專利名稱：樁基樁底終孔巖性檢測判定技術(shù)的方法
以往的就地成孔灌注樁樁底終孔技術(shù)，通常是根據(jù)地質(zhì)鉆探報(bào)告、成孔巖碴、成孔鉆進(jìn)速度來綜合判斷。但地質(zhì)變化十分復(fù)雜，尤其在地層斷裂帶、石灰?guī)r地質(zhì)地貌等處，用Φ60、Φ101的地質(zhì)鉆芯很難準(zhǔn)確評價(jià)地層的實(shí)際情況，經(jīng)常出現(xiàn)在同一樁位內(nèi)的兩個或三個鉆芯的結(jié)果不一致，地下的重要地貌，如軟弱夾層、溶洞等也常常沒能披露出來，另外為了節(jié)省地質(zhì)鉆探費(fèi)用，地質(zhì)鉆探的密度通常不能滿足實(shí)際要求，在社會上確實(shí)也存在粗制濫造的地質(zhì)鉆探報(bào)告。按照依據(jù)地質(zhì)鉆探報(bào)告設(shè)計(jì)的支承樁、嵌巖樁樁底設(shè)計(jì)終孔標(biāo)高終孔的，常常出現(xiàn)重大的經(jīng)濟(jì)損失或嚴(yán)重的工程隱患。成孔施工過程根據(jù)成孔巖碴和成孔鉆進(jìn)速度，結(jié)合地質(zhì)鉆探報(bào)告來綜合判定樁底終孔標(biāo)高，由于巖碴是巖石的核心，同一地點(diǎn)不同地層的巖碴?duì)顟B(tài)近似或相似，經(jīng)驗(yàn)豐富的地質(zhì)工程師也難以準(zhǔn)確鑒定。成孔鉆進(jìn)速度除與巖層的強(qiáng)度有關(guān)外，也與巖石的韌性、錘頭結(jié)構(gòu)和沖擊能量、泥漿性能、排碴方法等因素有關(guān)。因此盡管采用設(shè)計(jì)代表、甲方代表、監(jiān)理、施工單位四方終孔的管理措施，錯誤的樁底終孔結(jié)果還經(jīng)常出現(xiàn)。根據(jù)掌據(jù)的資料，有的省份每年因樁底錯誤終孔而返工造成的直接損失多達(dá)數(shù)千萬元，而這些一般多發(fā)生在必須進(jìn)行樁基抽芯復(fù)查樁底持力層的重要基礎(chǔ)上，對于一般工程存在的工程質(zhì)量隱患更難于估計(jì)。
由于現(xiàn)有樁基終孔技術(shù)比較落后，判斷模糊，存在許多不確定因素，并且經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量事故和質(zhì)量隱患，給工程師造成巨大壓力，所以另一方面在樁基工程上更多的是因過度保守造成國家財(cái)產(chǎn)損失和資源浪費(fèi)。比如一項(xiàng)高速公路建設(shè)工程若共有5000根樁，其中3000根樁平均每根樁樁長比實(shí)際需要增加2米，就要增加約1500萬元以上的直接投入；也因樁基入巖成孔施工難度大，同時(shí)也消耗了施工承包單位約1000-2000萬元左右的利潤?？梢娨蜻^度保守造成國家財(cái)產(chǎn)和資源浪費(fèi)十倍于判斷失誤造成的損失，是更大規(guī)模的損失！在我國基礎(chǔ)建設(shè)全面發(fā)展的今天，每年因樁基終孔技術(shù)落后造成的直接損失和資源浪費(fèi)累計(jì)遠(yuǎn)在十億元以上。
現(xiàn)有的工程物探技術(shù)，如電探法、地震折射波法、地質(zhì)雷達(dá)和聲波測井等，設(shè)備昂貴、操作及分析技術(shù)復(fù)雜，專業(yè)化程度要求高，判斷結(jié)果存在多解性和模糊性，使用都有一定的局限性，還不能為廣大工程技術(shù)人員掌據(jù)和使用。為確保工程質(zhì)量，樁基施工質(zhì)量控制和管理程序上要?dú)v經(jīng)設(shè)計(jì)地質(zhì)初探、設(shè)計(jì)地質(zhì)詳探、施工地質(zhì)補(bǔ)探、四方終孔和成樁質(zhì)量檢測(如小應(yīng)變檢測、靜樁試驗(yàn)、鉆孔抽芯)五個階段，這其中需要許多資金投入和時(shí)間消耗。
本發(fā)明的目的是提供一種新的簡便、可靠的物探技術(shù)，通過測量樁基成孔過程中重錘沖擊巖層發(fā)出振蕩波的頻率等特征，來分析地下巖層的強(qiáng)度和構(gòu)造，達(dá)到數(shù)字化定性判斷地下巖層的特性的目的，結(jié)合地質(zhì)鉆探報(bào)告、巖碴碴樣等準(zhǔn)確判定樁底終孔標(biāo)高，從而達(dá)到確保樁基承載力、合理節(jié)約、避免工程質(zhì)量事故和質(zhì)量隱患的效果。
