專利名稱：建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑物基礎(chǔ)樁檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種建筑物基礎(chǔ)樁彈性波 層析成像檢測方法。
背景技術(shù)：
建筑物落成后，建筑物基礎(chǔ)樁經(jīng)過數(shù)十年的承重使用，特別對于橋梁、高 架橋、港口、碼頭、高層建筑和廠房等建筑物，長期經(jīng)受車輛振動、車輛超載、 車船撞擊、海浪沖擊、海水侵蝕、地震影響、近距離施工振動、地下水作用、 年久化學(xué)及物理侵蝕風(fēng)化等人為與自然因素的影響，均可導(dǎo)致建筑物下基礎(chǔ)樁 質(zhì)量產(chǎn)生明顯變化。有的甚至?xí)a(chǎn)生樁身結(jié)構(gòu)松散、裂縫、斷樁及持力層強(qiáng)度 降低等嚴(yán)重的安全質(zhì)量問題。
目前，鉆探抽芯是檢査建筑物下基礎(chǔ)樁質(zhì)量的主要方法，但檢査費(fèi)時費(fèi)力， 并且是一種具破壞性的抽檢方法。 一般只能對個別樁進(jìn)行特殊性抽檢，代表性 低，難以推廣。
建筑物下基礎(chǔ)樁質(zhì)量安全隱患是客觀存在的，存在的嚴(yán)重安全隱患也是不 容忽視的。為此，交通、市政、水利、建設(shè)等主管部門及設(shè)計、質(zhì)監(jiān)部門迫切 希望有一種方便、直觀對建筑物下基礎(chǔ)樁質(zhì)量的檢測方法，為建筑物下基礎(chǔ)樁 質(zhì)量的檢驗(yàn)與處理提供科學(xué)依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對以上所述建筑物下基礎(chǔ)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，且無損建筑物下基 礎(chǔ)樁的建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的建筑物基礎(chǔ)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(cè)邊分別布設(shè)探測孔，最少一個探測孔為發(fā)射孔，，一探
測孔為接收孔；
(2) 在發(fā)射孔內(nèi)設(shè)置彈性波發(fā)射源；在接收孔內(nèi)設(shè)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(tǒng)連接；
(3) 發(fā)射源激振產(chǎn)生彈性波，彈性波傳播經(jīng)過巖、土層及待檢測樁的樁體 被接收孔內(nèi)的彈性波接收裝置接收并傳至信號記錄處理系統(tǒng)進(jìn)行處理；
(4) 根據(jù)信號記錄處理系統(tǒng)將接收到的彈性波信號處理成彈性波層析成像 圖，根據(jù)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(fā)射孔和接收孔位于待檢測樁的兩側(cè)與待檢測樁的中心點(diǎn)呈對稱布置。
所述的發(fā)射孔和接收孔分別可以有若干個，每對發(fā)射孔和接收孔分別位于
待檢測樁的兩側(cè)與待檢測樁的中心點(diǎn)呈對稱布置。
所述的探測孔的深度應(yīng)大于樁長度，且探測孔垂直度偏差應(yīng)不大于0.5%。
所述的發(fā)射源可以是用電火花震源、爆炸震源或超磁致震源等，發(fā)射源與
地面上的發(fā)射機(jī)連接；所述的發(fā)射機(jī)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(tǒng)包括有聲波儀或地震儀等。
所述的發(fā)射源激振產(chǎn)生彈性波采用一孔激發(fā)，跨孔單道接收或一孔激發(fā)跨
孔多道接收的方式。
發(fā)射源的發(fā)射點(diǎn)距及接收點(diǎn)距可以為O.l、 0.25、 0.5、 l米等多種，應(yīng)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(shù)據(jù)處理方法如下
(1) 第一步進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，設(shè)成像剖面內(nèi)共測有N條射線，首先根據(jù)測試精 度將剖面分為M個單元(網(wǎng)格)；
(2) 第二步建立并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(nèi)的路徑長度；
