用于基桩检测声波透射法的纵向剖面等效桩径计算方法技术

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纵向剖面等效桩径计算方法，包括：采用低通采集技术和宽频带接收技术，依次测量剖面各点实时声波信号，获得剖面波速变化图；并进行傅里叶变换，得到剖面声波信号频谱图；根据波速变化图和设计桩径计算各点预估特征频率，在频谱图中寻找各待测点预估特征频率附近的实际特征频率；根据剖面波速变化图和所述实际特征频率标识图，计算剖面各测点桩径，获得剖面各测点桩径变化图；对同一横截面不同测线获得的桩径进行比较和平均，获得所述截面的平均等效桩径，构成新的剖面等效桩径变化图，绘制等效桩径随深度变化曲线。本发明专利技术方法弥补了桩基检测行业在混凝土灌注桩桩径检测上的空缺。

【技术实现步骤摘要】
用于基桩检测声波透射法的纵向剖面等效桩径计算方法
本专利技术属于工程测量领域，更具体地，涉及一种基于声波透射频域分析计算桩径的方法。
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。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，尚未有提出测试实际桩身直径的有益方法。
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声波透射频域分析计算桩径的方法，其目的在于提出测试实际桩身直径的方案，由此解决现有技术中无法测试实际桩身直径的技术问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种用于基桩检测声波透射法的纵向剖面等效桩径计算方法，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；针对所述全剖面实测声波信号，计算各待测点实时波速，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待测点实时波速，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；根据所述全剖面波速变化图和所述实际特征频率标识图，计算全剖面各测点桩径，获得全剖面各测点桩径变化图；根据不同剖面获得的各测点桩径变化图，对同一横截面不同测线获得的桩径进行比较和平均，获得所述截面的平均桩径，构成新的全剖面桩径变化图，绘制桩径随深度变化曲线。本专利技术的一个实施例中，所述声波仪和接收换能器，用于接收500Hz以上的信号。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，计算各待测点实时波速，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，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：利用声波仪对所述接收换能器获取的对应各待测位置的实时声波信号中的500Hz以上频段信号进行全剖面的傅里叶变换，获得各待测点的全剖面声波信号频谱图。本专利技术的一个实施例中，根据所述全剖面波速变化图中各测点的实时波速和设计桩径计算各相应点的预估特征频率，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＝kc/2Dd求取待测点预估特征频率，其中fm为求取的预估特征频率，k为修正系数取k＝1.0，c为待测点实时波速，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，形成实际特征频率标识图。本专利技术的一个实施例中，所述根据所述全剖面波速变化图和所述实际特征频率标识图，计算全剖面各测点桩径，具体为：D′＝kc/2fm′其中，D′为求取的所述待测位置的实际桩径，k为修正系数取，k＝1.0,c为测量得到的待测位置的实时波速，fm′为所述待测位置的实际特征频率值。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。当下的检测工作中由于现有的声波测试技术对于无法检测混凝土灌注桩的实际直径；频域分析方法在很大程度上弥补了当下测试中存在的以上几项问题，使得测试结果更易分析判断，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。当下的工程实践中，没有对混凝土灌注桩桩径的测试提出行之有效的方法。该项技术的专利技术弥补了桩基检测行业在混凝土灌注桩桩径检测上的空缺。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纵向剖面等效桩径计算方法；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1#灌注桩在4.9m处的频谱示意图；图8是本专利技术实施例中1#灌注桩在0.5m处的接收信号频谱示意图；图9是本专利技术实施例中1#灌注桩在1.3m处的接收信号频谱示意图；图10是本专利技术实施例中1#灌注桩在3.1m处的接收信号频谱示意图；图11是本专利技术实施例中1#灌注桩在6.0m处的接收信号频谱示意图；图12是本专利技术实施例中1#灌注桩在7.6m处的接收信号频谱示意图；图13是本专利技术实施例中1#灌注桩在8.5m处的接收信号频谱示意图；图14是本专利技术实施例中2#灌注桩在1.1m处的接收信号频谱示意图；图15是本专利技术实施例中2#灌注桩在3.0m处的接收信号频谱示意图；图16是本专利技术实施例中2#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纵向剖面等效桩径计算方法，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；针对所述全剖面实测声波信号，计算各待测点实时波速，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待测点实时波速，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；根据所述全剖面波速变化图和所述实际特征频率标识图，计算全剖面各测点桩径，获得全剖面各测点桩径变化图；根据不同剖面获得的所述全剖面各测点桩径变化图，对同一横截面不同测线获得的桩径进行比较和平均，获得所述截面的平均等效桩径，构成新的全剖面等效桩径变化图，绘制等效桩径随深度变化曲线。

【技术特征摘要】
1.一种用于基桩检测声波透射法的纵向剖面等效桩径计算方法，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；针对所述全剖面实测声波信号，计算各待测点实时波速，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待测点实时波速，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；根据所述全剖面波速变化图和所述实际特征频率标识图，计算全剖面各测点桩径，获得全剖面各测点桩径变化图；根据不同剖面获得的所述全剖面各测点桩径变化图，对同一横截面不同测线获得的桩径进行比较和平均，获得所述截面的平均等效桩径，构成新的全剖面等效桩径变化图，绘制等效桩径随深度变化曲线。2.如权利要求1所述的用于基桩检测声波透射法的纵向剖面等效桩径计算方法，其特征在于，所述声波仪和接收换能器，用于接收500Hz以上的信号。3.如权利要求1或2所述的用于基桩检测声波透射法的纵向剖面等效桩径计算方法，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纵向剖面等效桩径计算方法，其特征在于，针对所述全剖面实测声波信号，计算各待测点实时波速，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，获得全剖面波速变...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪峰，王淼坤，谢建伟，朱正，瞿为，朱田，戴飞飞，朱俊涛，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42