本發(fā)明的樁基樁底終孔巖性檢測判定技術(shù)的方法，其特征在于動態(tài)檢測儀器(1)通過導(dǎo)線(2)將傳感器(3)安放到樁基的成孔(4)的泥漿(5)中，檢測重錘(6)沖擊孔底的巖層(7)的巖面上時(shí)發(fā)出的沖擊振蕩波的激振頻率fa、或激振脈沖數(shù)Na，根據(jù)彈性碰撞理論，通過分析沖擊振蕩波的激振頻率fa、或激振脈沖數(shù)Na與巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R的相關(guān)關(guān)系，從而推算被檢巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R，做為樁基終孔標(biāo)高判定的主要依據(jù)。
根據(jù)彈性碰撞理論，重錘(6)與巖層(7)碰撞發(fā)出的沖擊振蕩波的激振頻率fa，主要與巖層的剛度、硬度(強(qiáng)度)、彈性模量有關(guān)，也與鍾重、鍾質(zhì)、落距、接觸面積、碰撞方向和碰撞速度有關(guān)。兩物體的強(qiáng)度越高沖擊產(chǎn)生的激振頻率越高fa；激振頻率fa還與構(gòu)成巖層剛度的結(jié)構(gòu)特征因素有關(guān)，如厚度、構(gòu)造、下臥層條件等。在樁基成孔施工及檢測過程中，重錘(6)相對做為一個標(biāo)準(zhǔn)體，鍾重、鍾質(zhì)、落距、接觸面積、碰撞方向和碰撞速度相對一致，因此激振頻率fa的變化主要反映出被檢巖層的強(qiáng)度及巖層結(jié)構(gòu)特征的差異性。當(dāng)巖層足夠厚時(shí)，可視為一個剛體，撞擊發(fā)出沖擊波中的激振頻率fa主要與巖層的巖石抗壓強(qiáng)度R相關(guān)，因此可以建立激振頻率fa與巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R的相關(guān)關(guān)系，利用這種關(guān)系做為樁基(4)終孔標(biāo)高判定的主要依據(jù)。當(dāng)巖層(7)厚度減薄、巖性風(fēng)化、破碎、或存在軟弱夾層、洞穴等時(shí)，巖層(7)的整體剛度降低，碰撞產(chǎn)生的激振頻率fa也隨之降低，這與由于巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R降低一樣，反映出地基能持供的承載力也隨之降低。被沖擊的巖層(7)巖性均勻一致，每錘產(chǎn)生的沖擊振蕩波的波形相同或相似，激振頻率fa的離差值??；如果巖層(7)的巖性均勻性差，巖質(zhì)、裂隙變化大，沖擊振蕩波的波形變化大、重復(fù)性差，激振頻率fa的離差值也增大。因此通過檢測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析和處理，可判斷被檢巖層的狀態(tài)和變化趨勢。
本發(fā)明的一種樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)作為樁基樁底終孔巖性檢測判定的專用動態(tài)檢測儀器(1)，其持征在于樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)由放大電路(8-1)、整形電路(8-2)、觸發(fā)器(8-3)、時(shí)基電路(8-4)、分頻器(8-5)、門控電路(8-6)、閘門電路(8-7)、計(jì)數(shù)器(8-8)、顯示器(8-9)等組成。由傳感器(3)檢測到的沖擊振蕩波的模擬電信號經(jīng)放大電路(8-1)放大，并經(jīng)整形電路(8-2)處理為數(shù)字信號、同時(shí)沖擊振蕩波經(jīng)觸發(fā)器(8-3)自觸發(fā)產(chǎn)生一個脈沖信號，脈沖信號同時(shí)啟動分頻器(8-5)的復(fù)位端和門控電路(8-6)的置位端，分頻器(8-5)的輸入端連接到時(shí)基電路(8-4)的輸出端，由時(shí)基電路(8-4)持供標(biāo)準(zhǔn)時(shí)基信號，分頻器(8-5)至設(shè)定延時(shí)后產(chǎn)生一個信號使門控電路(8-6)復(fù)位，門控電路(8-6)控制閘門電路(8-7)的開關(guān)時(shí)間，在閘門電路(8-7)的控制下沖擊振蕩波的激振脈沖數(shù)由計(jì)數(shù)器(8-8)計(jì)數(shù)，從而檢測到?jīng)_擊振蕩波的激振脈沖數(shù)Na，及換算的激振頻率fa。
