[发明专利]灌注桩完整性光纤超声波检测装置及其检测方法

说明书

本发明涉及混凝土灌注桩桩身缺陷检测的技术领域，具体涉及一种灌注桩完整性光纤超声波检测装置及其检测方法，超声波发射单元包括至少一根声测管、超声波发射换能器和控制器；数据采集单元包括传感光缆、分布式声波传感解调仪；数据分析单元包括灌注桩完整性评价模块；所述传感光缆盘绕在钢筋笼上，所述声测管固定在钢筋笼的一侧，所述超声波发射换能器可升降的设置在所述声测管中，且其电性连接于所述控制器，所述传感光缆通过所述分布式声波传感解调仪电性连接于所述灌注桩完整性评价模块。本发明克服了传统传感器不易在混凝土灌注桩中存活的缺点，降低了检测成本。

技术领域

本发明涉及混凝土灌注桩桩身缺陷检测的技术领域，具体涉及一种灌注桩完整性光纤超声波检测装置及其检测方法。

背景技术

灌注桩是桩基础的主要使用类型，由于其单桩承载力大、施工时无振动、无挤土、噪音小，灌注桩在实际工程建设中广泛使用。但灌注桩是地下隐蔽构筑物，其地质环境复杂、施工工序繁杂、要求较高的施工技术，容易出现缩颈、扩径、夹泥、混凝土离析、桩底沉渣等缺陷，这些缺陷会削弱桩基的承载能力，直接影响工程能否正常安全使用。所以为了保证桩基工程的质量与安全，准确可靠的桩基检测工作意义重大。

目前灌注桩桩身完整性检测方法主要包括钻孔取芯法、声波透射法和高、低应变动测法。钻孔取芯法是使用钻机从桩身中钻取芯样，根据取出的芯样，判断桩基的长度、混凝土强度、局部缺陷等情况，该方法直接可靠，但是该方法破坏了桩身原有结构，存在检测盲区且价格高昂。声波透射法是指在砼灌注桩中预埋的声测管之间发射并接收超声波信号，通过实测超声波在混凝土介质中传播的声时、PSD、频率和波幅衰减等声学参数，来判定桩身完整性的检测方法。但该方法只能检测到声测管范围内的砼质量，数据量偏小，对缺陷的判别精度不高；检测过程中超声波发射换能器和接收换能器必须同步升降，每个测点两探头高差变化不超过2cm，对技术人员的操作要求高。高应变动测法的基本原理是：使用重锤冲击桩顶，桩身向土中进一步贯入，以一维波动理论对桩顶的反力和加速度数据进行分析，从而对单桩竖向抗压承载力和桩身完整性进行判断，但该方法数据处理较为复杂，受技术人员水平影响较大。低应变动测法的基本原理是：采用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激振，产生的应力波向桩底传播后反射回桩顶，实测桩顶速度时程曲线，通过一维波动理论进行时域分析或频域分析，从而判定桩身完整性，该方法实施简单、成果可靠且成本较低，但当长径比过大，或是桩身存在多个缺陷时，检测精度低且对缺陷只能定性分析而不能定量分析。

分布式声波传感技术（Distributed Acoustic Sensing，简称DAS）是一种可以实现连续分布式声波或振动监测的新型分布式光纤传感技术，具有探测距离长、耐腐蚀、抗电磁干扰、成本低、可重复探测等优势。基于分布式声波传感技术，将一根纤细强韧的传感光缆植入灌注桩中，实现了桩身完整性检测，减少了对桩身截面削弱的同时提高了检测精度，降低了检测成本。

中国专利（CN202110068582.7）公开了一种基于分布式声波传感技术的钻孔灌注桩完整性检测装置及方法及装置，将应变感测光纤定点粘贴在钢筋笼的主筋上，钢筋笼下放后浇灌混凝土使应变感测光纤与桩身耦合；应变感测光纤通过熔接的方式与光纤引线连接，之后将光纤引线与分布式声波传感解调仪相连；根据场地条件及测试桩的参数，在桩头位置采用振动模块定时多次产生脉冲振动，本技术方案存在以下不足之处：

1.本技术方案中，光缆呈“U形”方式布设，其监测盲区大；

2.本技术方案中，钢筋笼下放后，需要准确定位应变感测光纤在桩身内的位置，这种方式是不科学的，因为分布式声波传感原理决定了解调仪的定位是与实际位置有出入的，需要边下光缆边通过主动激发的方式、借助解调仪定位，待钢筋笼下放完以后再定位必然会出现缺陷定位不准确的问题；