AVj二l/Vj是第j個單元的曼度值(速度的倒數(shù))；
ti:第i條射線走時值；
(3)第三步計算出AVj后，對初始彈性波速模型進(jìn)行修正，重新迭代上述方
程組，直到實(shí)測走時與理論走時的相對誤差小于5%，可輸出結(jié)果，最終生成彈
性波層析成像圖，根據(jù)不同位置上接收的彈性波速差異，便可直觀準(zhǔn)確地判斷
基礎(chǔ)樁長度及對基礎(chǔ)樁樁身完整性和樁底持力層完整性作出評價。
本發(fā)明建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法操作簡單、快捷、經(jīng)濟(jì)，無
需損壞所測建筑物基礎(chǔ)樁，檢測到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理生成的彈性波層析成像圖直觀
明了，可對建筑物基礎(chǔ)樁的樁長和樁身結(jié)構(gòu)質(zhì)量及樁底的完整性作出客觀評價。


圖1為本發(fā)明建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法的觀測系統(tǒng)示意圖； 圖2為本發(fā)明建筑物基礎(chǔ)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(fā)明建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法的探測孔布設(shè)俯視
圖4為本發(fā)明建筑物基礎(chǔ)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(fā)射孔，3接收孔，4發(fā)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(fā)射點(diǎn)，S為接收點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方 法作詳細(xì)描述。
彈性波層析成像原理
彈性波層析成像是在發(fā)射孔內(nèi)，施一瞬時激振力，樁、巖、土等介質(zhì)受到 外力作用后，產(chǎn)生彈性形變并形成彈性波傳播，受力的質(zhì)點(diǎn)沿縱向產(chǎn)生脹縮形 變，形成縱波傳播，而橫向則產(chǎn)生剪切形變，形成橫波。彈性波(含縱波、橫 波等)在彈性介質(zhì)中傳播，當(dāng)在接收孔內(nèi)安放接收換能器或檢波器和信號記錄 處理系統(tǒng)，便可接收來自發(fā)射孔并經(jīng)樁、巖、土等不同介質(zhì)傳播至接收孔的彈 性波信號，參見圖1所示。然后根據(jù)實(shí)測到的彈性波信號，經(jīng)過資料處理后， 生成彈性波層析成像剖面圖，根據(jù)不同位置上接收的彈性波速差異，便可直觀 準(zhǔn)確地判斷基礎(chǔ)樁長度及對基礎(chǔ)樁樁身完整性和樁底持力層完整性作出評價。
數(shù)據(jù)分析方法
a)樁長度分析方法
對于完整連續(xù)混凝土樁段，其波速值較高并且均勻連續(xù)。而樁端下為較均
勻的強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖石時，其波速值會明顯低于樁身段的波速并且均勻連續(xù);
而樁端下為較均勻的未風(fēng)化或微風(fēng)化巖石時，其波速值會明顯高于樁身段波速 或稍低于樁身段波速并且均勻連續(xù)。樁身段波速與持力層段波速， 一般會出現(xiàn) 明顯的臺階狀的波速異常形態(tài)，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(xù)的混凝土樁段，其波速較高并且均勻連續(xù)，而存在缺陷的混凝土 樁段，其波速會明顯低于完整的混凝土樁段波速。 一般存在較明顯缺陷、嚴(yán)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(yīng)結(jié)合混凝土設(shè)計強(qiáng)度常見波速值及樁身是否存在縮、擴(kuò)徑等情況，進(jìn) 行綜合評定。
(3)樁底持力層完整性分析方法
完整連續(xù)混凝土樁段其波速較高并且均勻連續(xù)，而樁底持力層7為完整連 續(xù)強(qiáng)風(fēng)化或中風(fēng)化巖石時，其波速會明顯低于完整樁體段波速并且均勾連續(xù)。 對于樁底持力層為完整連續(xù)未風(fēng)化或微風(fēng)化巖石時，其波速會明顯高于樁體或 稍低于樁體波速并且均勻連續(xù)，同時持力層波速值還應(yīng)達(dá)到設(shè)計持力層常見波 速值范圍。對于樁底存在沉渣軟夾層或持力層中存在巖石強(qiáng)風(fēng)化軟夾層、溶洞 或土洞等時，其波速值會明顯低于完整連續(xù)未風(fēng)化巖石的波速值， 一般比完整 連續(xù)的未風(fēng)化巖石波速值低30% 70%。