本發(fā)明的持征在于將沖擊振蕩波在時(shí)程上劃分為主要反映巖層(7)碰擊激振階段和結(jié)構(gòu)受迫振動階段兩個時(shí)段，分別測量和分析兩個時(shí)段的激振頻率fa和振動頻率fb、或上述兩個時(shí)段內(nèi)的激振脈沖數(shù)Na和振動脈沖數(shù)Nb，通過分析兩個時(shí)段的激振頻率fa和振動頻率fb或激振脈沖數(shù)Na和振動脈沖數(shù)Nb的變化和關(guān)系，來推算巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R和分析巖層(7)構(gòu)造特征的差異性。將沖擊振蕩波在時(shí)程上劃分為主要反映巖層(7)碰擊激振階段和結(jié)構(gòu)受迫振動階段兩個時(shí)段來分別檢測，通過細(xì)化儀器檢測方法，提高了激振頻率fa和振動頻率fb的檢測準(zhǔn)確性，免除對檢測數(shù)據(jù)復(fù)雜的后處理過程，使檢測分析過程直接而簡便，適合廣大工程技術(shù)人員使用，有利于技術(shù)推廣。
本發(fā)明的一種樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)其持征在于，樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)增加了濾波器(8-10)、整形電路II(8-11)、門控電路II(8-12)、閘門電路II(8-13)、計(jì)數(shù)器II(8-14)、顯示器電路II(8-15)。濾波器(8-10)的輸入端和輸出端分別連接到放大電路(8-1)的輸出端和整形電路II(8-11)的輸入端，通過濾波器濾除高頻的激振信號。門控電路II(8-12)的置位端、復(fù)位端、輸出端分別連接到門控電路(8-6)的輸出端、分頻器(8-5)的另一個輸出端、閘門電路II(8-13)控制端，使門控電路產(chǎn)生一個對應(yīng)于巖層(7)受迫振動主振階段的開門控制時(shí)間。閘門電路II(8-13)的輸入端和輸出端分別連接到整形電路II(8-11)的輸出端和計(jì)數(shù)器II(8-14)的輸入端，最后由顯示器II(8-15)顯示巖層(7)受迫振動的主振階的振動脈沖數(shù)。
本發(fā)明的持征在于動態(tài)檢測儀器(1)通過A/D轉(zhuǎn)換器(9)和計(jì)算機(jī)或微機(jī)(10)來檢測存貯沖擊振蕩波的波形，利用FFT技術(shù)等分析沖擊振蕩波的激振頻率fa、振動頻率fb等，通過振動波形的振幅、振相等特征來判定反射波的到達(dá)時(shí)間tx，根據(jù)彈性波的傳播規(guī)律，綜合分析被檢巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R、分層厚度hx等構(gòu)造特征及差異性。沖擊振蕩波包含沖擊波在巖層中傳播的反射波成份，可利用彈性波的傳播規(guī)律推算巖層的厚度、軟弱夾層或洞穴的位置。當(dāng)巖層為結(jié)構(gòu)層時(shí)，沖擊振蕩波的波形較清晰，規(guī)律性好；如果被檢巖層破碎或夾層多，則振動波形紊亂、重復(fù)性差、振幅衰減快。
本發(fā)明的持征在于同時(shí)通過深孔量測裝置(11)測量孔底標(biāo)高，在樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)中增加計(jì)數(shù)器III(8-16)和顯示器III(8-17)，并連接到門控電路(8-6)的輸出端用于記錄錘擊數(shù)M。通過分析成孔穿越各巖層(7)的平均振蕩頻率fa、fb或平均振蕩脈沖數(shù)Na、Nb，累計(jì)錘擊數(shù)M、成孔鉆進(jìn)速度Vh等指標(biāo)，綜合分析各巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R和構(gòu)造持征的差異性?？咨盍繙y裝置(11)由可逆計(jì)數(shù)器、測距輪、設(shè)置在測距輪上磁組和霍爾傳感器或光柵和光電元件等組成。測距輪由吊系重錘(6)的纜繩帶動，用測量纜繩行走的長度來測量孔底標(biāo)高。記錄錘擊數(shù)M，只須將計(jì)數(shù)器III(8-16)的輸入端連接到門控電路(8-6)的輸出端即能測量和累加錘擊數(shù)。檢測過程可以以孔深10cm的為單位，詳細(xì)記錄每10cm鉆進(jìn)過程的平均振蕩頻率fa、fb或平均振蕩脈沖數(shù)Na、Nb，累計(jì)錘擊數(shù)M、成孔鉆進(jìn)速度Vh等指標(biāo)，達(dá)到連續(xù)檢測的目的，多指標(biāo)綜合評價(jià)各巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R和構(gòu)造持征的差異性。通過分析樁基穿過各巖層(7)的平均激振頻率fa、fb或平均激振脈沖數(shù)Na、Nb，累計(jì)錘擊數(shù)M、成孔鉆進(jìn)速度Vh等指標(biāo)，分析各巖層(7)的樁側(cè)摩阻力和樁底承載力，準(zhǔn)確計(jì)算樁基承載力，確定樁底終孔標(biāo)高，達(dá)到安全可靠和合理節(jié)約的目的。
