一种混凝土灌注桩静载荷试验过程中桩顶的实时安全监测方法技术

本发明专利技术公开了一种混凝土灌注桩静载荷试验过程中桩顶的实时安全监测方法，在混凝土灌注桩浇注过程中，在桩顶预埋若干成对的压电骨料驱动器和压电骨料传感器，将压电骨料驱动器通过线缆引出桩身外与信号发生器相连，将压电骨料传感器分别通过线缆引出桩身外与数据采集卡相连，将数据采集卡与数据分析终端相连，浇注并养护混凝土灌注桩；养护结束后，搭建静载荷试验平台，将未加载时信号发生器通过压电骨料驱动器产生激励信号，压电骨料传感器接收的信号作为基准信号，载荷加载，监测不同加载阶段传感器的接收信号，并与基准信号进行对比，通过信号变化判断桩顶受损情况。本发明专利技术成本低廉，监测与试验过程同步，可最大程度保证监测准确性。

【技术实现步骤摘要】
一种混凝土灌注桩静载荷试验过程中桩顶的实时安全监测方法
本专利技术属于地基基础检测工程
，涉及一种对混凝土灌注桩静载荷试验过程中灌注桩受损程度监测技术，具体涉及一种混凝土灌注桩静载荷试验过程中桩顶的实时安全监测方法。
技术介绍
灌注桩静载荷试验对于检测基桩承载力来说被认为是一种最直观、最可靠的传统方法。常见的试验平台由反力装置、加载装置、荷载和位移测量装置和数据采集装置组成。采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件确定单桩竖向抗压承载力，是目前公认的检测基桩竖向抗压承载力最直观、最可靠的试验方法。桩顶部位混凝土在试验和上部结构加载时所受的轴力较大，是桩基础静载荷试验时或受载后最容易产生破坏的部位之一。静载荷试验过程中常常由于桩身混凝土未到龄期、桩身混凝土强度不足、桩顶面处理不到位，桩顶中心线与桩身中心线不重合等原因使桩顶提前破坏导致试验失败甚至引发安全事故。以压电智能骨料为代表的智能材料作为各类结构物无损检测已得到快速发展和应用。压电智能骨料(SmartAggregate)由接有导线的压电陶瓷片、外层防水涂层、环氧树脂胶和大理石保护层组成。压电陶瓷片是一种能将机械能和电能互相转换的信息功能材料，因其具有正负压电效应、响应迅速、较宽的响应频带等优点，可以感知混凝土内部的应力变化，并对结构内部的裂缝发生、发展进行实时监测。压电陶瓷片防水处理后上下用环氧树脂胶进行粘结，并用近似于混凝土骨料的大理石进行保护封装，因于其易于制作、灵敏度高、成本低廉能耗低等特点，在混凝土结构的检测、监测方面有着广阔的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对目前对混凝土灌注桩静载荷试验桩顶混凝土安全监测领域的空白，提出一种混凝土灌注桩静载荷试验过程中桩顶的实时安全监测方法。应用两层环向均匀分布于桩顶的压电骨料，上层作为传感器、下层作为驱动器，实时监测加载过程中各个压电骨料传感器接收到信号能量的衰减情况，对试验过程中桩顶部位混凝土的裂缝发生、发展情况进行监测，避免因混凝土强度不足、反力装置布设不当或质量原因桩顶部位混凝土突然破坏造成试验失败并引发工程事故。本专利技术的目的是这样实现的：一种混凝土灌注桩静载荷试验过程中桩顶的实时安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、在混凝土灌注桩浇注过程中，在桩顶预埋若干成对的压电骨料驱动器和压电骨料传感器，其中多个压电骨料驱动器位于同一层，在混凝土灌注桩周向均匀分布，对应的压电骨料传感器也位于同一层。且与相应的压电骨料驱动器位于同一铅垂线上；步骤2、将压电骨料驱动器通过线缆引出桩身外与信号发生器相连，将压电骨料传感器分布通过线缆引出桩身外与数据采集卡相连，将数据采集卡与数据分析终端相连，浇注并养护混凝土灌注桩；步骤3、待混凝土灌注桩养护结束后，搭建静载荷试验平台，信号发生器通过压电骨料驱动器产生激励信号，压电骨料传感器此时接收的信号经过数据采集卡采集传递给数据分析终端，提取的特征参数作为基准信号，构建识别特征参数基准值；步骤4、进行静载荷试验，在载荷加载过程中，按照步骤3方法，信号发生器通过压电骨料驱动器持续产生激励信号，通过数据分析终端监测静载荷试验加载各阶段的信号识别特征参数并将其与基准值进行对比，建立以传感器能量相对变化率作指标的评判标准，通过信号识别特征参数的变化判断静载荷试验过程中桩顶安全和完整性的变化，在试验过程中若某个或某几个压电骨料传感器接收信号变化率变小或出现负值时，则表示桩身混凝土中出现了裂缝，导致信号能量耗散，而裂缝的大致位置可定位在能量相对变化率异常的压电骨料传感器监测范围对应的部位，能量相对变化率的负值越大，说明桩身混凝土的受损情况越严重。