一种用于基桩检测声波透射法的声测管弯曲现象识别方法技术

本发明专利技术属于工程测量领域，公开了一种用于基桩检测声波透射法的声测管弯曲现象识别方法，包括：采用低通采集、宽频带响应和接收技术，依次测量纵向剖面各点实时声波信号，获得全剖面波速变化图；对所述声波信号进行傅里叶变换，获得全剖面声波信号频域图；根据所述波速变化图和设计桩径计算各点预估特征频率；在所述全剖面声波信号频域图中寻找各待测点预估特征频率附近的实际特征频率；若所述剖面波速变化图中某区域实测波速明显偏离正常值，而所述声波信号频域图中特征频率依旧和预估特征频率接近，则该区域为声测管弯曲，与基桩质量无关；本发明专利技术方法有效解决了传统声波透射法难以解决的弯管效应引起的问题，避免了误判错判对工程可能造成的损失。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于工程测量领域，更具体地，涉及一种用于基桩检测声波透射法的声测管弯曲现象识别方法。
技术介绍
超声波穿过混凝土介质的过程中，介质本身性能和结构会对声波信号的各种声学参数产生影响。现阶段，在混凝土质量检测中一般考察的声学参数有波速、振幅、频率和波形。声波波速的变化：声波在材料不同的混凝土中传播的速度不同。一般情况下，混凝土介质的内部结构越致密，弹性模量越高，孔隙率越低，那么声波的波速和混凝土的强度也越高；声波在混凝土内部传播，当遇到缺陷(空洞、混凝土离析、缩颈、局部疏松等)，接收波声时大于正常部位。声波振幅的变化：由于接收波的后续波受到叠加波的干扰，会影响分析结果，因此，声波振幅通常指首波的振幅。接收波的振幅与声波穿过混凝土介质后的能量衰减相关，而衰减的大小可以在某程度上反映出混凝土的强度。接收波的波幅越低，声波穿过混凝土的衰减程度就越严重。当超声波在混凝土内部传播，遇到缺陷(空洞、混凝土离析、缩颈、局部疏松等)，振幅下降。波幅可以很直接的在接收波的波形图中观察出，与混凝土的质量息息相关，对混凝土缺陷的感应也是比较强，因此波幅是判断混凝土缺陷很重要参数。声波主频率的变化：超声波检测中的脉冲波为是含有很多不同频率成分的复频波。这种复频波在穿过混凝土介质后，不同频率成分的波衰减程度相异，频率越高，衰减程度越大。随着声波传播距离的增大，高频部分的量越来越少，导致接收波的主频率降低。当然，除了传播距离之外，当声波在传播过程中遇到缺陷，波的衰减加剧，造成接收波的主频率也会显著下降。声波波形的变化：脉冲波在混凝土中传播遇到缺陷会在缺陷的界面处发生反射、折射和绕射等，各种不同的波由于传播路径不同到达接收换能器的时间不同，导致不同相位和频率的波发生叠加，从而使接收波的波形畸变。所以，接收波的波形变化也是判断混凝土缺陷的依据。声波透射法检测技术用于检测混凝土灌注桩的完整性。在基桩成孔，混凝成桩前，在桩身内部预埋几根声测管作为声波发射和接收换能器的上下通道，在混凝土强度达标后开始检测，用声波检测仪沿桩的纵向方向以一定间距自下而上逐点检测。通过对声波穿过桩身的各截面的波形和声学参数的处理、分析，从而推断桩身混凝土的完整性，确定缺陷的位置，范围，程度。然而当下声波透射法检测桩身完整性领域，声测管发生弯曲现象时与混凝土桩身出现质量问题时往往出现相同的测试信号，分析中难以区分。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于基桩检测声波透射法的声测管弯曲现象识别方法，由此解决现有技术中无法识别声测管弯曲现象的问题。本专利技术提供了一种基于基桩检测声波透射法的声测管弯曲现象识别方法，所述方法包括：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；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；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；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。本专利技术的一个实施例中，所述声波仪和接收换能器，能够接收500Hz以上的声波信号。本专利技术的一个实施例中，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。本专利技术的一个实施例中，针对所述全剖面实测声波信号，计算实时波速，获得全剖面波速变化图，并计算得到全剖面平均波速，具体为：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。本专利技术的一个实施例中，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，具体为：利用声波仪获取全剖面实时声波信号，并进行全剖面傅里叶变换，获得全剖面各待测点声波信号频谱图。