建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法
2023-09-23 07:40:40
專利名稱：建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法
技術領域：
本發明涉及建築物基礎樁檢測技術領域，具體為一種建築物基礎樁彈性波 層析成像檢測方法。
背景技術：
建築物落成後，建築物基礎樁經過數十年的承重使用，特別對於橋梁、高 架橋、港口、碼頭、高層建築和廠房等建築物，長期經受車輛振動、車輛超載、 車船撞擊、海浪衝擊、海水侵蝕、地震影響、近距離施工振動、地下水作用、 年久化學及物理侵蝕風化等人為與自然因素的影響，均可導致建築物下基礎樁 質量產生明顯變化。有的甚至會產生樁身結構鬆散、裂縫、斷樁及持力層強度 降低等嚴重的安全質量問題。
目前，鑽探抽芯是檢査建築物下基礎樁質量的主要方法，但檢査費時費力， 並且是一種具破壞性的抽檢方法。 一般只能對個別樁進行特殊性抽檢，代表性 低，難以推廣。
建築物下基礎樁質量安全隱患是客觀存在的，存在的嚴重安全隱患也是不 容忽視的。為此，交通、市政、水利、建設等主管部門及設計、質監部門迫切 希望有一種方便、直觀對建築物下基礎樁質量的檢測方法，為建築物下基礎樁 質量的檢驗與處理提供科學依據。
發明內容
本發明的目的是針對以上所述建築物下基礎樁檢測方法存在的不足，提供 一種能有效而又快捷的，檢測過程簡單方便的，精確率高，且無損建築物下基 礎樁的建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法。
本發明是這樣實現的建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其檢測步驟如下
G)在待檢測樁的側邊分別布設探測孔，最少一個探測孔為發射孔，，一探
測孔為接收孔；
(2) 在發射孔內設置彈性波發射源；在接收孔內設置有彈性波接收裝置， 彈性波接收裝置與信號記錄處理系統連接；
(3) 發射源激振產生彈性波，彈性波傳播經過巖、土層及待檢測樁的樁體 被接收孔內的彈性波接收裝置接收並傳至信號記錄處理系統進行處理；
(4) 根據信號記錄處理系統將接收到的彈性波信號處理成彈性波層析成像 圖，根據彈性波層析成像圖判斷待檢測樁的樁長度及樁身完整性和樁底持力層 完整性。
所述的發射孔和接收孔位於待檢測樁的兩側與待檢測樁的中心點呈對稱布置。
所述的發射孔和接收孔分別可以有若干個，每對發射孔和接收孔分別位於
待檢測樁的兩側與待檢測樁的中心點呈對稱布置。
所述的探測孔的深度應大於樁長度，且探測孔垂直度偏差應不大於0.5%。
所述的發射源可以是用電火花震源、爆炸震源或超磁致震源等，發射源與
地面上的發射機連接；所述的發射機可以是充放電控制器或者啟爆器。 所述的彈性波接收裝置可以是接收換能器或檢波器。 所述的信號記錄處理系統包括有聲波儀或地震儀等。
所述的發射源激振產生彈性波採用一孔激發，跨孔單道接收或一孔激發跨
孔多道接收的方式。
發射源的發射點距及接收點距可以為O.l、 0.25、 0.5、 l米等多種，應盡可
能滿足被測異常體尺寸的1/3。所述的彈性波層析成像圖的數據處理方法如下
(1) 第一步進行網絡劃分，設成像剖面內共測有N條射線，首先根據測試精 度將剖面分為M個單元(網格)；
(2) 第二步建立並求解大型射線走時方程組
"i L12h.L1m、—
^21 L 22"丄2M△v2二 -t2
;N1 L N2"丄賜一—△V陽V
其中Lij:第i條射線在第j個單元內的路徑長度；
AVj二l/Vj是第j個單元的曼度值(速度的倒數)；
ti:第i條射線走時值；
(3)第三步計算出AVj後，對初始彈性波速模型進行修正，重新迭代上述方
程組，直到實測走時與理論走時的相對誤差小於5%，可輸出結果，最終生成彈
性波層析成像圖，根據不同位置上接收的彈性波速差異，便可直觀準確地判斷
基礎樁長度及對基礎樁樁身完整性和樁底持力層完整性作出評價。
本發明建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法操作簡單、快捷、經濟，無
需損壞所測建築物基礎樁，檢測到的數據經處理生成的彈性波層析成像圖直觀
明了，可對建築物基礎樁的樁長和樁身結構質量及樁底的完整性作出客觀評價。