本發(fā)明的持征在于傳感器(3)可采用水聽器(12)、增壓式壓電晶體傳感器(13)等。要求所采用的傳感器的靈敏度、頻帶范圍、絕緣性能和防水性能必須滿足實(shí)際使用要求。本技術(shù)采用水聽器、增壓式壓電晶體傳感器，并將傳感器置于成孔泥漿中，具有隔離地面施工機(jī)械噪聲的作用，同時(shí)由于泥漿的濾波作用，使樁底沖擊響應(yīng)信號只有縱波被留下來并被接收。
本發(fā)明直接適用于采用沖孔法成孔的樁基的樁底巖性判別，采用本技術(shù)可考慮適當(dāng)減少地質(zhì)鉆探數(shù)量。對于采用旋鉆法成孔的樁基，可考慮入巖后改用沖孔法繼續(xù)成孔，或在提鉆時(shí)用小沖錘激振并檢測。人工挖孔樁終孔時(shí)宜用小沖錘激振，分析樁底持力層情況。
圖1是樁基樁底終孔巖性檢測方法原理示意圖。
圖2是一種樁基樁底終孔巖性檢測儀原理示意圖。
圖3是雙時(shí)程樁基樁底終孔巖性檢測儀原理示意圖。
圖4是智能化樁基樁底終孔巖性檢測方法原理示意圖。
圖5是多功能樁基樁底終孔巖性檢測儀原理示意圖。
本發(fā)明利用振動檢測分析儀器，將傳感器安放到樁基成孔的泥漿中，檢測重錘沖擊孔底的巖層時(shí)發(fā)出的沖擊振蕩波，根據(jù)彈性碰撞理論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法，通過分析沖擊振蕩波的激振頻率fa，達(dá)到信息化評價(jià)和推算被檢巖層的巖石抗壓強(qiáng)度R，定性分析巖層構(gòu)造持征的差異性和變化趨勢的目的，做為樁基終孔標(biāo)高判定的主要依據(jù)，具有原理可靠、方法簡便、結(jié)果定量清晰的效果。將沖擊振蕩波在時(shí)程上劃分為兩個時(shí)段，同時(shí)測量巖層的沖擊激振頻率和巖層結(jié)構(gòu)受迫振動頻率、或?qū)?yīng)的振動脈沖數(shù)，能進(jìn)一步提高對巖層強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)特征差異性的分析判斷的準(zhǔn)確性。樁基樁底終孔巖性檢測儀具有原理簡單，電路穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)處理過程數(shù)字化，檢測結(jié)果直接由計(jì)數(shù)器顯示，具有電路抗干擾能力強(qiáng)，省電，結(jié)構(gòu)輕便的優(yōu)點(diǎn)。適合廣大工程技術(shù)人員使用，有利于技術(shù)推廣。通過A/D轉(zhuǎn)換器和計(jì)算機(jī)或微機(jī)來檢測存貯沖擊振蕩波的波形，利用FFT技術(shù)等分析沖擊振蕩波的激振頻率fa、振動頻率fb；通過振動波形的振幅、振相等特征來判定反射波到達(dá)的時(shí)間tx。根據(jù)彈性波的傳播規(guī)律，能更全面分析被檢巖層的巖石抗壓強(qiáng)度R、層厚、軟弱夾層、溶洞、破碎程度等構(gòu)造特征及差異性，為樁底終孔標(biāo)高判定提供更多的科學(xué)依據(jù)。樁基成孔巖性檢測同時(shí)通過孔深測量裝置測量孔底標(biāo)高、記錄錘擊數(shù)，通過詳細(xì)檢測、記錄成孔穿越各巖層的平均振蕩頻率或平均脈沖數(shù)、累計(jì)錘擊數(shù)、成孔鉆進(jìn)速度等指標(biāo)，能更準(zhǔn)確地評價(jià)各巖層的巖石抗壓強(qiáng)度R、樁側(cè)摩阻力、樁底承載力和構(gòu)造持征的差異性。準(zhǔn)確計(jì)算單樁承載力，合理確定樁底終孔標(biāo)高，達(dá)到安全可靠和合理節(jié)約的目的。本技術(shù)采用水聽器、增壓式壓電晶體傳感器，并將傳感器置于成孔泥漿中，具有安裝簡便、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的原理和實(shí)施方法作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1如附圖1所示，某橋梁工程，地質(zhì)條件復(fù)雜，地層變化頻繁，有的樁實(shí)際終孔標(biāo)高與設(shè)計(jì)終孔標(biāo)高變化相差十多米，終孔標(biāo)高判定困難，經(jīng)研究決定采用樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)進(jìn)行巖性判定，達(dá)到樁基成孔過程能進(jìn)行巖性信息化鑒別的目的，確保樁底終孔標(biāo)高能滿足設(shè)計(jì)要求。