建筑物基礎(chǔ)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(cè)邊分別布設(shè)探測？L，最少一個探測孔為發(fā)射孔2， 一 探測孔為接收孔3;
(2) 在發(fā)射孔內(nèi)2設(shè)置彈性波發(fā)射源4，發(fā)射源4與地面6上的發(fā)射機(jī)連 接；在接收孔3內(nèi)設(shè)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(tǒng)連接；
(3) 發(fā)射源4激振產(chǎn)生彈性波，彈性波傳播經(jīng)過巖、土層8及待檢測樁1 的樁體被接收孔內(nèi)的彈性波接收裝置5接收并傳至信號記錄處理系統(tǒng)進(jìn)行處 理；
(4) 根據(jù)信號記錄處理系統(tǒng)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(jù)彈性波層析成像圖判斷待檢測樁的現(xiàn)實(shí)狀況。 (一)檢測裝置檢測裝置包括發(fā)射源4、彈性波接收裝置5和信號記錄處理系統(tǒng)三部分。
1、 發(fā)射源4可以采用電火花震源、爆炸震源或超磁致震源等；發(fā)射源4與 發(fā)射機(jī)連接，發(fā)射機(jī)可以是充放電控制器或者啟爆器。
2、 彈性波接收裝置5可以采用接收換能器或檢波器接收；
3、 信號記錄處理系統(tǒng)可以采用聲波儀或地震儀以及電腦和成像軟件等組成。
(二)現(xiàn)場測試
1、 層析成像探測孔的布設(shè)
如圖3所示，探測孔應(yīng)在檢測樁兩側(cè)，在以樁中心點(diǎn)對稱位置布設(shè)兩個探 測孔或多個方向?qū)ΨQ樁中心點(diǎn)布孔。探測孔分組設(shè)置，每組為一發(fā)射孔2和一 接收孔3。
探測孔深度應(yīng)大于樁長度，探測孔垂直度偏差應(yīng)不大于0.5%。 探測孔在鉆探完畢時，孔中應(yīng)全孔下探測管保護(hù)探測孔井壁或僅在土層段 下探測管保護(hù)探測孔井壁。'
2、 觀測點(diǎn)布設(shè)
采用一孔激發(fā)，跨孔單道接收或一孔激發(fā)跨孔多道接收的觀測系統(tǒng)布設(shè)， 如圖1和圖2所示。發(fā)射點(diǎn)F距及接收點(diǎn)S距一般為0.1、 0.25、 0.5、 1米等多 種，應(yīng)盡可能滿足被測異常體尺寸的1/3。 ，
3、 現(xiàn)場觀測
檢測中所采用的各項(xiàng)參數(shù)(采樣時間間隔、增益、采樣點(diǎn)數(shù)，模擬濾波、 觸發(fā)方式)應(yīng)通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定。
檢測時，應(yīng)保證采集信號質(zhì)量，對采集的彈性波信號進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，所采 集的時間剖面波形要求初至清晰，波列及延時等均正常，發(fā)現(xiàn)波形畸變或初難以判讀的即進(jìn)行重復(fù)觀測，兩次觀測記錄相對誤差應(yīng)小于2%。
(三)、信號處理
1、 首先將觀測到的數(shù)據(jù)信號從彈性波接收裝置傳輸?shù)叫盘栍涗浱幚硐到y(tǒng)的
電腦中；
2、 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理生成彈性波層析成像圖 彈性波層析成像圖的數(shù)據(jù)處理方法如下
(1) 第一步進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，設(shè)成像剖面內(nèi)共測有N條射線，首先根據(jù)測試精 度將剖面分為M個單元(網(wǎng)格)；
(2) 第二步建立并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(nèi)的路徑長度；
AVj二l/Vj是第j個單元的曼度l！(速度的倒數(shù))；
ti:第i條射線走時值。 (3)第三步計算出AVj后，對初始彈性波速模型進(jìn)行修正，重新迭代上述方
程組，直到實(shí)測走時與理論走時的相對誤差小于5%，即可輸出結(jié)果，最終生成
