[其他]樁質量無損檢驗的水電效應法及其裝置

在審

• 申請號: 101985000004819
• 申請日: 1985-06-19
• 公開（公告）號: CN85104819B
• 公開（公告）日: 1987-09-09
• 發明（設計）人: 趙學勐;張用謙;李達祥
• 申請（專利權）人: 西安公路研究所
• 代理公司: 陜西省發明專利服務中心
• 代理人: 霍仲牛

本發明提供了一種樁質量無損檢驗的水電效應法，主要采用瞬態傳遞函數分析來判斷樁的缺陷。在樁側壁或樁頂的蓄水管外安置速度計，獲得的速度響應信號與水聽器接受的信號同時進行傳遞函數分析，得到導納幅值ｖ／Ｆ～ｆ曲線以及頻差，動剛度。測試時，速度計（４）和水聽器（３）一起與傳聲放大器，多通道磁帶錄音機，低通濾波器，信號處理機和Ｘ－Ｙ記錄儀相連。該法對各種缺陷可以進行定量判斷，較之已有水電效應法自功率譜分析更加準確。

本發明涉及一種樁質量無損檢驗的方法，特別是一種瞬態強迫振動的應力波法。主要采用樁的自功率譜來判斷樁的缺陷。

樁基在橋梁和建筑工程中被廣泛應用，特別是不同直徑的鉆孔灌注樁應用更廣，在歐洲已占全部用樁量的70%。鉆孔樁和打入樁由于種種原因，會產生斷裂，有夾雜物和混凝土疏松等缺陷。據國外統計，鉆孔樁的損壞率為5～10%，這往往會造成很大危害。經典的鉆巖蕊檢查法雖然比較可靠，但是費力，費時，費用高，只能做抽樣檢查，不能對多數樁普遍檢驗。而靜載試驗法不能提供質量不好的原因，只是給出結果。目前橋梁工程中遇到的單樁長度由幾米到幾百米，直徑由1米到2米;土層由淤泥、黃土到風化巖;樁頭有的在水面以上，有的在水面以下。檢驗手段應該在這些情況下都能應用，此外對于群樁、單排樁以及在施工現場噪聲較大和有交通干擾情況下的質量檢驗問題也應該加以考慮。為了確保工程質量，為樁的竣工驗收服務，需要有一種檢驗鋼筋混凝土樁基的簡便、可靠的方法。這是工程界多年渴望解決的研究課題。無損檢驗技術在機械制造業中發展較快，應用較廣。但在土木工程中，應用于象樁這樣插入土中的彈性細長桿件，因受到多種復雜因素的影響，技術難度較大。十多年來提出的技術方法多種多樣，如應力波傳播法、預埋管聲波探測法、力阻抗法、沖擊法等。詳細情況見中國雜志《國外公路》1983年第一期Pg50“國外樁基質量無損檢驗技術的發展”。但至今還沒有一種方法能同時滿足可探性、準確性和高效性的要求。

本發明的任務就是要克服以往檢測方法的缺點，提出一種新的檢測方法，具有測試準確，信噪比高，使用方便，功能多，成本低等顯著優點。僅就振源而言，它與海洋石油地震勘探中電火花振源有相似之處。該種方法用于樁質量無損檢驗尚屬首次。

本發明的任務是以如下方式完成的：

1.采用水電效應振源當電極在水中瞬間高壓放電時，電極間隙附近范圍很小的水介質迅速升溫氣化，形成高溫高壓氣團，因而形成很強大的脈沖壓力波，這就是所謂的水電效應。應用水電效應振源發射窄脈沖，寬頻帶的聲波作為樁的激振力，其特點是不改變響應信號的頻譜。其能量大，壓力高達幾千個大氣壓，足以使振動波由樁頂傳到樁底又反射回樁頂，從而使得響應信號的幅值較大。而超聲波由于衰減過大，則不具備這一優點。該脈沖力作用時間很短，只有數十微秒。產生的聲波在頻率域f＜1000Hz是寬頻帶，因而不改變響應信號的頻譜，這一點很重要。采用該法試驗速度快，激振方便，重復性好。各次激振的能量，可以控制得大致相等。

2.應用水聲法接收響應信號樁受激勵后，同時產生縱波、橫波和表面波。沿樁反射到樁頂的縱波，能反映整個樁身結構的完整性，是需要要接收的有用信號，后兩項是干擾信號。為了清晰地鑒別縱波，必須設法濾去橫波和表面波，以提高所記錄信號的信噪比。一般的方法是采用濾波器，但當樁的直徑較大時，表面波的頻率趨近于輸入脈沖的頻率，因此不再能夠用濾波器。利用水的剪切模量為零，不能傳遞剪應變的特性，在樁頂安裝蓄水管，以水介質濾去反射回樁頂面的橫波和表面波，它們皆屬剪切波。然后用水聽器接收信號。因振源信號是窄脈沖，寬頻帶，所用的水聽器和接收儀器也是寬頻帶的，故包括振源、樁、水聽器在內的整個系統的頻譜能夠如實地反映樁的頻譜，這樣接收的信號可以較好地消除測試系統的影響。水聽器亦稱檢波器，本試驗采用的實際上是一個壓電晶體傳感器，放在水中就可以接收樁頭響應的振動加速度信號，用磁帶錄音機記錄信號，則橫波和表面波即被排除。所錄信號中還包括了水管徑向振動和管內水的垂直向及水平向的反射信號，這些信號的頻率都大于1000Hz，用低通濾波器濾去。整個試驗重復進行多次，每次時間間隔5～15秒，對信號數據進行平均運算，從而可以消除信號的隨機誤差，即可以消除信號中的環境噪聲。采取以上幾方面的措施后，使信號的信噪比大大提高，可達到40db以上。即使周圍有交通干擾和施工現場干擾，也可準確地進行測試，大大使得了檢驗工作的進行。