1.建立沖擊波激振頻率fa與巖石抗壓強(qiáng)度R的對應(yīng)關(guān)系選擇地質(zhì)有代表性的樁基在樁中心處進(jìn)行地質(zhì)詳探作為試驗(yàn)對比樁。要求必須確保試驗(yàn)樁的地質(zhì)鉆探質(zhì)量，入巖后每巖層均盡可能多取樣做巖石抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。
取各巖層芯樣在泥漿池或清水中(高濃度泥漿對高頻振蕩波有衰減作用)，用制作沖錘錘頭的合金鋼材料制作一把鐵錘，用于在泥漿池中錘擊巖芯激振，實(shí)測每錘激振的脈沖數(shù)，計(jì)算對應(yīng)的振動頻率。采用各巖芯的平均振動頻率，分析其與之對應(yīng)的巖石抗壓強(qiáng)度R的關(guān)系，做為參考資料。
試驗(yàn)樁采用沖孔方法施工，直接檢測重錘(6)沖擊巖層(7)發(fā)出沖擊振蕩波，全程檢測各巖層激振頻率fa的變化情況，檢測時(shí)以步距10cm為單位，計(jì)算其平均振動頻率和離差值。及時(shí)分析成孔穿越各巖層過程的激振頻率的變化情況和變化規(guī)律；比較軟弱下臥層(強(qiáng)度更低)對上層巖層的影響程度等。
為確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠，對檢測方法和程序提出如下要求1).要求盡量使每錘落距一致，沖機(jī)離合操作動作規(guī)范。
2).傳感器采用水聽器，盡量懸放在成孔過程距孔底最近的安全處的泥漿中。宜統(tǒng)一放在樁底標(biāo)高-(沖錘最大落距+1m)處。
3).檢測時(shí)應(yīng)觀察樁距小于20m左右的臨樁的成孔施工是否對本樁檢測結(jié)果有干擾，否則檢測時(shí)應(yīng)暫停臨樁的成孔施工。
4).用于清孔排渣的泥漿管道不能綁扎在錘頭及吊系的纜繩上，以免擾動泥漿影響儀器正常工作。
5).檢測應(yīng)在連續(xù)鉆進(jìn)過程中實(shí)施。停鉆后，孔底出現(xiàn)的沉渣對傳遞沖擊能量有影響，應(yīng)連續(xù)沖孔以排除沉渣后，才能實(shí)施正常檢測。
6).人工記錄時(shí)，每一巖層至少應(yīng)記錄十錘以上的單錘數(shù)據(jù)，其它數(shù)據(jù)可由儀器以每十錘、二十錘等為單位自動累加并記錄。
7).應(yīng)同時(shí)記錄巖渣狀態(tài)和成孔鉆進(jìn)速度等相關(guān)資料。及時(shí)發(fā)現(xiàn)沖孔過程檢測結(jié)果的差異性變化，防止穿越合適的樁底持力層。
2.現(xiàn)場檢測實(shí)施和判斷現(xiàn)場檢測按試樁規(guī)定的檢測方法和程序?qū)嵤瑱z測應(yīng)及時(shí)分析檢測結(jié)果的變化。振動頻率越高代表巖層的強(qiáng)度和剛度越高；振動頻率越低代表巖層的強(qiáng)度和剛度越低。根據(jù)實(shí)測激振頻率fa的變化，參照試驗(yàn)樁的對比結(jié)果、鉆探報(bào)告、巖渣、成孔鉆進(jìn)速度等，分析判斷各巖層界面、巖層的巖石抗壓強(qiáng)度R和結(jié)構(gòu)特征，及時(shí)驗(yàn)算單樁承載力是否滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)盡量使樁底終孔標(biāo)高落在激振頻率fa較高的合適巖層及標(biāo)高上。
至樁底設(shè)計(jì)終孔標(biāo)高附近，當(dāng)出現(xiàn)下列情況時(shí)應(yīng)認(rèn)真對待1)檢測時(shí)如激振頻率fa逐步降低，若鉆進(jìn)速度同時(shí)加快，可判斷為巖層強(qiáng)度遂步降低；若鉆進(jìn)速度保持不變，可判存在強(qiáng)度比本巖層強(qiáng)度更低的下臥層。按磨擦樁驗(yàn)算單樁承載力能滿足要求，或樁基入巖深度已基本滿足要求，宜決定終孔。
2)檢測時(shí)如激振頻率fa明顯降低，參考鉆進(jìn)速度、巖碴，可擬判斷為穿越巖層、出現(xiàn)夾層等情況，宜繼續(xù)沖孔。
3)檢測時(shí)如激振頻率fa突然降低?？蓴M判斷為已沖破強(qiáng)度較高的巖層，應(yīng)尋找新的可終孔的巖層。
4)檢測時(shí)如激振頻率fa的離差值增大，可擬判斷為巖層嚴(yán)重破碎、巖質(zhì)變化大，應(yīng)結(jié)合鉆探報(bào)告及樁基承載力驗(yàn)算結(jié)果，決定是否繼續(xù)鉆進(jìn)。
