桩基浇注前桩底隐患探查方法及其探查装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种桩基浇注前桩底隐患探查方法及其探查装置，通过在桩基浇注前，在桩孔内液体表面以下以桩孔的中心轴线为中心横向阵列排布传感器，形成水平传感器面阵列；在水平传感器面阵列下方，以桩孔的中心轴线为中心竖直阵列排布震源点，形成垂直阵列震源点；通过震源发射信号，震源点发射地震波；传感器接收地震波并将信号传输给多路同步地震仪；多路同步地震仪接收信号完成数据采集。本发明专利技术在未浇注的桩孔中获取了利于地震波上、下行波分离的地震记录，通过行波分离算法和地震偏移成像算法，进而获得桩基桩底工程地质隐患的相关信息，利于后续信息的提取和处理得出桩基桩底工程地质隐患。

Exploration method and exploration device for hidden danger of pile bottom in pile foundation

【技术实现步骤摘要】
桩基浇注前桩底隐患探查方法及其探查装置
本专利技术属于应用地球物理学
，具体涉及一种桩基浇注前桩底隐患探查方法及其探查装置。
技术介绍
工民建工程、交通水利等建设工程中广泛使用桩基，桩端持力层稳定可靠是桩基承载力发挥的重要保障，现有的国家相关规范规程对桩底持力层有严格的规范规定，如《建筑桩基技术规范》(JGJ94-2008)、《公路桥涵地基与基础设计规范》(JTGD63-2007)等。地下地层地质结构复杂多变，包括钻探在内的常规地质勘查难以精细准确查明每个桩基底部承载介质的质量，为此，《建筑桩基技术规范》规定，作为端承桩每桩桩底必做超前钻探。但是超前钻探探查具有如下缺点：一方面施工成本高费工费时；另一方面只有一孔之见。当地下地质构造复杂时还是难以准确查明桩底的隐伏病害，从而给应力高度集中的桩基安全带来隐患，一旦桩基下沉破坏，桩基治理和建筑修复将耗费大量人力、物力和财力。未浇注的桩基桩底探查的方法有两类，第一种是前述提及的超前钻探，第二种是地球物理探测方法，包括地质雷达探测、电法探测、超声波探测和地震波探测等等；这两种探测方法施工作业极为不便，尤其是在桩孔中存在水或泥浆液时；通常情况下，桩基内外介质电性复杂多变，难以形成可靠的探测成果。第三种方法的代表是“一种桩底溶洞声纳探测装置及方法(201410276785.5)”，超声波探头虽然形成了有方位标示的阵列面，但是，超声波源发射的直接耦合波、桩面上的表面波与桩底下隐患反射波相互干涉，难以从中提取反射信息，加上桩底面凹凸起伏而且还有部分沉渣，超声传感器难以与桩面形成良好耦合，超声波发射功率，接收信号质量也难以保证，因此获取的数据信噪比低，资料解释困难。第四种方法的代表是“一种桩底岩溶无损探测方法”(201010539461.8)，采用地震波探测，在桩底清理干净的前提下，布设传感器进行地震反射波测试，利用反射波时间域和频率域的信息来提取桩底岩溶存在与否的信息，但这种方法要在桩底布设传感器，对于钻孔中存在泥浆和水的桩孔很难实施，震源或传感器的耦合效果也难以保证。另外，201110147297.0公开一种桩基质量检测方法及其装置，该方法和装置根据缺陷反射上行波信号的相关性进行偏移叠加，形成桩顶面激发和接收的反射信号，获取桩基下部缺陷位置和性质。当桩体浇筑前，对于桩基桩底隐患检测不适用。目前桩基工程界尚没有可靠的技术手段和装备来解决桩底地质隐患探查难题。分析未浇注桩基桩底隐患探查难题之所以不能有效解决的难点有：一是探查作业空间有限，场地环境条件恶劣，震源和传感器要克服干扰，并要有足够的精度；二是采集信号干扰源多，有效信号与之相互干涉，导致信噪比低。