一种针对既有基桩完整性的检测装置及其检测方法与流程

1.本发明涉及基桩检测技术领域，尤其涉及一种针对既有基桩完整性的检测装置及其检测方法。


背景技术：

2.桩基础在工程建设领域使用广泛，随着时间的日渐推移，既有基桩往往受到各种人为因素或自然环境损坏，如地震震损、车辆撞击、环境锈蚀、人为破坏等，以致既有基桩或多或少造成不可逆转的损伤。为保证既有基桩能够满足后续使用要求，对既有基桩进行完整性检测非常必要。对于既有基桩，因受到上部结构影响，声波透射法和钻芯法近乎不适用，而低应变法的传感器可安装在桩侧进行数据采集，是目前既有基桩完整性检测的较优选择。
3.低应变法以一维杆件波动理论为分析模型，根据桩身一维应力波的信号特征识别桩身完整性，此时要求应力波的传播尽可能符合平截面假定。然而，由于既有基桩的桩顶已与上部结构连成一体，因而桩顶通常没有足够空间以竖向敲击的方式形成一维应力波，只能采取侧向敲击方式产生桩身应力波。然而，桩身侧向敲击难以形成有效的一维纵向应力波信号，严重影响桩身完整性评价。同时，既有基桩的桩顶与上部结构的连接处会产生下行反射波，可能是下行压缩波也可能是下行拉伸波，取决于桩头与上部结构的连接条件。这会导致信号分析时存在较大误差，缺陷信号难以识别，对既有基桩完整性评估形成错判误判。由此可见，减少或消除上述干扰信号的产生是真实识别既有桩身完整性的重要途径。传统低应变法检测时通常采用小锤或力棒形成桩身应力波，然而由于上部结构的存在，既有建筑多数情况下桩顶面没有激振位置，需要侧向敲击，此时形成的桩身应力波含大量干扰的横向弯曲波，严重干扰桩身完整性的判定，必须予以消除。因此，有必要设计一种针对既有结构基桩完整性的检测装置及检测方法来解决上述检测技术难题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的技术问题，本发明提供一种针对既有基桩完整性的检测装置及其检测方法。
5.本发明包括一种针对既有基桩完整性的检测系统，检测系统包括振动辅助装置、电火花振源装置、电火花点火装置、低应变动测仪以及第一传感器、第二传感器，其中，
6.振动辅助装置包括至少两个基桩夹持组件，基桩夹持组件包括桩身抱箍环、位于桩身抱箍环内侧的径向夹持板，以及连接桩身抱箍环与径向夹持板的连接螺杆；
7.电火花振源装置的数量与径向夹持板的数量相同，且每个径向夹持板上安装一个电火花振源装置；
8.电火花点火装置与电火花振源装置电连接；
9.低应变动测仪与电火花点火装置、第一传感器、第二传感器电连接。
10.进一步的，基桩夹持组件还包括固定在径向夹持板内侧面的径向夹持弹性垫。
11.进一步的，基桩夹持组件还包括安装在桩身抱箍环和径向夹持板之间的弹性连接件。
12.进一步的，桩身抱箍环两端设有连接部，多个桩身抱箍环通过连接部连接成圆环并套设在基桩桩体的外周。
13.进一步的，径向夹持板内侧面为内凹圆弧形，径向夹持弹性垫的内侧面为内凹圆弧形。
14.进一步的，振动辅助装置包括四个基桩夹持组件，基桩夹持组件包括两个弹性连接件，两个弹性连接件分别安装在连接螺杆的左右两侧。
15.进一步的，径向夹持板为钢板，径向夹持弹性垫为橡胶垫。
16.进一步的，弹性连接件为弹簧。
17.进一步的，电火花振源装置通过锚固螺丝固定安装在径向夹持板的顶部。
18.本发明还提供一种针对既有基桩完整性的检测方法，为以上检测系统通过以下步骤实现：
19.(1)将多个基桩夹持组件环绕基桩桩身布置，并通过连接部将多个桩身抱箍环连接成圆环并套设在基桩桩体的外周；
20.(2)转动每个基桩夹持组件的连接螺杆，使得每个径向夹持板逐渐向基桩桩心靠近，直至所有径向夹持弹性垫与基桩桩身紧密贴合；