5)激振頻率fa嚴(yán)重離散時(shí)，可擬判斷為出現(xiàn)半土半巖等狀態(tài)，應(yīng)繼續(xù)沖孔，并注意預(yù)防出現(xiàn)斜孔、卡錘等情況。
如附圖2所示的樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)，放大電路(8-1)工作頻率范圍為10Hz-10kHz，時(shí)基電路(8-4)采用高穩(wěn)定度的石英晶體振蕩器做為振源，整形電路(8-2)、觸發(fā)器(8-3)、分頻器(8-5)、門控電路(8-6)、閘門電路(8-7)等采用高速CMOS分立元件構(gòu)成，以提高儀器的工作速度。電路由沖擊振蕩波的首波自觸發(fā)啟動工作，采樣時(shí)間長度選擇0--1ms至0--10ms之間，主要檢測激振波及其余波。顯示器(9-9)采用液晶顯示器，便于在陽光下工作，單錘檢測結(jié)果顯示時(shí)間不少于3S。
實(shí)施例2如附圖1和附圖3所示，采用樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)和增壓式壓電晶體傳感器(13)。將沖擊振蕩波在時(shí)程上劃分為主要反映碰擊激振階段和巖層結(jié)構(gòu)受迫振動階段兩個時(shí)段，本實(shí)例第一時(shí)段取0-10ms、第二時(shí)段取10-60ms，分別測量兩個時(shí)段的激振脈沖數(shù)Na及振動脈沖數(shù)Nb。激振脈沖數(shù)Na和振動脈沖數(shù)Nb分別由計(jì)數(shù)器(8-8)和顯示器(8-9)、計(jì)數(shù)器II(8-14)和顯示器II(8-15)計(jì)數(shù)和顯示。為減少激振余波對第二時(shí)程的影響，濾波器(8-10)設(shè)計(jì)為低通濾波器，濾波截止頻率取2kHz左右。
可根據(jù)實(shí)測激振頻率fa和振動頻率fb的關(guān)系分析判斷巖層的持性1)激振頻率fa越高代表巖層的強(qiáng)度和剛度越高；激振頻率fa越低代表巖層的強(qiáng)度和剛度越低；2)振動頻率fb越高代表越?。徽駝宇l率fb越低代表巖層越厚；3)激振頻率fa和振動頻率fb都較高時(shí)，可擬判斷被測巖層強(qiáng)度高、整體性較好，下臥層也較好，但巖層較??；4)激振頻率fa較高而振動頻率fb較低，且檢測結(jié)果重復(fù)性好時(shí)，可擬判斷為被測巖層為強(qiáng)度高、整體性較好的巖層；5)激振頻率fa較低而振動頻率fb較高，且檢測結(jié)果重復(fù)性好時(shí)，可擬判斷為被測巖層強(qiáng)度較低、層薄，且下臥層強(qiáng)度較差；7)激振頻率fa和振動頻率fb同時(shí)都較低時(shí)，可擬判斷被測巖層強(qiáng)度較低或有軟臥夾層等；8)激振頻率fa和振動頻率fb較高且離差值較大，可擬判斷被測巖層結(jié)構(gòu)破碎，下臥層相對較好；9)激振頻率fa和振動頻率fb離差值大，檢測結(jié)果重復(fù)性差，可擬判斷被測巖層巖質(zhì)變化大。
其余如實(shí)施例1。
實(shí)施例3如附圖4所示，動態(tài)檢測儀器(1)通過A/D轉(zhuǎn)換器(9)和計(jì)算機(jī)或微機(jī)(10)來檢測存貯沖擊振蕩波的波形，利用FFT技術(shù)等分析沖擊振蕩波的激振頻率fa、振動頻率fb等，通過振動波形的振幅、振相等特征來判定反射波的到達(dá)時(shí)間tx。根據(jù)彈性波的傳播規(guī)律，綜合推算被檢巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R，分析巖層的分層厚度hx，防止樁基持力層不能滿足設(shè)計(jì)要求。檢測儀器是一臺將通用動態(tài)放大器、A/D轉(zhuǎn)換器和微機(jī)組合在一起的數(shù)字化儀器。
沖擊振蕩波直接反映巖層的構(gòu)造特征，波形分析可結(jié)合下列規(guī)律判斷1)入射波高，反射波微弱，且反射波到達(dá)時(shí)間長，可判斷為持力層基巖堅(jiān)固可靠；2)若反射波波形清晰、重復(fù)性好，可判斷巖層整體性好，強(qiáng)度高；3)若反射波波形紊亂，但重復(fù)性好，可擬判斷為夾層多；4)若反射波波形紊亂，衰減快，且重復(fù)性差，可擬判斷為巖層破碎、或巖質(zhì)變化大；5)反射波為同相反射信號時(shí)，代表被檢巖層的下臥巖層強(qiáng)度比較低；6)反射波為同相反射信號時(shí)，且出現(xiàn)多次有序的反射波信號，可擬判斷為存在嚴(yán)重的軟臥層、或溶洞等；7)反射波為反相反射信號時(shí)，代表被檢巖層的下臥巖層強(qiáng)度比較高。