结合场地施工作业条件，合理设计科学的数据采集方法和信号处理算法，是解决探查难题的关键。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种桩基浇注前桩底隐患探查方法及其探查装置，通过在未浇注的桩孔中获取了利于地震波上、下行波分离的地震记录，通过行波分离算法和地震偏移成像算法，获得桩基桩底工程地质隐患的相关信息，利于后续信息的提取和处理得出桩基桩底工程地质隐患。为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一方面，本专利技术提供一种桩基浇注前桩底隐患探查方法，具体过程如下：步骤1)：桩基浇注前，在桩孔内液体表面以下以桩孔的中心轴线为中心横向阵列排布传感器，形成水平传感器面阵列；步骤2)：在水平传感器面阵列下方，以桩孔的中心轴线为中心竖直阵列排布震源点，形成垂直阵列震源点；步骤3)：通过震源发射信号，震源点发射地震波；步骤4)：传感器接收地震波并将信号传输给多路同步地震仪；步骤5)：多路同步地震仪接收信号完成数据采集。进一步地，所述多路同步地震仪将接收的地震记录传输至计算机(计算机为外接的计算机或者多路同步地震仪内置的计算机)，通过计算机中软件对数据进行处理获得桩底隐患的相关情况。更进一步地，所述计算机中软件对数据进行处理采用如下方式：利用地震勘探上、下行波分离算法分离或压制道集记录中的直达波干扰信号，提取来自桩底下方隐蔽地层结构反射上来的行波信号，根据缺陷反射行波信号的相关性进行偏移叠加运算，形成桩底下方隐蔽地层结构的反射信息，获取桩底下隐患深度位置和性质。进一步地，所述震源发射信号采用依次从上向下或从下向上逐点发射，分次激发震源点发射地震波。更进一步地，所述传感器以桩孔的中心轴线为对称中心环形对称布设形成一组水平传感器面阵列或等间距深度的多组水平传感器面阵列，实现传感器接收一组或等间距深度的多组地震波，表现为一次激发获得一至多道等间距深度点的记录。更进一步地，所述水平传感器面阵列将接收的同一组水平传感器面阵列的记录组合成一组信号作为炮集记录、多个深度的炮集记录组合成等炮点个数的多组炮集记录一并存储在多路同步地震仪。更进一步地，所述多路同步地震仪接收多组炮集记录并传输给计算机，计算机处理软件抽取某个方位的传感器数据构成抽道集记录，并利用地震勘探上、下行波分离算法分离或压制抽道集记录中的直达波干扰信号，提取来自桩底下方隐蔽地层结构反射上来的下行波信号，根据缺陷反射下行波信号之间的相关性进行偏移叠加运算，形成桩底下方隐蔽地层结构的反射信息，获取桩底下隐患深度位置和性质。具体表现为：在行波分离算法之后，即获取了干净的下行波信号之后；每个方位的传感器数据都单独构成一个抽道集纪录，并分别进行行波分离；分离之后的多组下行波信号，既可以单独进行也可以综合进行偏移叠加或地震成像运算，形成桩底下放隐蔽地层结构的反射信息，进而获取桩底下方各个方位的隐患深度位置和性质。进一步地，所述桩孔内充满液体，所述液体为泥浆或水。进一步地，所述震源点之间为等间距或变化间距设置，以利于参与上、下行波分离和后续地震波场偏移运算。进一步地，所述步骤3)中，震源发射信号前，在桩孔内的液体表面覆盖吸声装置。本专利技术的传感器设置在液面以下，是由于液体表面干扰较大不利于信号接收。在液体表面覆盖吸声装置，利于抗干扰。进一步地，所述桩孔内没有泥浆或无法注水，在桩孔的桩底的中心轴向竖直施钻炮孔，在炮孔中等间距竖直布设垂直阵列震源点，在桩底表面布设水平传感器面阵列。另一方面，本专利技术提供一种桩基浇注前桩底隐患探查装置，包括桩孔、多路同步地震仪、震源，设置在桩孔中的传感器和震源点；所述传感器以桩孔的中心轴线为中心横向陈列排布，通过信号电缆与多路同步地震仪连接；所述震源用于在震源点处激发地震波；所述震源点以桩孔的中心轴线为中心竖直阵列排布，通过信号电缆与震源连接；所述震源与多路同步地震仪通过导线连接。