本专利技术的一个实施例中，根据全剖面声波全剖面平均波速和设计桩径计算各待测点的预估特征频率，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，具体为：利用公式fm＝kca/2Dd求取的预估特征频率，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，Dd为已知设计桩径；根据所述预估特征频率，依序在所述全剖面声波信号频谱图中自动进行逐点标识。本专利技术的一个实施例中，根据所述全剖面声波信号频谱图，在所述预估特征频率值附近找到实际特征频率值，修改所述自动完成的标识，形成实际特征频率标识图，具体为：在所述全剖面声波信号频谱图中，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，形成实际特征频率标识图。本专利技术的一个实施例中，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，具体为：比较所述全剖面波速变化图和所述实际特征频率标识图，如果波速异常区域实际特征频率正常，则属于弯管效应，其波速异常与桩身质量无关；若波速偏低区域实际特征频率同时高出所述预估特征频率10％以上，则所述波速偏低区域存在桩身质量问题。总体而言，由于混凝土灌注桩由于地下施工因素，无法观察，其成桩质量必须通过测试确定，相对于现有的其他测试方法，声波透射法的准确度更高。对于由于测试中出现的可能由于声测管弯管或是混凝土桩身质量问题造成的信号异常难以区分；测试结果往往因人而异，带有很大的人为因素，难免导致不可避免的争议，甚至还有出现误判。该项方法利用频域分析方法在很大程度上解决了当下测试中存在的问题，使得由于声测管弯管或是混凝土桩身质量问题造成的信号异常更易分析判断，具有更高的可行度，从而有利于保证工程质量以及促进了行业的发展。附图说明图1是本专利技术实施例中用于基桩检测声波透射法的声测管弯曲现象识别方法；图2是本专利技术实施例中常规对测法的原理示意图；图3是本专利技术实施例中一种声波检测仪的结构示意图；图4是本专利技术实施例中一种圆环式径向换能器的结构示意图；图5是本专利技术实施例中试验模型1号灌注桩的结构示意图；图6是本专利技术实施例中试验模型2号灌注桩的结构示意图；图7是本专利技术实施例中声测管弯管与缺陷示意图；图8是本专利技术实施例中测管实测波速-待测位置深度曲线示意图；图9是本专利技术实施例中测管计算桩径-待测位置深度曲线示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。如图1所示，为了解决上述问题，本专利技术实施例提供了一种基于基桩检测声波透射法的声测管弯曲现象识别方法，在某测量位置处的波速明显异常于其他正常波速值时，计算该测量位置处的预估特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于基桩检测声波透射法的声测管弯曲现象识别方法，其特征在于，所述方法包括：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；针对所述全剖面实测声波信号，计算实时波速，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；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全剖面实际特征频率标识图；提取所述全剖面波速变化图中波速异常区域，并与所述全剖面实际特征频率标识图进行比对，区分弯管效应和桩身缺陷。

【技术特征摘要】
1.一种用于基桩检测声波透射法的声测管弯曲现象识别方法，其特征在于，所述方法包括：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；针对所述全剖面实测声波信号，计算实时波速，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；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全剖面实际特征频率标识图；提取所述全剖面波速变化图中波速异常区域，并与所述全剖面实际特征频率标识图进行比对，区分弯管效应和桩身缺陷。2.如权利要求1所述的用于基桩检测声波透射法的声测管弯曲现象识别方法，其特征在于，所述声波仪和接收换能器，能够接收500Hz以上的声波信号。3.如权利要求1或2所述的用于基桩检测声波透射法的声测管弯曲现象识别方法，其特征在于，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。4.如权利要求1或2所述的用于基桩检测声波透射法的声测管弯曲现象识别方法，其特征在于，针对所述全剖面实测声波信号，计算实时波速，获得全剖面波速变化图，并计算得到全剖面平均波速，具体为：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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪峰，王淼坤，刘宏华，瞿为，谢建伟，朱田，王星，冯骥，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42