[其他]桩质量无损检验的水电效应法及其装置

说明书

本发明涉及一种桩质量无损检验的方法，特别是一种瞬态强迫振动的应力波法。主要采用桩的自功率谱来判断桩的缺陷。

桩基在桥梁和建筑工程中被广泛应用，特别是不同直径的钻孔灌注桩应用更广，在欧洲已占全部用桩量的70%。钻孔桩和打入桩由于种种原因，会产生断裂，有夹杂物和混凝土疏松等缺陷。据国外统计，钻孔桩的损坏率为5～10%，这往往会造成很大危害。经典的钻岩蕊检查法虽然比较可靠，但是费力，费时，费用高，只能做抽样检查，不能对多数桩普遍检验。而静载试验法不能提供质量不好的原因，只是给出结果。目前桥梁工程中遇到的单桩长度由几米到几百米，直径由1米到2米;土层由淤泥、黄土到风化岩;桩头有的在水面以上，有的在水面以下。检验手段应该在这些情况下都能应用，此外对于群桩、单排桩以及在施工现场噪声较大和有交通干扰情况下的质量检验问题也应该加以考虑。为了确保工程质量，为桩的竣工验收服务，需要有一种检验钢筋混凝土桩基的简便、可靠的方法。这是工程界多年渴望解决的研究课题。无损检验技术在机械制造业中发展较快，应用较广。但在土木工程中，应用于象桩这样插入土中的弹性细长杆件，因受到多种复杂因素的影响，技术难度较大。十多年来提出的技术方法多种多样，如应力波传播法、预埋管声波探测法、力阻抗法、冲击法等。详细情况见中国杂志《国外公路》1983年第一期Pg50“国外桩基质量无损检验技术的发展”。但至今还没有一种方法能同时满足可探性、准确性和高效性的要求。

本发明的任务就是要克服以往检测方法的缺点，提出一种新的检测方法，具有测试准确，信噪比高，使用方便，功能多，成本低等显著优点。仅就振源而言，它与海洋石油地震勘探中电火花振源有相似之处。该种方法用于桩质量无损检验尚属首次。

本发明的任务是以如下方式完成的：

1.采用水电效应振源当电极在水中瞬间高压放电时，电极间隙附近范围很小的水介质迅速升温气化，形成高温高压气团，因而形成很强大的脉冲压力波，这就是所谓的水电效应。应用水电效应振源发射窄脉冲，宽频带的声波作为桩的激振力，其特点是不改变响应信号的频谱。其能量大，压力高达几千个大气压，足以使振动波由桩顶传到桩底又反射回桩顶，从而使得响应信号的幅值较大。而超声波由于衰减过大，则不具备这一优点。该脉冲力作用时间很短，只有数十微秒。产生的声波在频率域f＜1000Hz是宽频带，因而不改变响应信号的频谱，这一点很重要。采用该法试验速度快，激振方便，重复性好。各次激振的能量，可以控制得大致相等。

2.应用水声法接收响应信号桩受激励后，同时产生纵波、横波和表面波。沿桩反射到桩顶的纵波，能反映整个桩身结构的完整性，是需要要接收的有用信号，后两项是干扰信号。为了清晰地鉴别纵波，必须设法滤去横波和表面波，以提高所记录信号的信噪比。一般的方法是采用滤波器，但当桩的直径较大时，表面波的频率趋近于输入脉冲的频率，因此不再能够用滤波器。利用水的剪切模量为零，不能传递剪应变的特性，在桩顶安装蓄水管，以水介质滤去反射回桩顶面的横波和表面波，它们皆属剪切波。然后用水听器接收信号。因振源信号是窄脉冲，宽频带，所用的水听器和接收仪器也是宽频带的，故包括振源、桩、水听器在内的整个系统的频谱能够如实地反映桩的频谱，这样接收的信号可以较好地消除测试系统的影响。水听器亦称检波器，本试验采用的实际上是一个压电晶体传感器，放在水中就可以接收桩头响应的振动加速度信号，用磁带录音机记录信号，则横波和表面波即被排除。所录信号中还包括了水管径向振动和管内水的垂直向及水平向的反射信号，这些信号的频率都大于1000Hz，用低通滤波器滤去。整个试验重复进行多次，每次时间间隔5～15秒，对信号数据进行平均运算，从而可以消除信号的随机误差，即可以消除信号中的环境噪声。采取以上几方面的措施后，使信号的信噪比大大提高，可达到40db以上。即使周围有交通干扰和施工现场干扰，也可准确地进行测试，大大使得了检验工作的进行。

3.响应信号的处理用信号数据处理机或用数字信号频谱仪水听器接收的信号，用磁带录音机记录，经低通滤波器滤去不需要的高频信号后，送入信号数据处理机做快速付立叶变换，进行变换信号形态的工作。把时域内波形曲线变换到频率域内得出自功率谱等。对混杂有噪音的信号进行自功率谱分析，能更好地突出有用信息，从而进一步去掉信号中不需要的随机成分，包括测试系统带入的干扰。该法通过转换模拟信号为数据信号，可对信号数据进行自动处理，比之模拟分析要优越得多。