彈性波層析成像剖面圖如圖4所示。根據(jù)不同位置上接收的彈性波速差異，便
可直觀準(zhǔn)確地判斷基礎(chǔ)樁長度及對基礎(chǔ)樁樁身完整性和樁底持力層完整性作出評價。
實(shí)施例l
本實(shí)例為廣州某模型樁基地1號鉆孔灌注模型樁彈性波層析成像檢測實(shí) 例，該樁設(shè)計樁徑(b800mm，設(shè)計樁長11.8m，采用C25商品混凝土成樁，樁底持力層為強(qiáng)風(fēng)化砂巖。
檢測段的深度為-9m -13.25m，發(fā)射源與彈性波接收裝置的孔間距為 1.45m，發(fā)射源采用電火花震源，彈性波接收裝置采用12道接收換能器，信號 記錄處理系統(tǒng)采用淺層地震儀組成。
現(xiàn)場測試參數(shù)選擇①采樣時間間隔31.25 US;②增益浮點(diǎn)放大；③采 樣點(diǎn)數(shù)1024;④觸發(fā)方式外觸發(fā)；⑤電火花震源發(fā)射電壓3000v 4000v; ⑥發(fā)射點(diǎn)距二接收點(diǎn)距二0.25m;⑦觀測系統(tǒng) 一孔激發(fā)，跨孔12道扇面接收。
1、 樁長度實(shí)測彈性波層析成像圖
如圖4所示，對于完整連續(xù)的混凝土樁段其樁身波速vp較高且均勻連續(xù)， 如圖中D和C區(qū)，可以標(biāo)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(qiáng)風(fēng)化砂巖，其波速vp明顯低于樁身波速vp，如圖中A區(qū)，可以 標(biāo)識為黃色部分，其波速vp為2500 3000m/s。 B區(qū)可以標(biāo)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(jié)果， 實(shí)測樁長為11.5m，設(shè)計樁長為11.8m，兩者相對誤差2.5%。
2、 樁身完整性實(shí)測彈性波層析成像圖
如圖4所示，對于完整連續(xù)的混凝土樁段，其波速較高并且均勻連續(xù)，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(qū)部份， 波速更高vp為3800 4000m/s，說明樁體中心部分混凝土強(qiáng)度較高。同時，樁 身段波速值vp為3600 4000m/s，達(dá)到混凝土 C25常見波速值3600 3800m/s 范圍。但樁身主體上下段與設(shè)計樁直徑小800mm比出現(xiàn)明顯的縮徑現(xiàn)象，樁縮 徑為0.15m，縮徑率為設(shè)計樁徑的18.8%。
綜上分析樁身主體砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計C25要求， 由于樁身上、下段存在明顯縮徑，縮徑率為設(shè)計樁徑18.8%。說明樁身結(jié)構(gòu)完整性存在明顯缺陷。 3、樁底持力層完整性實(shí)測彈性波層析成像圖
如圖4所示，致密完整連續(xù)混凝土樁段其波速較高并且均勻連續(xù)，如圖中 D和C區(qū)部分，其波速vp為3600 4000m/s。而該樁底持力層7為強(qiáng)風(fēng)化砂巖， 其波速vp明顯低于樁身波速vp，如圖中A區(qū)部分，其波速vp為2500 3000m/s， 達(dá)到并超過強(qiáng)風(fēng)化砂巖常見波速值1400 2580m/s范圍。而樁底與強(qiáng)風(fēng)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， 由于樁、巖過渡帶波速比持力層波速高，說明樁底樁、巖過渡帶強(qiáng)度符合要求。
綜上分析樁底持力層完整連續(xù)，達(dá)到強(qiáng)風(fēng)化砂巖要求。
權(quán)利要求
1、建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法，其特征在于，檢測步驟如下(1)在待檢測樁的側(cè)邊布設(shè)探測孔，探測孔最少一個探測孔為發(fā)射孔，一探測孔為接收孔；(2)在發(fā)射孔內(nèi)設(shè)置彈性波發(fā)射源；在接收孔內(nèi)設(shè)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(tǒng)連接；(3)發(fā)射源激振產(chǎn)生彈性波，彈性波傳播經(jīng)過巖、土層及待檢測樁的樁體被接收孔內(nèi)的彈性波接收裝置接收并傳至信號記錄處理系統(tǒng)進(jìn)行處理；(4)信號記錄處理系統(tǒng)將接收到的彈性波信號處理成彈性波層析成像圖，根據(jù)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(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法，其特征 