[发明专利]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

说明书

本发明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；分布式声波传感解调仪采集每次激振后桩身内应变感测光纤的应变数据；将所有采集到的应变数据传输至光纤数据处理模块，经光纤数据处理模块得到桩身内应力波的速度信号；结果分析模块根据桩身内应力波的速度信号得到桩基的缺陷程度及位置，并以图表等形式显示在桩基完整性评价模块中。

技术领域

本发明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，涉及钻孔灌注桩桩身质量检测的技术领域。

背景技术

钻孔灌注桩在我国高层建筑、重型厂房、桥梁等工程中得到普遍应用，将上部结构的荷载，通过较软弱的土层或水传递到深部较坚硬、压缩性较小的土层或岩层中。一般打桩需要先用机械钻孔等手段在地基土中形成桩孔，并在其内放置钢筋笼。之后再灌注混凝土形成灌注桩。由于在钢筋笼下放和混凝土浇灌过程中会出现塌孔，缩颈和沉渣过厚等问题，会对钻孔灌注桩的成桩质量产生影响。因此，钻孔灌注桩桩身浇灌质量检测对后期建筑安全使用具有十分重要的意义。

目前针对灌注混凝土之后桩身完整性无损检测方法主要有高、低应变动测和声波透射法。

高、低应变动测的基本原理是：基于一维杆件的波动理论。将桩体简化并假设为一维弹性杆件模型，用波阻抗来描述桩身截面变化，当桩头受瞬态力激振后，引起桩头质点振动，并以应力波的形式向桩底传播。当波在均匀介质中传播时，波的传播速度、幅度和类型均保持不变；但当波在不均匀介质(波阻抗发生变化)中传播时，它将产生反射、透射或散射现象，波的强度将发生突变,导致扰动能量重新分配，一部分能量穿过界面向前传播为透射波，而另外一部分能量反射回原介质。在实际工程中透射波不易测得，但反射波可在其传至桩顶时由安装在桩顶的传感器(加速度计或速度计)测得。传感器接收不同波阻抗的变化情况，判断桩身缺陷性质，确定缺陷位置，计算桩长，并由实测波速定性评价桩身混凝土强度对桩的质量进行评价。声波透射法的基本原理是在预埋声测管之间发射并接收声波，通过实测声波在混凝土介质中传播的声时、频率和波幅衰减等声学参数的相对变化，对桩身完整性进行检测的方法。

上述方法均能够进行钻孔灌注桩桩身完整性质量的检测，也存在各自的局限性。高、低应变法容易受到周围环境的影响，对小缺陷的灵敏度不高；声波透射法则需要在桩身内预埋若干根平行于桩纵轴的声测管，一定程度上破坏了桩基的完整性，当为三根声测管时，桩基的中心区域为检测盲区；并且以上方法均无法对桩基在使用过程中进行长期的监测。

分布式声波传感技术是一种利用光纤后向瑞利散射干涉效应实现声波信号连续分布式探测的新型传感技术，简称DAS。该技术具有灵敏度高、防腐蚀、分布式、抗电磁干扰等优点，可以实现桩身全长的桩基质量检测，并且不需要布设大量的感测元件，仅需要一条应变感测光纤，不仅减少了对桩身的破坏，而且降低了检测的成本。

发明内容

本发明的目的是提供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，基于应力波响应原理，预埋光纤传感器，采用高精度和高灵敏度的分布式声波传感技术对灌注后的桩身进行应力波波速检测，通过分析应力波波速变化的幅值、相位和波幅衰减来确定桩身缺陷的大小和位置等信息，最终对桩基的完整性做出评价。该发明提高了桩基质量检测的精度，并保证了桩身的完整性，传感光纤保护措施到位，可以用于长期的桩身完整性的质量检测。