21.(3)在每个径向夹持板的顶部固定安装一个电火花振源装置；
22.(4)将电火花振源装置与电火花点火装置电连接，将电火花点火装置与低应变动测仪电连接；
23.(5)在其中一个径向夹持弹性垫正下方的基桩桩身上安装第一传感器和第二传感器，且第一传感器安装在对应径向夹持弹性垫底部正下方不少于0.1米的位置处，第二传感器安装在第一传感器的正下方不少于1倍基桩桩径位置处，且第二传感器距离第一传感器不少于1米；
24.(6)将第一传感器和第二传感器与低应变动测仪电连接；
25.(7)将低应变动测仪开机，检测所有部件的电连接是否正常，并将既有基桩的尺寸数据以及第一传感器、第二传感器的安装点距离数据输入低应变动测仪；
26.(8)低应变动测仪向电火花点火装置发送点火信号，以及接收并保存第一传感器和第二传感器采集的桩身反射信号；
27.(9)重复步骤(8)，并对桩身反射信号进行滤波和上下行波分离，然后基于上行波信号进行既有基桩完整性评估。
28.本发明的针对既有基桩完整性的检测系统及其检测方法，实现了对既有基桩完整性的检测，其中，振动辅助装置可重复使用，现场拆装方便，能够适用于不同桩径的既有基桩；设置与径向夹持板数量相同的电火花振源装置可同时产生竖向击振力，能够形成近似一维的纵向振动波，这对准确探测既有基桩完整性至关重要，解决了传统桩侧单边敲击产生弯曲波误判检测结果的弊端；电火花振源装置的安装不会对桩身造成损伤，避免了传统打孔和打磨制作击振敲击点方法的有损作业；并且，电火花振源装置可根据桩长情况选择相应的击振能量等级，满足超长桩的完整性检测需要，克服了传统桩侧单边敲击能量小而不适用超长桩的检测不足。
附图说明
29.为了更清楚的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的介绍，显而易见的，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的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
30.图1为本发明实施例的检测系统中振动辅助装置的俯视图；
31.图2为本发明实施例的检测系统中振动辅助装置的正视图；
32.图3为本发明实施例的检测系统中振动辅助装置的安装示意图(一)；
33.图4为本发明实施例的检测系统中振动辅助装置的安装示意图(二)；
34.图5为本发明实施例的检测系统的结构组成图；
35.图6为本发明实施例的检测方法的步骤流程图；
36.其中，10-振动辅助装置、100-基桩夹持组件、101-桩身抱箍环、1011-连接部、102-径向夹持板、103-连接螺杆、104-径向夹持弹性垫、105-弹性连接件、20-电火花振源装置、30-电火花点火装置、40-低应变动测仪、50-第一传感器、60-第二传感器、70-基桩、80-上部结构。
具体实施方式
37.下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。
38.本发明实施例是一种针对既有基桩完整性的检测系统，如图1-5所示，检测系统包括振动辅助装置10、电火花振源装置20、电火花点火装置30、低应变动测仪40以及第一传感器50、第二传感器60，其中，振动辅助装置10包括至少两个基桩夹持组件100，基桩夹持组件100包括桩身抱箍环101、位于桩身抱箍环101内侧的径向夹持板102，以及连接桩身抱箍环101与径向夹持板102的连接螺杆103；电火花振源装置20的数量与径向夹持板102的数量相同，且每个径向夹持板102上安装一个电火花振源装置20；电火花点火装置30与电火花振源装置20电连接；低应变动测仪40与电火花点火装置30、第一传感器50、第二传感器60电连接。