根據(jù)彈性波的傳播規(guī)律，在時(shí)域分析上，可依據(jù)反射波的波幅、相位等特征，確定反射波的到達(dá)時(shí)間，利用反射波的到達(dá)時(shí)間tx和波速c按下式推算被檢巖層的層厚hxhx＝1/2·tx·c各類圍巖縱波波速c為3000m/s-6000m/s左右。
根據(jù)彈性波的傳播規(guī)律，在頻域分析上，利用FFT技術(shù)等進(jìn)行頻譜分析，確定沖擊振蕩波的激振頻率fa、振動頻率fb。利用振動頻率fb和波速c按下式推算被檢巖層的層厚hxhx＝1/2·c/fb其余如實(shí)施例2。
實(shí)施例4如附圖3、附圖5所示，采用多功能樁基巖性鑒別技術(shù)。在樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)中增加計(jì)數(shù)器III(8-16)和顯示器III(8-17)來記錄錘擊數(shù)M，增加孔深量測裝置(11)來測量孔底標(biāo)高。通過分析成孔穿越各巖層的平均脈沖數(shù)Na、Nb，累計(jì)錘擊數(shù)M、成孔鉆進(jìn)速度Vh等指標(biāo)，綜合分析各巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R和構(gòu)造持征的差異性?？咨盍繙y裝置(11)由可逆計(jì)數(shù)器、測距輪、設(shè)置在測距輪上的光柵和光電元件等組成，深度測量分辨率為1cm。測距輪由吊系重錘(6)的纜繩帶動，用測量纜繩的行走長度來測量孔底標(biāo)高。計(jì)數(shù)器III(8-16)的輸入端連接到門控電路(8-6)的輸出端，通過累計(jì)門控脈沖數(shù)記記錄錘擊數(shù)M。
檢測過程中以孔深10cm為單位，詳細(xì)計(jì)錄每10cm鉆進(jìn)過程的平均激振脈沖數(shù)Na、Nb，累計(jì)錘擊數(shù)M、成孔鉆進(jìn)速度Vh等指標(biāo)，分析各巖層(7)的樁側(cè)摩阻力和樁底承載力。當(dāng)依據(jù)檢測結(jié)果計(jì)算的掌樁承載力能滿足設(shè)計(jì)要求，且確認(rèn)樁底持力層無異常情況，即確定樁基終孔。
其余如實(shí)施例1。
實(shí)施例5樁基施工生產(chǎn)過程中，由工程技術(shù)人員按實(shí)施例1或?qū)嵤├?方法實(shí)施，當(dāng)遇到用實(shí)施例1或?qū)嵤├?方法還不能解析時(shí)，由專職工程師采用實(shí)施例3等方法實(shí)施。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明的樁基樁底終孔巖性檢測判定技術(shù)的方法，其特征在于動態(tài)檢測儀器(1)通過導(dǎo)線(2)將傳感器(3)安放到樁基的成孔(4)的泥漿(5)中，檢測重錘(6)沖擊孔底的巖層(7)的巖面上時(shí)發(fā)出的沖擊振蕩波的激振頻率fa、或激振脈沖數(shù)Na，根據(jù)彈性碰撞理論，通過分析沖擊振蕩波的激振頻率fa、或激振脈沖數(shù)Na與巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R的相關(guān)關(guān)系，從而推算被檢巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R，做為樁基終孔標(biāo)高判定的主要依據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述，本發(fā)明的一種樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)作為樁基樁底終孔巖性檢測鑒別的專用動態(tài)檢測儀器(1)，其持征在于樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)由放大電路(8-1)、整形電路(8-2)、觸發(fā)器(8-3)、時(shí)基電路(8-4)、分頻器(8-5)、門控電路(8-6)、閘門電路(8-7)、計(jì)數(shù)器(8-8)、顯示器(8-9)等組成。放大電路(8-1)的輸出端分別連接到整形電路(8-2)的輸入端和觸發(fā)器(8-3)的輸入端，觸發(fā)器(8-3)的輸出端分別連接到分頻器(8-5)的復(fù)位端和門控電路(8-6)的置位端，分頻器(8-5)的輸入端和輸出端分別連接到時(shí)基電路(8-4)的輸出端和門控電路(8-6)的復(fù)位端，門控電路(8-6)的輸出端連接到閘門電路(8-7)的控制端，閘門電路(8-7)的輸入端和輸出端分別連接到整形電路(8-2)的輸出端和計(jì)數(shù)器(8-8)的輸入端，計(jì)數(shù)器(8-8)的輸出端連接顯示器(8-9)的輸入端。