进一步地，所述桩孔内充满液体，所述液体为泥浆或水。优选地，所述传感器设置在液体表面以下的位置。进一步地，所述桩孔内液体表面覆盖吸声装置。更进一步地，所述吸声装置的材料优选为柔性吸声材料，例如海绵、软棉布等。进一步地，所述震源点按等间距或变化间距竖直设置在传感器下方形成垂直阵列震源点。更进一步地，所述震源点至少为2个。进一步地，所述传感器为水听器、速度传感器、加速度传感器、压电传感器、电容传感器、磁电式传感器或光学类传感器。更进一步地，所述水听器为水上地震勘探用传感器、声呐传感器或光纤传感器。进一步地，所述震源为电火花震源、机械震源、磁致伸缩震源或其他声波震源。进一步地，所述传感器以桩孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种桩基浇注前桩底隐患探查方法，其特征在于，具体过程如下：步骤1)：桩基浇注前，在桩孔内液体表面以下以桩孔的中心轴线为中心横向阵列排布传感器，形成水平传感器面阵列；步骤2)：在水平传感器面阵列下方，以桩孔的中心轴线为中心竖直阵列排布震源点，形成垂直阵列震源点；步骤3)：通过震源发射信号，震源点发射地震波；步骤4)：传感器接收地震波并将信号传输给多路同步地震仪；步骤5)：多路同步地震仪接收信号完成数据采集。

【技术特征摘要】
1.一种桩基浇注前桩底隐患探查方法，其特征在于，具体过程如下：步骤1)：桩基浇注前，在桩孔内液体表面以下以桩孔的中心轴线为中心横向阵列排布传感器，形成水平传感器面阵列；步骤2)：在水平传感器面阵列下方，以桩孔的中心轴线为中心竖直阵列排布震源点，形成垂直阵列震源点；步骤3)：通过震源发射信号，震源点发射地震波；步骤4)：传感器接收地震波并将信号传输给多路同步地震仪；步骤5)：多路同步地震仪接收信号完成数据采集。2.根据权利要求1所述的探查方法，其特征在于，所述多路同步地震仪将接收的地震记录传输至计算机，通过计算机中软件对数据进行处理获得桩底隐患的相关情况；所述计算机中软件对数据进行处理采用如下方式：利用地震勘探上、下行波分离算法分离或压制道集记录中的直达波干扰信号，提取来自桩底下方隐蔽地层结构反射上来的行波信号，根据缺陷反射行波信号的相关性进行偏移叠加运算，形成桩底下方隐蔽地层结构的反射信息，获取桩底下隐患深度位置和性质。3.根据权利要求1所述的探查方法，其特征在于，所述震源发射信号采用依次从上向下或从下向上逐点发射，分次激发震源点发射地震波；所述传感器以桩孔的中心轴线为对称中心环形对称布设形成一组水平传感器面阵列或等间距深度的多组水平传感器面阵列，实现传感器接收一组或等间距深度的多组地震波，表现为一次激发获得一至多道等间距深度点的记录；所述水平传感器面阵列将接收的同一组水平传感器面阵列的记录组合成一组信号作为炮集记录、多个深度的炮集记录组合成等炮点个数的多组炮集记录一并存储在多路同步地震仪。4.根据权利要求3所述的探查方法，其特征在于，所述多路同步地震仪接收多组炮集记录并传输给计算机，计算机处理软件抽取某个方位的传感器数据构成抽道集记录，并利用地震勘探上、下行波分离算法分离或压制抽道集记录中的直达波干扰信号，提取来自桩底下方隐蔽地层结构反射上来的下行波信号，...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱德兵，张大洲，张修杰，李水清，周孝宇，项诸宝，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43