圖1為本發明建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法的觀測系統示意圖； 圖2為本發明建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法的彈性波射線路徑示 意圖3為本發明建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法的探測孔布設俯視
圖4為本發明建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法所得到的彈性波層析成像圖。
圖中，l樁體，2發射孔，3接收孔，4發射源，5接收換能器或檢波器， 6地面，7樁底持力層，8樁周巖、土層；F為發射點，S為接收點。
具體實施例方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方 法作詳細描述。
彈性波層析成像原理
彈性波層析成像是在發射孔內，施一瞬時激振力，樁、巖、土等介質受到 外力作用後，產生彈性形變並形成彈性波傳播，受力的質點沿縱向產生脹縮形 變，形成縱波傳播，而橫向則產生剪切形變，形成橫波。彈性波(含縱波、橫 波等)在彈性介質中傳播，當在接收孔內安放接收換能器或檢波器和信號記錄 處理系統，便可接收來自發射孔並經樁、巖、土等不同介質傳播至接收孔的彈 性波信號，參見圖1所示。然後根據實測到的彈性波信號，經過資料處理後， 生成彈性波層析成像剖面圖，根據不同位置上接收的彈性波速差異，便可直觀 準確地判斷基礎樁長度及對基礎樁樁身完整性和樁底持力層完整性作出評價。
數據分析方法
a)樁長度分析方法
對於完整連續混凝土樁段，其波速值較高並且均勻連續。而樁端下為較均
勻的強風化或中風化巖石時，其波速值會明顯低於樁身段的波速並且均勻連續;
而樁端下為較均勻的未風化或微風化巖石時，其波速值會明顯高於樁身段波速 或稍低於樁身段波速並且均勻連續。樁身段波速與持力層段波速， 一般會出現 明顯的臺階狀的波速異常形態，其兩波速段相連接的過渡部位，即為樁底位置。
(2)樁身完整性分析方法
完整連續的混凝土樁段，其波速較高並且均勻連續，而存在缺陷的混凝土 樁段，其波速會明顯低於完整的混凝土樁段波速。 一般存在較明顯缺陷、嚴重缺陷的混凝土波速比完整的混凝土波速低8% 50%。同時，在樁身完整性評價 時，還應結合混凝土設計強度常見波速值及樁身是否存在縮、擴徑等情況，進 行綜合評定。
(3)樁底持力層完整性分析方法
完整連續混凝土樁段其波速較高並且均勻連續，而樁底持力層7為完整連 續強風化或中風化巖石時，其波速會明顯低於完整樁體段波速並且均勾連續。 對於樁底持力層為完整連續未風化或微風化巖石時，其波速會明顯高於樁體或 稍低於樁體波速並且均勻連續，同時持力層波速值還應達到設計持力層常見波 速值範圍。對於樁底存在沉渣軟夾層或持力層中存在巖石強風化軟夾層、溶洞 或土洞等時，其波速值會明顯低於完整連續未風化巖石的波速值， 一般比完整 連續的未風化巖石波速值低30% 70%。
建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其檢測步驟如下: (1)在待檢測樁1的側邊分別布設探測？L，最少一個探測孔為發射孔2， 一 探測孔為接收孔3;
(2) 在發射孔內2設置彈性波發射源4，發射源4與地面6上的發射機連 接；在接收孔3內設置有彈性波接收裝置5，彈性波接收裝置5與信號記錄處 理系統連接；
(3) 發射源4激振產生彈性波，彈性波傳播經過巖、土層8及待檢測樁1 的樁體被接收孔內的彈性波接收裝置5接收並傳至信號記錄處理系統進行處 理；
(4) 根據信號記錄處理系統將接收到的彈性波信號處理成彈性波層析成像
圖；如圖4所示，根據彈性波層析成像圖判斷待檢測樁的現實狀況。 (一)檢測裝置檢測裝置包括發射源4、彈性波接收裝置5和信號記錄處理系統三部分。
1、 發射源4可以採用電火花震源、爆炸震源或超磁致震源等；發射源4與 發射機連接，發射機可以是充放電控制器或者啟爆器。
2、 彈性波接收裝置5可以採用接收換能器或檢波器接收；
3、 信號記錄處理系統可以採用聲波儀或地震儀以及電腦和成像軟體等組成。
(二)現場測試
1、 層析成像探測孔的布設
如圖3所示，探測孔應在檢測樁兩側，在以樁中心點對稱位置布設兩個探 測孔或多個方向對稱樁中心點布孔。探測孔分組設置，每組為一發射孔2和一 接收孔3。
探測孔深度應大於樁長度，探測孔垂直度偏差應不大於0.5%。 探測孔在鑽探完畢時，孔中應全孔下探測管保護探測孔井壁或僅在土層段 下探測管保護探測孔井壁。'
