性高，易于推广。

为实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种基于柱坐标系的电磁灌注桩、预制桩检测方法，包括以下步骤：

步骤一、桩体成型时在圆柱桩体中心部位设置一根纵向钢筋，将其做为发射端内导体，然后将桩体的钢筋笼做为接收端外导体，发射端内导体与接收端外导体之间填充混凝土，由于混凝土具有电磁特性，将其做为电磁波传播导体媒介；

步骤二、将发射端内导体连接线电源，将钢筋笼外围与发射端内导体的纵向钢筋平行的纵筋作为接收良导体，将钢筋笼横向箍筋作为外围良导体，并在桩体外围安置接收器；

步骤三、开启线电源，利用发射端内导体发射电信号，电信号激发磁信号在电磁传播导体媒介中传播，到达外围接收端外导体由接收器接受信号；

步骤四、根据设定好的参数，对柱坐标系下麦克斯韦方程组求解，即得到电磁波在桩体内的分布规律；

步骤五、利用接收到的电磁信号进行成像，利用有限差分计算方法进行模拟研究，使用反演方法和电磁波特性实现判定桩体内部混凝土的完整性。

进一步改进在于：所述步骤二中的线电源和接收器电性连接有控制服务器、微处理器、检波器、信号解析器和开关电路，所述步骤二中线电源连接纵向钢筋的发射端内导体可使其发射出线性源电磁波。

进一步改进在于：所述步骤三中发射端内导体发射的线性源电磁波由接收端外导体传导至接收器接，每一个接收器接收不同高度的线性源电磁波的信号。

进一步改进在于：所述步骤四中由于桩体为圆柱体，线性源电磁波信号在柱体内部的传播遵循柱坐标系下麦克斯韦方程原理，得到柱坐标系下麦克斯韦方程组。

进一步改进在于：所述步骤四中的参数有混凝土材料介电常数、钢筋介电常数和桩体直径。

进一步改进在于：所述步骤五中利用电磁信号成像是通过电磁参数成像的原理进行反演成像，所述步骤五中的反演方法为最小二乘法，利用最小二乘法对电阻率和波形进反演成像。

进一步改进在于：所述步骤五中的电磁波特性指电磁波在媒介中传播有很强的电磁能量衰减，会在媒介波阻抗的分界面上产生反射的特性，从而分辨出阻抗发生变化的媒介分布。

本发明的有益效果为：本发明利用电磁波传播过程发生能量减少、绕射、折射和反射等规律现象作为理论检测桩基，可大大提高检测精度和检测效率，通过基于柱坐标系求解麦克斯韦方程组的数学工具进行分析和计算，使得对桩基的评价逼近实际，操作简单，检测结果可靠性高，易于推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明操作流程图。

图2为本发明检测结构布置俯视图。

图3为本发明检测结构布置俯视主图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

根据图1、2、3所示，本实施例提供了一种基于柱坐标系的电磁灌注桩、预制桩检测方法，包括以下步骤：

步骤一、桩体成型时在圆柱桩体中心部位设置一根纵向钢筋，将其做为发射端内导体，然后将桩体的钢筋笼做为接收端外导体，发射端内导体与接收端外导体之间填充混凝土，由于混凝土具有电磁特性，将其做为电磁波传播导体媒介；

步骤二、将发射端内导体连接线电源，将钢筋笼外围与发射端内导体的纵向钢筋平行的纵筋作为接收良导体，将钢筋笼横向箍筋作为外围良导体，并在桩体外围安置接收器；

步骤三、开启线电源，利用发射端内导体发射电信号，电信号激发磁信号在电磁传播导体媒介中传播，到达外围接收端外导体由接收器接受信号；

步骤四、根据设定好的参数，对柱坐标系下麦克斯韦方程组求解，即得到电磁波在桩体内的分布规律；

步骤五、利用接收到的电磁信号进行成像，利用有限差分计算方法进行模拟研究，使用反演方法和电磁波特性实现判定桩体内部混凝土的完整性。

所述步骤二中的线电源和接收器电性连接有控制服务器、微处理器、检波器、信号解析器和开关电路，所述步骤二中线电源连接纵向钢筋的发射端内导体可使其发射出线性源电磁波。

所述步骤三中发射端内导体发射的线性源电磁波由接收端外导体传导至接收器接，每一个接收器接收不同高度的线性源电磁波的信号。

所述步骤四中由于桩体为圆柱体，线性源电磁波信号在柱体内部的传播遵循柱坐标系下麦克斯韦方程原理，得到柱坐标系下麦克斯韦方程组。

所述步骤四中的参数有混凝土材料介电常数、钢筋介电常数和桩体直径。

所述步骤五中利用电磁信号成像是通过电磁参数成像的原理进行反演成像，所述步骤五中的反演方法为最小二乘法，利用最小二乘法对电阻率和波形进反演成像。

所述步骤五中的电磁波特性指电磁波在媒介中传播有很强的电磁能量衰减，会在媒介波阻抗的分界面上产生反射的特性，从而分辨出阻抗发生变化的媒介分布。

检测时，通过桩体中心钢筋进行供电，发射线性源电磁波，电磁波通过混凝土在阻抗分界面发生衰减、反射、折射、绕射(如果桩体完整，没有裂隙、空洞等电磁波不发生上述变化)，将桩体周围钢筋笼当做接收导体，在桩体外围不同的位置设置接收器和检波器接收传播的电磁信号，根据电磁信号的能量及波形进行反演计算，实现电磁波成图，以评价桩体的质量。

该基于柱坐标系的电磁灌注桩、预制桩检测方法利用电磁波传播过程发生能量减少、绕射、折射和反射等规律现象作为理论检测桩基，可大大提高检测精度和检测效率，通过基于柱坐标系求解麦克斯韦方程组的数学工具进行分析和计算，使得对桩基的评价逼近实际，操作简单，检测结果可靠性高，易于推广。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。