进一步地，所述步骤4中，所述信号识别特征参数为能量值，所述压电骨料传感器接收信号的能量值表示为：其中，ts和tf分表表示接收信号的初始时刻和结束时刻，y(t)和fs分别表示接收信号的离散采样值和采样频率。所述评判标准定义为接收信号能量值的相对变化率R，由下式计算：其中，E0为载荷加载前的基准能量值，E1为载荷加载过程中实时测得的基准能量值。进一步地，所述步骤1中，所述压电骨料驱动器位于压电骨料传感器也下方。进一步地，所述步骤1中，所述压电骨料驱动器和压电骨料传感器分别通过下托板和上托板固定在混凝土灌注桩的钢筋笼上。进一步地，所述下托板和上托板的结构完全一样，均为环形骨架，所述环形骨架上设有若干均布的卡座，所述压电骨料驱动器或压电骨料传感器安装在卡座内后通过环氧树脂胶进行填充封装，将其进行包裹保护，所述环形骨架焊接固定在混凝土灌注桩的钢筋笼内。进一步地，所述环形骨架外周上设有与混凝土灌注桩的桩身主筋配合的卡口。所述环形骨架通过卡口与桩身钢筋咬合定位后再焊接相连。进一步地，所述环形骨架上的压电骨料驱动器或压电骨料传感器有5-12个。进一步地，所述下托板和上托板上的卡座对应相对设置，使得相应的压电骨料驱动器和压电骨料传感器相对设置。进一步地，所述数据采集卡为NI数据采集卡，连接压电骨料驱动器及压电骨料传感器的线缆为BNC线缆，所述数据分析终端为计算机终端，连接计算机终端的线缆为USB线缆，所述信号发生器与压电骨料驱动器之间还设有功率放大器。进一步地，步骤4中，所述信号发生器发出的激励信号为正弦扫频激励电信号。进一步地，在施工现场将装有驱动器和传感器的下托板、上托板与绑扎的钢筋笼牢固焊接在一起。线缆用保护套管保护并与箍筋固定；两层托板相对设置在桩顶部位，上托板距设计桩顶标高不小于10cm，下托板位置距离设计桩顶标高不大于1倍桩径距离。本专利技术具有下列优点和积极效果：①本专利技术适用于各种尺寸和各种施工工艺的灌注桩型，根据实际工程需求，灵活布置驱动器/传感器；②本专利技术安装简便、成本低廉与桩基工程同步施工，与静载试验同步监测，是一种针对桩身混凝土的无损监测方法；③本专利技术实时监测加载过程驱动器和传感器监测范围内的桩顶混凝土完整性以及裂缝发生、发展的情况。当裂缝快速扩展时及时中止试验，可避免安全事故发生，监测数据亦可用于试验失败和工程质量事故原因分析；④本专利技术不仅能用于静载试验期间，监测结束后做好数据线缆的保护，同样可用于上部结构施工及建筑物运营期间桩基础工程的安全监测。综上所述，本专利技术安装和使用方便、成本低廉，伴随桩身混凝土浇筑一同完成，不影响施工工期和桩体强度，监测与试验过程同步，可实现试验全过程的实时监测，适用各种环境和各种施工工艺的灌注桩，尤其对大直径、大吨位的灌注桩效果显著。附图说明图1是本专利技术实施例1中实时安全监测装置结构框图。图2是本专利技术实施例2中实时安全监测装置结构框图。图3是本专利技术实施例2整体示意图。图4是本专利技术实施例1桩身内部与钢筋连接示意图。图5是本专利技术实施例1托板构造示意图。图6是本专利技术实施例中卡座剖视图。附图标记：1-钢筋笼，2-主筋，3-箍筋，4-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混凝土灌注桩静载荷试验过程中桩顶的实时安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1、在混凝土灌注桩浇注过程中，在桩顶预埋若干成对的压电骨料驱动器和压电骨料传感器，其中多个压电骨料驱动器位于同一层，在混凝土灌注桩周向均匀分布，对应的压电骨料传感器也位于同一层，且与相应的压电骨料驱动器位于同一铅垂线上；/n步骤2、将压电骨料驱动器通过线缆引出桩身外与信号发生器相连，将压电骨料传感器分布通过线缆引出桩身外与数据采集卡相连，将数据采集卡与数据分析终端相连，浇注并养护混凝土灌注桩；/n步骤3、待混凝土灌注桩养护结束后，搭建静载荷试验平台，信号发生器通过压电骨料驱动器产生激励信号，压电骨料传感器此时接收的信号经过数据采集卡采集传递给数据分析终端，提取的特征参数作为基准信号，构建识别特征参数基准值；/n步骤4、进行静载荷试验，在载荷加载过程中，按照步骤3方法，信号发生器通过压电骨料驱动器持续产生激励信号，通过数据分析终端监测静载荷试验加载各阶段的信号识别特征参数并将其与基准值进行对比，建立以传感器能量相对变化率作指标的评判标准，通过信号识别特征参数的变化判断静载荷试验过程中桩顶安全和完整性的变化，在试验过程中若某个或某几个压电骨料传感器接收信号变化率变小或出现负值时，则表示桩身混凝土中出现了裂缝，导致信号能量耗散，而裂缝的大致位置可定位在能量相对变化率异常的压电骨料传感器监测范围对应的部位，能量相对变化率的负值越大，说明桩身混凝土的受损情况越严重。/n...

