[发明专利]一种混凝土桩基与土体耦合性能的监测与评估装置及方法

说明书

 

技术领域

本发明属于土建监测与评估技术领域，涉及一种针对混凝土桩的完整性和承载能力评估的实时安全监测装置及方法，尤其涉及一种混凝土桩基与土体耦合性能的长期实时监测与评估装置及方法。

 

背景技术

目前，利用压电陶瓷制作智能骨料用于混凝土桩的检测已经有一些基本研究和文献描述。

针对桩基完整性的检测，利用压电陶瓷列阵形成的波动效应，观察波在桩体中的运行状态来判断桩长范围内混凝土的均匀性改变状态。现有的背景技术是在混凝土桩体内或表面布置压电陶瓷智能骨料阵列，向做执行器的智能骨料输入特定的激励信号，信号经过桩体的传输后由做传感器的智能骨料接收，通过对比和分析信号的性质和变化来判断桩基损伤状态。目前的技术只有在特定的条件下特定的环境内对混凝土桩基损伤进行模糊判断，局限性很大且不能准确判定损伤位置及损伤程度，另外水分侵入对信号的影响在现有文献中也并不多见描述。

针对桩的承载能力评估，桩的承载能力很大程度取决于混凝土桩基与土体耦合性能。基于智能骨料对混凝土桩基与土体耦合性能的研究在相关领域的研究还不多见。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种基于智能骨料对混凝土桩基与土体耦合性能的监测与评估装置及方法，通过智能骨料形成压电列阵观察波在桩以及混凝土桩基与土体之间的行为模式来检测桩基的损伤状态以及混凝土桩基与土体的耦合性能，对桩基损伤位置及损伤程度进行定义，对混凝土桩基与土体耦合状态进行定义，从而确定其承载力，判断其安全性能。

本发明的装置所采用的技术方案是：一种混凝土桩基与土体耦合性能的监测与评估装置，包括压电陶瓷智能骨料、由若干个压电陶瓷智能骨料组成的压电陶瓷智能骨料阵列，其特征在于：还包括数据采集系统、垂直载荷系统和水平振动载荷系统；所述的压电陶瓷智能骨料定位在灌注桩基钢筋笼上，用于在灌注混凝土时埋入桩基内作为探伤监测的信号发射源或接收器；所述的若干个压电陶瓷智能骨料分别埋设在桩基中特定位置处、并通过导线与所述的数据采集系统连接，用于实现信号的实时采集和传递；所述的垂直载荷系统和水平振动载荷系统分别加载在所述的桩基上，用于向所述的桩基加载垂直和水平载荷。

作为优选，所述的压电陶瓷智能骨料由防水处理过的压电片、混凝土圆柱体和导线组成，所述的压电片设置在所述的混凝土圆柱体中，所述的压电片通过所述的导线与所述的数据采集系统连接。

作为优选，所述的水平振动载荷系统由PC控制系统来控制和测定。

本发明的方法所采用的技术方案是： 一种混凝土桩基与土体耦合性能的监测与评估的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1: 在桩基浇筑前预先在所述的桩基的灌注桩钢筋笼上特定位置处埋置若干个压电陶瓷智能骨料、并通过导线与所述的数据采集系统连接，形成压电陶瓷智能骨料阵列；

步骤2：用混凝土浇筑所述的灌注桩钢筋笼，形成混凝土桩基；

步骤3: 通过所述的数据采集系统采集观察混凝土凝结过程中信号的变化，通过分析信号特性来判断所述的桩基的实时健康状态，以及是否出现断桩； 

步骤4: 对所述的桩基进行长期实时监测，将一个压电陶瓷智能骨料作为信号发射源发射应力波在所述的桩基内传递，其它压电陶瓷智能骨料作为信号接收器检测应力波在不同地方的响应，测量波形变化，判断所述的桩基的长期健康状态以及混凝土桩基与土体耦合状态，尤其关注气候变化时数据的变化。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

1.桩长范围内，在混凝土浇灌-振捣-冷凝-固结过程中，波信号在传播路径的变化，确定损伤位置的判定以及损伤程度的定义，建立桩基完整性的判断标准，评估水分侵入对波信号的影响；

2.波在混凝土桩基内部的运行特点以及在大气环境变化时，在土体内以及桩-土界面上的运行变化特点，以说明大气环境下混凝土桩基与土体耦合机理，以及随着土体发育过程土体中多重耦合关系的定义和耦合特性的变化；

3.通过耦合特性变化，实现土体抗剪能力的判定和混凝土桩承载能力的判定，从而实现混凝土桩的安全评估技术；

4.实现混凝土桩基的长期实时监测。

 

附图说明

图1：本发明实施例的装置结构图。

图2：本发明实施例的压电陶瓷智能骨料结构图。

图3：本发明实施例的探伤方式原理图。

 

具体实施方式