在于，所述的發(fā)射孔和接收孔位于待檢測樁的兩側(cè)，發(fā)射孔和接收孔與待檢測 樁的中心點(diǎn)呈對稱布置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法，其特征 在于所述的發(fā)射孔和接收孔分別有若干個，每對發(fā)射孔和接收孔分別位于待 檢測樁的兩側(cè)，與待檢測樁的中心點(diǎn)呈對稱布置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法，其特征 在于，所述的探測孔的深度大于樁長度。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法，其特征 在于，所述的發(fā)射源是用電火花震源、爆炸震源或超磁致震源，發(fā)射源與地面 上的發(fā)射機(jī)連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法，其特征 在于，所述的彈性波接收裝置是接收換能器或檢波器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法，其特征 在于，所述的信號記錄處理系統(tǒng)包括有聲波儀或地震儀。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法，其特征 在于，所述的發(fā)射源激振產(chǎn)生彈性波采用一孔激發(fā)，跨孔單道接收或一孔激發(fā) 跨孔多道接收的方式。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法，其 特征在于，所述的發(fā)射源的發(fā)射點(diǎn)距和接收點(diǎn)距為O.l、 0.25、 0.5或1米。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物基礎(chǔ)樁彈性波層析成像檢測方法，其特 征在于，所述的彈性波層析成像圖的數(shù)據(jù)處理方法如下(1) 第一步進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)劃分，設(shè)成像剖面內(nèi)共測有N條射線，首先根據(jù)測試精 度將剖面分為M個單元；(2) 第二步建立并求解太型射線走時方程組<formula>formula see original document page 3</formula>其中Lij:第i條射線在第j個單元內(nèi)的路徑長度；AVj二l/Vj是第j個單元的曼度值(速度的倒數(shù))； ti:第i條射線走時值。 (3)第三步計算出AVj后，對初始彈性波速模型進(jìn)行修正，重新迭代上述方 程組，直到實(shí)測走時與理論走時的相對誤差小于5%，即可輸出結(jié)果，最終生成 彈性波層析成像圖，根據(jù)不同位置上接收的彈性波速差異，便可直觀準(zhǔn)確地判 斷基礎(chǔ)樁長度及對基礎(chǔ)樁樁身完整性和樁底持力層完整性作出評價。
全文摘要
建筑物基礎(chǔ)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(cè)邊分別布設(shè)最少一個探測孔為發(fā)射孔，一探測孔為接收孔；(2)在發(fā)射孔內(nèi)設(shè)置彈性波發(fā)射源；在接收孔內(nèi)設(shè)置有彈性波接收裝置；(3)發(fā)射源激振產(chǎn)生彈性波，彈性波傳被接收孔內(nèi)的彈性波接收裝置接收并傳至信號記錄處理系統(tǒng)進(jìn)行處理；(4)處理信號生成彈性波層析成像圖，根據(jù)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(fā)明操作簡單、快捷、經(jīng)濟(jì)，無需損壞所測建筑物基礎(chǔ)樁，檢測到的數(shù)據(jù)經(jīng)處理生成的彈性波層析成像圖直觀明了，可對建筑物基礎(chǔ)樁的樁長和樁身結(jié)構(gòu)質(zhì)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(yōu)先權(quán)日2009年7月14日
發(fā)明者鄧業(yè)燦 申請人:鄧業(yè)燦