【技术特征摘要】
1.一种混凝土灌注桩静载荷试验过程中桩顶的实时安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、在混凝土灌注桩浇注过程中，在桩顶预埋若干成对的压电骨料驱动器和压电骨料传感器，其中多个压电骨料驱动器位于同一层，在混凝土灌注桩周向均匀分布，对应的压电骨料传感器也位于同一层，且与相应的压电骨料驱动器位于同一铅垂线上；
步骤2、将压电骨料驱动器通过线缆引出桩身外与信号发生器相连，将压电骨料传感器分布通过线缆引出桩身外与数据采集卡相连，将数据采集卡与数据分析终端相连，浇注并养护混凝土灌注桩；
步骤3、待混凝土灌注桩养护结束后，搭建静载荷试验平台，信号发生器通过压电骨料驱动器产生激励信号，压电骨料传感器此时接收的信号经过数据采集卡采集传递给数据分析终端，提取的特征参数作为基准信号，构建识别特征参数基准值；
步骤4、进行静载荷试验，在载荷加载过程中，按照步骤3方法，信号发生器通过压电骨料驱动器持续产生激励信号，通过数据分析终端监测静载荷试验加载各阶段的信号识别特征参数并将其与基准值进行对比，建立以传感器能量相对变化率作指标的评判标准，通过信号识别特征参数的变化判断静载荷试验过程中桩顶安全和完整性的变化，在试验过程中若某个或某几个压电骨料传感器接收信号变化率变小或出现负值时，则表示桩身混凝土中出现了裂缝，导致信号能量耗散，而裂缝的大致位置可定位在能量相对变化率异常的压电骨料传感器监测范围对应的部位，能量相对变化率的负值越大，说明桩身混凝土的受损情况越严重。


2.如权利要求1所述混凝土灌注桩静载荷试验过程中桩顶的实时安全监测方法，其特征在于：所述步骤4中，所述信号识别特征参数为能量值，所述压电骨料传感器接收信号的能量值表示为：



其中，ts和tf分表表示接收信号的初始时刻和结束时刻，y(t)和fs分别表示接收信号的离散采样值和采样频率；
所述评判标准定义为接收信号能量值的相对变化率R，由下式计算：



其中，E0为载荷加载前的基准能量值，E1为载荷加载过程中实时测得的基准能量值。

...

【专利技术属性】
技术研发人员：张祎，李恒，梁亚斌，江健，
申请(专利权)人：湖北震泰建设工程质量检测有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42