基于桩基检测中声测管弯曲现象的识别方法

2022-01-20 09:37:56 返回列表

利用声波仪的低通采集技术和宽频带接收技术,依次全剖面获得发射换能器和接收换能器所在平面测线的500Hz以上频段声波信号,得到全剖面实测声波信号;针对全剖面实测声波信号,计算实时声波波速,同时得到全剖面平均波速,并获得全剖面波速变化图;针对所述全剖面实测声波信号进行傅里叶变换,得到全剖面声波信号频谱图。

根据已知设计桩径和所述全剖面平均波速,计算各点的预估特征频率,并利用刻度在所述全剖面声波信号频谱图中自动进行连续标识,提取所述全剖面波速变化图中波速异常区域,并与所述实际特征频率标识图进行比对,区分弯管效应和桩身缺陷。

A)仪器选择与参数设定

利用声波仪的低通采集技术和宽频带接收技术,依次全剖面获得发射换能器和接 收换能器所在平面测线的500Hz以上频段声波信号,得到全剖面实测声波信号;试验所使用仪器为如图3所示的非金属超声波检测仪,配有如图4所示的圆环式径 向换能器,发射换能器主频分别为40kHz、60kHz,接收换能器主频为60kHz。实测信号均由 1#、2#圆桩(如图1、图2所示)声波透射法检测获得。仪器参数设置为:采样步距为10cm,采样 点数为2048个,采样间隔为3μs,通频带设置为10Hz-60kHz,延迟时间0μs,发射电压500v,信 号后处理使用超声分析系统软件。其中,所述声波仪和接收换能器,能够接收500Hz以上的声波信号。另外,为确保宽 频带响应和接收能力,所用发射换能器和接收换能器不能采用相同的谐振峰,发射换能器 谐振峰不得高于接收换能器谐振峰频率值的三分之二。


图1


图2

(B)实验方法

针对所述全剖面实测声波信号,计算实时声波波速,同时得到全剖面平均波速,并 获得全剖面波速变化图;常规对测,分别采用主频为40kHz、60kHz的换能器发射,主频为60kHz的换能器接收,采集两组试验信号。

(C)数据处理

a判断波速是否发生异常

针对所述全剖面实测声波信号进行傅里叶变换,得到全剖面声波信号频谱图; 针对所述全剖面实测声波信号,根据到时和声测管管间距,计算实时声波波速,获 得全剖面声波波速变化图,判断波速相较场地经验波速和其他实测波速是否发生异常。 具体地,针对所述全剖面实测声波信号,根据到时和声测管管间距,计算实时声波 波速,根据各待测点实时波速平均计算得到全剖面平均波速,同时获得全剖面波速变化图。 b确定预估特征频率

根据已知设计桩径和所述全剖面平均波速,计算各点的预估特征频率,并利用刻 度在所述全剖面声波信号频谱图中自动进行连续标识; 具体地,按公式计算测点预估特征频率fm=kca/2Dd,Dd为设计直径,其中fm为求取 的预估特征频率值,k为修正系数取k=1 .0,ca为全剖面平均波速;根据所述预估特征频率, 依序在所述全剖面频谱图中自动进行逐点标识。

c确定实际特征频率

根据所述全剖面声波信号频谱图,在所述预估特征频率附近找到谐振峰对应的实 际特征频率,修改所述自动完成的标识形成实际特征频率标识图; 具体地,在所述全剖面高精度频谱图中,在所述预估特征频率附近查找谐振峰,获取真正的特征频率,并予以标识。

d识别声测管弯曲现象

所述区域波速异常,而所述实际特征频率基本没有发生变化,则所述波速异常属 于弯管效应,与桩身质量无关;所述区域波速偏低,与此同时,所述实际特征频率高出设定 阈值,则属于桩身质量问题。

提取所述全剖面波速变化图中波速异常区域,并与所述实际特征频率标识图进行 比对,区分弯管效应和桩身缺陷。


如图3所示,为桩身混凝土出现缺陷的情况,缺陷包括空洞、混凝土离析、缩颈、局 部疏松等。声测管弯管则是由于设计或者施工方面的原因,造成声测管在同节钢筋笼中位 置出现相对偏移。严格来说声测管弯管并不算缺陷,但弯管处检测到的信号往往会显示出 缺陷部位的特征,弯管处由于测点间距增大造成声波到时增大,此时使用预设的管间距求 出的波速无疑会减小,而当管间距正常但桩身内部存在缺陷时同样也会出现波速下降的情 况,二者实测信号各有异同,要想准确区分有一定的难度。对于实际工程中出现波速突然减 小情况,此时如何判断桩身内部情况一直都是工程重点与难点。频域分析法可以很好的解 决这一工程难题。