2、 觀測點布設
採用一孔激發，跨孔單道接收或一孔激發跨孔多道接收的觀測系統布設， 如圖1和圖2所示。發射點F距及接收點S距一般為0.1、 0.25、 0.5、 1米等多 種，應儘可能滿足被測異常體尺寸的1/3。 ，
3、 現場觀測
檢測中所採用的各項參數(採樣時間間隔、增益、採樣點數，模擬濾波、 觸發方式)應通過現場試驗確定。
檢測時，應保證採集信號質量，對採集的彈性波信號進行實時監控，所採 集的時間剖面波形要求初至清晰，波列及延時等均正常，發現波形畸變或初難以判讀的即進行重複觀測，兩次觀測記錄相對誤差應小於2%。
(三)、信號處理
1、 首先將觀測到的數據信號從彈性波接收裝置傳輸到信號記錄處理系統的
電腦中；
2、 進行數據處理生成彈性波層析成像圖 彈性波層析成像圖的數據處理方法如下
(1) 第一步進行網絡劃分，設成像剖面內共測有N條射線，首先根據測試精 度將剖面分為M個單元(網格)；
(2) 第二步建立並求解大型射線走時方程組
Lll L12".L1M
L21 L 22'.丄2M△v2
LNL N2'.丄麗——△V
其中Lij:第i條射線在第j個單元內的路徑長度；
AVj二l/Vj是第j個單元的曼度l！(速度的倒數)；
ti:第i條射線走時值。 (3)第三步計算出AVj後，對初始彈性波速模型進行修正，重新迭代上述方
程組，直到實測走時與理論走時的相對誤差小於5%，即可輸出結果，最終生成
彈性波層析成像剖面圖如圖4所示。根據不同位置上接收的彈性波速差異，便
可直觀準確地判斷基礎樁長度及對基礎樁樁身完整性和樁底持力層完整性作出評價。
實施例l
本實例為廣州某模型樁基地1號鑽孔灌注模型樁彈性波層析成像檢測實 例，該樁設計樁徑(b800mm，設計樁長11.8m，採用C25商品混凝土成樁，樁底持力層為強風化砂巖。
檢測段的深度為-9m -13.25m，發射源與彈性波接收裝置的孔間距為 1.45m，發射源採用電火花震源，彈性波接收裝置採用12道接收換能器，信號 記錄處理系統採用淺層地震儀組成。
現場測試參數選擇①採樣時間間隔31.25 US;②增益浮點放大；③採 樣點數1024;④觸發方式外觸發；⑤電火花震源發射電壓3000v 4000v; ⑥發射點距二接收點距二0.25m;⑦觀測系統 一孔激發，跨孔12道扇面接收。
1、 樁長度實測彈性波層析成像圖
如圖4所示，對於完整連續的混凝土樁段其樁身波速vp較高且均勻連續， 如圖中D和C區，可以標識為棕紅色及紫紅色部分，其波速vp為3600 4000m/s。 而樁底下為強風化砂巖，其波速vp明顯低於樁身波速vp，如圖中A區，可以 標識為黃色部分，其波速vp為2500 3000m/s。 B區可以標識為橙紅色部分為 樁、巖過渡帶，樁巖過渡帶為0.3m，其波速vp為3000 3600m/s。檢測結果， 實測樁長為11.5m，設計樁長為11.8m，兩者相對誤差2.5%。
2、 樁身完整性實測彈性波層析成像圖
如圖4所示，對於完整連續的混凝土樁段，其波速較高並且均勻連續，如 圖c部份，其波速值vp為3600 3800m/s。而樁體中心部位，如圖中D區部份， 波速更高vp為3800 4000m/s，說明樁體中心部分混凝土強度較高。同時，樁 身段波速值vp為3600 4000m/s，達到混凝土 C25常見波速值3600 3800m/s 範圍。但樁身主體上下段與設計樁直徑小800mm比出現明顯的縮徑現象，樁縮 徑為0.15m，縮徑率為設計樁徑的18.8%。
綜上分析樁身主體砼強度達到設計C25要求， 由於樁身上、下段存在明顯縮徑，縮徑率為設計樁徑18.8%。說明樁身結構完整性存在明顯缺陷。 3、樁底持力層完整性實測彈性波層析成像圖
如圖4所示，緻密完整連續混凝土樁段其波速較高並且均勻連續，如圖中 D和C區部分，其波速vp為3600 4000m/s。而該樁底持力層7為強風化砂巖， 其波速vp明顯低於樁身波速vp，如圖中A區部分，其波速vp為2500 3000m/s， 達到並超過強風化砂巖常見波速值1400 2580m/s範圍。而樁底與強風化砂巖 之間如圖中B部分為樁、巖過渡帶，厚度為0.3m,其波速vp為3000 3600m/s， 由於樁、巖過渡帶波速比持力層波速高，說明樁底樁、巖過渡帶強度符合要求。
綜上分析樁底持力層完整連續，達到強風化砂巖要求。
權利要求
