[发明专利]一种在基桩高应变动力检测中测量锤击力的方法及仪器

说明书

技术领域

本发明涉及到在基桩高应变动力检测中一种用于测量锤击力的方法及配套使用的采集记录仪器，属于土木工程的桩基工程质量检测领域。

背景技术

在桩基工程质量检测时，经常采用基桩高应变动力检测(亦称高应变动力试桩)方式对桩基础中的基桩竖向抗压承载力和桩身结构完整性的检测。在传统的基桩高应变动力检测中，桩顶的锤击力波和速度响应分别通过对称安装在测量截面(约距桩顶2D，D为桩的直径或边宽，以下同)处的2支环式应变计和2支加速度计测量，其中环式应变计输出的应变测量值需乘以估算的桩身材料弹性模量才能换算成力值。由于绝大多数桩基材料为混凝土，制桩或成桩工艺的不同，存在着不同程度的非线性和非均匀性，使锤击力波测量出现以下问题：

(1)重锤的冲击力幅值高，混凝土变形远远超出线弹性范围，非线性使“弹性模量”随应变的增加而递减，采用低应变幅值对应的弹性模量乘以实测应变值换算得到的力值偏高，准确度低，并导致据此分析计算得到的桩承载力数值放大，对工程不安全。特别在锤击偏心和混凝土非均匀性因素的耦合影响下，锤击力波测试失败的情况时有出现，甚至变形过大造成环式应变计损坏。

(2)灌注桩测试一般要在安装传感器的测量截面(约距桩顶2D)以上范围内重新加固处理桩头，费时并增加检测成本。若在未处理的桩头混凝土侧表面直接安装环式应变计，锤击力波测试失败的几率增加且普遍存在测试力信号质量差的问题。

本发明内容

基于上述目前基桩高应变动力检测中锤击力测量存在的问题，本发明的目的是提出一种测量锤击力的方法和仪器，通过该方法及配套的测试仪器，直接测量计算得到锤击力波波形，进而解决按传统方式进行基桩高应变动力检测时锤击力测试准确度低、测试力信号质量差的问题，是一种替代传统的利用环式应变计测量应变来换算锤击力的方法。

本发明是通过同步测量自由落锤锤体的加速度信号和桩身加速度信号，对锤体上纵、横波造成的加速度信号的高频干扰进行低通滤波，利用牛顿第二定律计算得到桩顶锤击力，再利用桩顶下测量截面处的加速度测量值对测量截面至桩顶范围的桩头部分进行惯性效应修正，从而实现测量截面处的锤击力测量。其具体方法步骤为：

(1)利用对称安装于锤体上、可测量冲击加速度的传感器，以及和传感器相连的信号采集记录仪器，测量记录重锤自由下落撞击桩顶时在锤体上产生的冲击加速度随时间t的变化a_r(t)；

(2)针对自由落锤与导向装置发生碰撞或摩擦引起的锤体内纵、横波高频干扰频率的不同，选择滤波截止频率或陷波频率，对加速度信号a_r(t)进行低通滤波或陷波；

(3)利用公式F_r(t)＝m_ra_r(t)计算得到桩顶锤击力波时程曲线F_r(t)，式中m_r为自由落锤的质量；

(4)利用安装在测量截面深度处桩侧表面、可测量冲击加速度的传感器，以及和传感器相连的信号采集记录仪器，测量记录落锤自由下落撞击桩顶时在桩身上产生的冲击加速度随时间t的变化a_p(t)；

(5)利用未积分的加速度时间信号a_p(t)，由公式F_p(t)＝m_pa_p(t)计算桩头惯性力时程曲线F_p(t)，其中a_p(t)为对称安装在距桩顶1D～2D深度的测量截面处的加速度传感器输出信号，m_p为桩顶至测量截面深度范围内桩头混凝土的质量；

(6)利用公式F(t)＝F_r(t)-F_p(t)进行桩头惯性效应修正，计算得到测量截面处的锤击力时程曲线F(t)。