39.本发明实施例的振动辅助装置10由多个基桩夹持组件100组成，每个基桩夹持组件100的结构相同，其中，桩身抱箍环101可设计为圆弧形，多个桩身抱箍环101可组合成一个闭合的环绕基桩70桩身的圆环。本实施例不具体限定桩身抱箍环101的弧形角度，若弧形角度为180度，则设置两个基桩夹持组件100实现对基桩70桩体的夹持，若弧形角度为120度，则设置三个基桩夹持组件100实现对基桩70桩体的夹持，若弧形角度为90度，则设置四个基桩夹持组件100实现对基桩70桩体的夹持。本实施例也不限定桩身抱箍环101的材质，优选用强度较高的金属。本实施例也不限定桩身抱箍环101的尺寸，需要说明的是，本实施例中的桩身抱箍环101形成的圆环直径要比既有基桩70的直径大，以便应用于不同桩径的既有基桩70的检测。为了实现多个桩身抱箍环101的连接，如图1所示，本实施例中桩身抱箍环101两端设有连接部1011，多个桩身抱箍环101通过连接部1011连接成圆环并套设在基桩
70桩体的外周。相邻两个桩身抱箍环101的连接部1011进行连接时，可在连接部1011上开设的通孔，再通过螺杆和螺母进行锁紧，实现多个桩身抱箍环101两两之间的稳定连接，最终形成环绕基桩70桩周的刚性圆环，该圆环能够承受较大的径向顶推力，从而使振动辅助装置10与基桩70的桩身紧密黏贴形成共同振动结构体。
40.在本实施例中，电火花振源装置20安装在径向夹持板102上，为了向径向夹持板传递振动力，为了达到更优的检测效果，电火花振源装置20通过锚固螺丝固定安装在径向夹持板102的顶部。
41.具体的，如图1所示，本发明实施例中的基桩夹持组件100还包括固定在径向夹持板102内侧面的径向夹持弹性垫104。考虑到基桩70多为圆柱形，为了让径向夹持弹性垫104与基桩70的桩身完全贴合，本实施例中的径向夹持板102的内侧面设计为内凹的圆弧形，径向夹持弹性垫104的内侧面也设计为内凹的圆弧形。本实施例不限定径向夹持板102和径向夹持弹性垫104的具体材质，优选的，径向夹持板102为钢板，径向夹持弹性垫104为橡胶垫。当基桩70较长时，要形成宽脉冲应力波，径向夹持弹性垫104的材质应选用相对软的弹性介质材料，以便能够测到更深长度的基桩完整性信号，当基桩70较短时，径向夹持弹性垫70的材质应选用相对较硬的弹性介质材料，以获得更好的基桩完整性分辨率。
42.如图3和图4所示，本实施例中基桩夹持组件100还包括安装在桩身抱箍环101和径向夹持板102之间的弹性连接件105。当桩身抱箍环101安装完成之后，通过对连接螺杆103的正向转动，使得径向夹持板102和径向夹持弹性垫104向基桩70的中心靠拢，弹性连接件105被逐渐压缩，使得径向夹持弹性垫104能够与基桩70的桩身紧密接触，以便后续将击振力传递到桩身上，相反，连接螺杆103反向转动时，径向夹持板102和径向夹持弹性垫104则背离基桩70的中心向外移动，在弹性连接件105的恢复力作用下使径向夹持弹性垫104与基桩70的桩身脱离，以便振动辅助装置10使用完后拆卸。为了连接螺杆103更易实现转动操作，本发明实施例的连接螺杆103一端与径向夹持板102连接，另外一端穿出桩身抱箍环101一定的距离，对桩身抱箍环101外部的连接螺杆103进行操作，另外，为了操作更加省力，可设置电机与连接螺杆103的外端相固定，通过电机转动带动连接螺杆103进行正向或者反向的转动。以上所说的正向转动和反向转动仅是指代两种相反的方向，既可以将顺时针方向作为正向，也可以将逆时针方向作为正向，具体根据径向夹持板102和桩身抱箍环101与连接螺杆103之间的螺纹设置关系，只需实现振动辅助装置10安装时径向夹持板102和桩身抱箍环101之间的距离增大，而振动辅助装置10拆卸时，径向夹持板102和桩身抱箍环101之间的距离减小即可。本实施例由于连接螺杆8的紧固作用，使得径向夹持弹性垫105与基桩70的桩身夹紧固定在一起，使得电火花振源装置20振动时能在基桩70的桩身上形成稳定一致的纵向应力波，并且拆卸后可重复使用。