3.如權(quán)利要求1所述，本發(fā)明的持征在于將沖擊振蕩波在時(shí)程上劃分為主要反映巖層(7)碰擊激振階段和結(jié)構(gòu)受迫振動階段兩個時(shí)段，分別測量和分析兩個時(shí)段的激振頻率fa和振動頻率fb、或上述兩個時(shí)段內(nèi)的激振脈沖數(shù)Na和振動脈沖數(shù)Nb，通過分析兩個時(shí)段的激振頻率fa和振動頻率fb或激振脈沖數(shù)Na和振動脈沖數(shù)Nb的變化和關(guān)系，來推算巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R和分析巖層(7)構(gòu)造特征的差異性。
4.如權(quán)利要求2所述，本發(fā)明的一種樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)其持征在于，樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)增加了濾波器(8-10)、整形電路II(8-11)、門控電路II(8-12)、閘門電路II(8-13)、計(jì)數(shù)器II(8-14)、顯示器II(8-15)等電路。濾波器(8-10)的輸入端和輸出端分別連接到放大電路(8-1)的輸出端和整形電路II(8-11)的輸入端，門控電路II(8-12)的置位端、復(fù)位端、輸出端分別連接到門控電路(8-6)的輸出端、分頻器(8-5)的另一個輸出端、閘門電路II(8-13)控制端，閘門電路II(8-13)的輸入端和輸出端分別連接到整形電路II(8-11)的輸出端和計(jì)數(shù)器II(8-14)的輸入端，計(jì)數(shù)器II(8-14)的輸出端連接到顯示器II(8-15)輸入端。
5.如權(quán)利要求1所述，本發(fā)明的持征在于動態(tài)檢測儀器(1)通過A/D轉(zhuǎn)換器(9)和計(jì)算機(jī)或微機(jī)(10)來檢測存貯沖擊振蕩波的波形，利用FFT技術(shù)等分析沖擊振蕩波的激振頻率fa、振動頻率fb等，通過振動波形的振幅、振相等特征來判定反射波的到達(dá)時(shí)間tx，根據(jù)彈性波的傳播規(guī)律，綜合分析被檢巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R、分層厚度hx等構(gòu)造特征及差異性。
6.如權(quán)利要求1所述，本發(fā)明的持征在于同時(shí)通過孔深測量裝置(11)測量孔底標(biāo)高，在樁基樁底終孔巖性檢測儀(8)中增加計(jì)數(shù)器III(8-16)及顯示器III(8-17)，并連接到門控電路(8-6)的輸出端用于記錄錘擊數(shù)M，通過分析成孔穿越各巖層(7)的平均振蕩頻率fa、fb或平均振蕩脈沖數(shù)Na、Nb，累計(jì)錘擊數(shù)M、成孔鉆進(jìn)速度Vh等指標(biāo)，綜合分析各巖層(7)的巖石抗壓強(qiáng)度R和構(gòu)造持征的差異性。
7.如權(quán)利要求1所述，本發(fā)明的持征在于傳感器(3)可采用水聽器(12)、增壓式壓電晶體傳感器(13)等。
全文摘要
本發(fā)明的樁基樁底終孔巖性檢測判定技術(shù)，其特征在于采用樁基樁底終孔巖性檢測儀，通過檢測重錘沖擊孔底巖層時(shí)發(fā)出的沖擊振蕩波的振動頻率等因素，來分析地下巖層的強(qiáng)度和構(gòu)造，從而達(dá)到信息化定量判斷地下巖層的特性的目的，結(jié)合地質(zhì)鉆探報(bào)告、巖碴等準(zhǔn)確判定樁底終孔標(biāo)高，達(dá)到確保樁基承載力、合理節(jié)約、避免工程質(zhì)量事故和質(zhì)量隱患的效果。本技術(shù)實(shí)施簡易，能為廣大工程技術(shù)人員掌握。在我國基礎(chǔ)建設(shè)全面發(fā)展的今天，每年因樁基終孔技術(shù)落后造成的直接損失和資源浪費(fèi)累計(jì)遠(yuǎn)在十億元以上，推廣本發(fā)明技術(shù)具有重大意義和緊迫性。
文檔編號E02D33/00GK1928260SQ20051003706
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者陳彥平 申請人:陳彥平