1、建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其特徵在於，檢測步驟如下(1)在待檢測樁的側邊布設探測孔，探測孔最少一個探測孔為發射孔，一探測孔為接收孔；(2)在發射孔內設置彈性波發射源；在接收孔內設置有彈性波接收裝置，彈性波接收裝置與信號記錄處理系統連接；(3)發射源激振產生彈性波，彈性波傳播經過巖、土層及待檢測樁的樁體被接收孔內的彈性波接收裝置接收並傳至信號記錄處理系統進行處理；(4)信號記錄處理系統將接收到的彈性波信號處理成彈性波層析成像圖，根據彈性波層析成像圖判斷待檢測樁的樁長度及樁身完整性和樁底持力層完整性。
2、 根據權利要求1所述的建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其特徵 在於，所述的發射孔和接收孔位於待檢測樁的兩側，發射孔和接收孔與待檢測 樁的中心點呈對稱布置。
3、 根據權利要求2所述的建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其特徵 在於所述的發射孔和接收孔分別有若干個，每對發射孔和接收孔分別位於待 檢測樁的兩側，與待檢測樁的中心點呈對稱布置。
4、 根據權利要求1所述的建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其特徵 在於，所述的探測孔的深度大於樁長度。
5、 根據權利要求1所述的建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其特徵 在於，所述的發射源是用電火花震源、爆炸震源或超磁致震源，發射源與地面 上的發射機連接。
6、 根據權利要求1所述的建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其特徵 在於，所述的彈性波接收裝置是接收換能器或檢波器。
7、 根據權利要求1所述的建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其特徵 在於，所述的信號記錄處理系統包括有聲波儀或地震儀。
8、 根據權利要求1所述的建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其特徵 在於，所述的發射源激振產生彈性波採用一孔激發，跨孔單道接收或一孔激發 跨孔多道接收的方式。
9、 根據權利要求1或8所述的建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其 特徵在於，所述的發射源的發射點距和接收點距為O.l、 0.25、 0.5或1米。
10、 根據權利要求1所述的建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其特 徵在於，所述的彈性波層析成像圖的數據處理方法如下(1) 第一步進行網絡劃分，設成像剖面內共測有N條射線，首先根據測試精 度將剖面分為M個單元；(2) 第二步建立並求解太型射線走時方程組formula see original document page 3其中Lij:第i條射線在第j個單元內的路徑長度；AVj二l/Vj是第j個單元的曼度值(速度的倒數)； ti:第i條射線走時值。 (3)第三步計算出AVj後，對初始彈性波速模型進行修正，重新迭代上述方 程組，直到實測走時與理論走時的相對誤差小於5%，即可輸出結果，最終生成 彈性波層析成像圖，根據不同位置上接收的彈性波速差異，便可直觀準確地判 斷基礎樁長度及對基礎樁樁身完整性和樁底持力層完整性作出評價。
全文摘要
建築物基礎樁彈性波層析成像檢測方法，其檢測步驟如下(1)在待檢測樁的側邊分別布設最少一個探測孔為發射孔，一探測孔為接收孔；(2)在發射孔內設置彈性波發射源；在接收孔內設置有彈性波接收裝置；(3)發射源激振產生彈性波，彈性波傳被接收孔內的彈性波接收裝置接收並傳至信號記錄處理系統進行處理；(4)處理信號生成彈性波層析成像圖，根據彈性波層析成像圖判斷待檢測樁的樁長度及樁身完整性和樁底持力層完整性。本發明操作簡單、快捷、經濟，無需損壞所測建築物基礎樁，檢測到的數據經處理生成的彈性波層析成像圖直觀明了，可對建築物基礎樁的樁長和樁身結構質量及樁底的完整性作出客觀評價。
文檔編號E02D33/00GK101614022SQ20091004111
公開日2009年12月30日 申請日期2009年7月14日 優先權日2009年7月14日
發明者鄧業燦 申請人:鄧業燦