[发明专利]带承台基桩的完整性检测系统

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种桩基检测设备系统，可检测带有上部结构类型桩基的完整性，适用于在港口工程及桥梁结构的检测诊断和维修加固领域，对在役码头、桥梁的桩顶非自由基桩的完整性检测有较高的准确性，可为桩基的损伤提供公正、准确、可靠的检测数据，为桩基可否继续使用提供支撑依据。

背景技术

截止到2012年底，我国各类港口拥有生产用泊位31826个，拥有各种公路桥梁共计68.94万座，这些在役结构中很大一部分已迈入“高龄”行列，已经不能很好的满足结构的使用需要，老旧结构的技术检测与维修改造已成为维持交通基础设施正常运作的最主要手段。而在高桩码头工程和桥梁工程中，桩基是结构重要的组成部分，桩基的破坏会导致结构局部破坏或整体倒塌，对这类结构的安全起关键作用。为了保证桩基质量，对基桩损伤检测是保证结构安全使用、安全维护和安全管理的必要技术措施。基桩检测领域涉及设计、施工及验收、服役各个阶段。通过检测，对评价桩基础的可靠度和剩余寿命进行评估，从而为有关部门的改造设计和维修加固决策提供切实依据，同时亦是司法鉴定、事故索赔的关键判据。

桩基检测技术在我国虽然起步较晚，但是发展比较快。国内基桩检测领域，最常用的方法是基于反射波理论的低应变法，其基本原理是在桩顶竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，当桩身存在明显波阻抗差异的界面（如桩底、断桩和严重离析等）或桩身截面积发生变化（如缩颈或扩颈），将产生发射波，经接收、放大、滤波和数据处理，可识别来自不同部位的反射信息。通过对反射信息进行分析，判断桩身混凝土的完整性，判定桩身缺陷的程度及其位置。低应变法测试桩的完整性技术，已在国内外广泛应用，取得了较大的成功。但反射波法理论基础是假定桩为连续弹性的一维均质杆件，且桩端自由；对于桩顶上有桩帽或承台情况下桩的完整性检测，是近年来在对在役码头或已建桥梁的检测评估时遇到的一个重要难点，主要问题如下：

（1）由于上部结构桩帽或承台的存在，桩基无损检测时无法在桩顶（最为有利的激振位置）直接进行激振，也难以找到合适的位置安装检测信号的接收装置（例如速度传感器或加速度传感器）。同时，由于服役阶段的桥梁或高桩码头所处的自然环境和场地情况的特殊性，现场检测通常会受潮位、正常作业时间、可到达位置、施工人员安全等因素的影响，对检测方法适用性提出了严格的要求，操作复杂、耗时过长或者占地面积较大的检测方法是不适用的。

（2）现役码头、桥梁桩基长度一般较长，通常穿过性质不同的数个土层，且大部分位于水面及泥面以下，桩土作用机理复杂，表现出较为强烈的非线性。一维应力波理论基于对波传播过程的线性描述，对于长细比较大、入土深度有限的简单情况，其精度可以满足要求。但对于码头、桥梁桩基，尤其是群桩支撑起的三维结构来说，由于三维效应影响作用，传统低应变检测方法效果不理想。

（3）低应变法测试桩的完整性技术，已在国内外广泛应用，取得了较大的成功，但反射波法理论基础是假定桩为连续弹性的一维均质杆件且桩端自由。应用应力反射波损伤检测方法检测基桩完整性时，对于单一的基桩，没有上部结构时，检测到的波形异常为桩体缺陷引起。而对于桩顶上有桩帽或承台的基桩，其结构形式已无法满足反射波检测法的基本假设，由于其上部结构的存在，在面板与纵横梁接触面、纵横梁与桩帽接触面、桩帽与桩顶接触面以及基桩损伤处等均会出现应力波的多次反射与传播，对检测到的波形异常的解读具有多解性，也是很复杂的，即波形的异常可以是桩体缺陷引起，也有可能是上部结构的多次反射所致，给基桩损伤检测带来很大的困难。

总体来讲，目前国内外对有上部结构的基桩完整性检测未能给出可靠的方法，特别是未设计发明出有效的基桩检测的设备或装置。因此，本专利针对这一技术难题，发明一种适用并可靠的带承台基桩完整性检测的设备系统，以填补国内外在役码头、桥梁的桩顶非自由基桩完整性测试方法的空白。

发明内容

本发明的目的是为了开发和研制一种适用并可靠的桩基完整性检测设备系统，适合在役码头、桥梁的桩顶非自由基桩完整性检测。

本发明为基于声波散射偏移成像理论的VSP（Vertical Sonic Profile)基桩测试系统设备，其采用桩身1点激发，多道接收。整个系统设备包括配套的采集系统与分析系统。VSP系统在正确分析被测桩基波场特点的基础上，采用方向滤波技术，将向上传播的上行波场和向下传播的下行波场分离开来。在此基础上，采用先进的弹性波偏移成像技术，能够准确直观的检测成桥桩的桩长和缺陷等。