43.本发明实施例中的弹性连接件105可采用弹簧实现。优选的，如图1所示，振动辅助装置10包括四个基桩夹持组件100，基桩夹持组件100包括两个弹性连接件105，两个弹性连接件105分别安装在连接螺杆103的左右两侧，使夹持弹性垫104与基桩70的桩身脱离的过程中受力平衡。
44.本实施例中，当振动辅助装置10设置有四个时，相对应的，电火花振源装置20也设置有四个，分别安装在四个径向夹持板102的顶部，再通过锚固螺丝将径向夹持板102和电火花振源装置锚固在一起，形成一个稳定的整体振动结构，竖向振动过程中通过径向夹持
弹性垫104将振动力传递到桩身上，从而形成桩身纵向应力波，用作桩身完整性检测所需要的击振力。理应指出，为了形成一维有效击振源，径向夹持弹性垫104沿桩周应对称均匀分布，且与基桩70桩身的接触长度不宜少于桩身周长的四分之一。另外，径向夹持弹性垫104的宽度宜为基桩70直径的十二分之一至六分之一，以此形成有效的纵向应力波，这既能满足检测精度又能形成有效击振信号。
45.在本发明实施例中，电火花振源装置20可根据需要产生瞬态击振力和稳态击振力，并通过电缆线与电火花点火装置30相连。另外，电火花振源装置20可根据桩长和桩周土层软硬程度，选择相应等级的击振能量，为了能够测到桩底以上桩长范围内的桩身完整性检测信号，桩长越长，选择的相应击振能量越大。电火花点火装置30又通过信号线与低应变动测仪40相连，低应变动测40至少有两个信号通道，分别连接两个传感器，为第一传感器50和第二传感器60，用于采集桩身加速度信号，为既有基桩完整性评价提供检测数据分析依据。低应变动测仪40内设置有电火花点火装置30的点火功能和传感器的数据采集功能，所以，低应变动测仪40是整个检测系统的核心，控制着检测信号的产生、采集和分析。本发明对于既有基桩检测采用两个传感器有两个目的，一是为了能够真实采集桩身实际波速，以便更为真实的评估实际桩长和探测可能存在的桩身缺陷位置，二是为了能够结合上下行波分离法来消除既有基桩70的上部结构80的干扰信号影响，使得结果判别更为准确，避免误判。
46.本发明实施例的检测系统可形成有效纵向应力波，振动辅助装置可重复使用，安装和拆卸都很方便，无需在桩身预先打孔避免破坏桩身完整性。既有基桩检测需要做好事前准备，若部分既有基桩的桩身已裸漏在地面以上，此时可在既有基桩桩身上直接进行检测系统的安装；对于没有露出地面的基桩，则需要在靠近地面附件开挖一小段基桩桩身裸露出来，以便安装检测系统；若是单桩单柱结构，检测系统可安装在既有上部结构的立柱上。
47.本发明还提供一种针对既有基桩完整性的检测方法的实施例，本实施例是基于以上检测系统的实施例实现，如图6所示，检测方法通过以下步骤：
48.(1)将多个基桩夹持组件环绕基桩桩身布置，并通过连接部将多个桩身抱箍环连接成圆环并套设在基桩桩体的外周。
49.如图3所示，将桩身抱箍环101的连接部1011通过螺杆和螺母两两锁紧，形成一个完整固定的圆环结构。
50.(2)转动每个基桩夹持组件的连接螺杆，使得每个径向夹持板逐渐向基桩桩心靠近，直至所有径向夹持弹性垫与基桩桩身紧密贴合。
51.如图3和图4所示，正向扭转连接螺杆103，使径向夹持弹性垫104逐渐向桩中心靠近，直至与基桩70的桩身紧贴在一起，最终所有径向夹持弹性垫104完全夹紧基桩70桩身表面。径向夹持弹性垫104具有一定弹性和刚度，能够确保与基桩70桩身紧密接触，即使桩身凹凸不均也不会存在间隙，确保击振力传递至基桩70的桩身上。
52.(3)在每个径向夹持板的顶部固定安装一个电火花振源装置。
53.通过锚固螺丝将径向夹持板102与电火花振源装置20固定一起形成共同振动体，锚固螺丝具有较强抗拉拔性能，能承受较强的电火花振源装置20激发的振动荷载而不松动脱开，从而确保检测顺利进行。
54.(4)将电火花振源装置与电火花点火装置电连接，将电火花点火装置与低应变动测仪电连接。
55.利用电缆线连接电火花振源装置20与电火花点火装置30，然后再通过信号线将电火花点火装置30和低应变动测仪40连接一起。电火花点火装置30是所有电火花振源装置20的点火开关，以满足所有电火花振源装置20能够同时开始点火击振，形成一致的竖向振源。
56.(5)在其中一个径向夹持弹性垫正下方的基桩桩身上安装第一传感器和第二传感器，且第一传感器安装在对应径向夹持弹性垫底部正下方不少于0.1米的位置处，第二传感器安装在第一传感器的正下方不少于1倍基桩桩径位置处，且第二传感器距离第一传感器不少于1米。
57.将第一传感器50和第二传感器60安装完成后，明确这两个传感器安装点的间距数据。
58.(6)将第一传感器和第二传感器与低应变动测仪电连接。
59.利用电缆线将第一传感器50和第二传感器60连接至低应变动测仪40。
60.(7)将低应变动测仪开机，检测所有部件的电连接是否正常，并将既有基桩的尺寸数据以及第一传感器、第二传感器的安装点距离数据输入低应变动测仪。
61.低应变动测仪40开机后，首先检查第一传感器50、第二传感器60和电火花振源装置20的连接是否正常，如果正常则进行后续步骤，如果不正常，则进行线路检查，直至连接正常再进行后续步骤。
62.(8)低应变动测仪向电火花点火装置发送点火信号，以及接收并保存第一传感器和第二传感器采集的桩身反射信号。
63.低应变动测仪40开始检测，同时发出点火信号和数据采集信号；通过所有的电火花振源装置20产生击振力并传递至桩身上形成拟一维应力波，并沿桩身纵向传播；两个传感器同时采集桩身反射信号，低应变动测仪40采集并保存反射信号数据，完成一次基桩检测信号采集。
64.(9)重复步骤(8)，并对桩身反射信号进行滤波和上下行波分离，然后基于上行波信号进行既有基桩完整性评估。
65.重复步骤(8)，即可采集所需的检测信号数量。低应变动测仪40内置有分析软件，分别对第一传感器50、第二传感器60采集的桩身反射信号进行滤波和上下行波分离等信号处理工作，然后基于上行波信号即可进行既有基桩完整性评估。
66.本发明实施例的针对既有基桩完整性的检测系统及其检测方法，实现了对既有基桩完整性的检测，其中，振动辅助装置可重复使用，现场拆装方便，能够适用于不同桩径的既有基桩；设置与径向夹持板数量相同的电火花振源装置可同时产生竖向击振力，能够形成近似一维的纵向振动波，这对准确探测既有基桩完整性至关重要，解决了传统桩侧单边敲击产生弯曲波误判检测结果的弊端；电火花振源装置的安装不会对桩身造成损伤，避免了传统打孔和打磨制作击振敲击点方法的有损作业；并且，电火花振源装置可根据桩长情况选择相应的击振能量等级，满足超长桩的完整性检测需要，克服了传统桩侧单边敲击能量小而不适用超长桩的检测不足。
67.以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明
书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。