一种基于温度分布的基桩完整性检测装置与方法与流程

本发明涉及桩基完整性检测，具体涉及一种基于温度分布的基桩完整性检测装置与方法。

背景技术：

1、灌注桩是常见的桩基础类型，被广泛应用与建筑工程、桥梁工程等领域。灌注桩常见的缺陷主要有断桩、夹泥、径缩、沉渣、混凝土离析等。目前，基桩完整性测试方法有超声波透射法、高应变法、低应变法、钻芯取样法等，这些测试方法要求混凝土强度达到设计强度或者设计强度的70％，并且龄期应不少于7天或28天，并且一旦发现桩身存在缺陷，对缺陷的处理过程繁琐，并严重影响了施工质量和进度，增加了施工成本。及时、快速地发现基桩缺陷，并对缺陷进行快速治理，将极大提升基桩施工质量，降低因桩身缺陷治理导致的施工成本。

2、光纤传感技术具有灵敏度高、抗电磁干扰、体积小、重量轻等特点，被运用到边坡支护、水工结构检测等领域。申请号202110256351.9发明申请提出了一种“基于密集分布式光纤光栅温度传感技术的灌注桩完整性检测装置及方法”，公开了一种基于密集分布式光纤光栅温度传感技术的灌注桩完整性检测装置及方法，但其并未明确提出基桩的完整性判据，且其利用的技术是光纤光栅温度传感技术。申请号202111074861.0发明申请提出了“一种基于光纤光栅测温的灌注桩完整性检测装置及方法”，该方法同样是基于光纤光栅温度传感技术，并对光纤进行了主动加热。申请号202010569942.7发明申请提出了“一种建筑物基础灌注桩缺陷检测方法”，该方法的原理是采用分布式光纤检测灌注桩中预先埋设的发热元件产生的温度场。

3、以上发明采用外热源产生的温度场检测基桩缺陷，操作方法复杂，无法检测早期的基桩缺陷，或是采用光纤光栅结构复杂，成本高，易损坏，且测点数据有限，导致难以低成本、及时有效地发现桩身缺陷。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于温度分布的基桩完整性检测装置与方法，能够解决现有技术中采用外热源产生的温度场判别基桩缺陷，操作方法复杂，无法检测早期的基桩缺陷，或是采用光纤光栅结构复杂，成本高，易损坏，且测点数据有限，导致难以低成本、及时有效地发现桩身缺陷的问题。

2、为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

3、一方面，本技术提供一种基于温度分布的基桩完整性检测方法，包括以下步骤：

4、在基桩混凝土浇筑完成后，持续向所述光纤段发射光，并通过解析回光参数来获取所述光纤段各点的温度；

5、根据所述光纤段各点的温度，分析桩身是否存在缺陷。

6、在一些可选的方案中，在向所述光纤段发射光，并通过解析回光参数来获取所述光纤段各点的温度前，还包括以下步骤：

7、将连续光纤绑扎在所述灌注桩钢筋笼上，并使连续光纤有若干条光纤段沿灌注桩的竖向分布；

8、在相邻光纤段之间的连接段中部加热，从所述连续光纤的一端发射光，通过解析回光参数，确定加热点的位置；

9、根据加热点的位置，确定各条光纤段在连续光纤上的位置。

10、在一些可选的方案中，若干条所述光纤段的分布间距根据基桩直径和设定采集最小缺陷直径确定。

11、在一些可选的方案中，在持续监测桩身温度时：

12、根据公式t＝f(dp)＝dp/0.3或桩身水化热模型，确定大致最大水化热时刻；

13、在大致最大水化热时刻前后第一设定时间段内，通过在设定时间间隔相同采样点的温度差小于设定温度差值来判断基桩达到准确最大水化热时间；

14、当基桩达到准确最大水化热时间后，再经过第二设定时间段后，停止对桩身缺陷的监测。

15、在一些可选的方案中，所述的根据所述光纤段各点的温度，分析桩身是否存在缺陷，包括：

16、根据所述光纤段各点的温度，获取桩身温度分布曲线；

17、将桩身温度分布曲线两端导数绝对值大于设定值的部分曲线去除，得到温度分布有效曲线；

18、根据温度分布有效曲线中是否存在温度突变处，判断分析桩身是否存在缺陷；

19、当存在缺陷时，根据温度分布有效曲线中的温度突变处的位置，确定桩身缺陷位置。

20、在一些可选的方案中，根据温度分布有效曲线中的温度突变处的位置，确定桩身缺陷位置，包括：

21、从温度分布有效曲线截取温度突变曲线，并获取温度突变曲线中的导数曲线；

22、根据导数曲线中导数最大值和最小值对应的深度，确定桩身缺陷位置。

23、在一些可选的方案中，所述的根据所述光纤段各点的温度，分析桩身是否存在缺陷，还包括：

24、连续获取设定时间段内所述光纤段各点的温度；

25、根据设定时间段内所述光纤段各点的温度，确定设定时间段内各点采样温度平均值；

26、根据采样温度平均值和设定时间段内所述光纤段各点的温度，确定设定时间段内各点的采样温度均方差；

27、根据设定时间段内各点的采样温度均方差，绘制设定时间段内的均方差桩身曲线；

28、根据均方差桩身曲线中是否存在温度突变处，判断分析桩身是否存在缺陷；

29、当存在缺陷时，根据均方差桩身曲线中均方差突变处的位置，确定桩身缺陷位置。

30、另一方面，本技术还提供一种基于温度分布的基桩完整性检测装置，用于实施上述任一项所述基于温度分布的基桩完整性检测方法，包括：

31、若干条光纤段，均沿灌注桩钢筋笼竖向布置；

32、数据处理模块，其与所述光纤段连接，用于向所述光纤段发射光，并通过解析回光参数来获取所述光纤段各点的温度；

33、完整性分析模块，其与所述数据处理模块信号连接，获取所述数据处理模块分析后的温度数据，并根据所述光纤段各点的温度，分析桩身是否存在缺陷。

34、在一些可选的方案中，若干条沿灌注桩竖向布置的所述光纤段为一条连续光纤上的若干段，相邻所述光纤段之间通过连接段连接。

35、在一些可选的方案中，所述光纤段用于绑扎在所述灌注桩钢筋笼上，包括由内到外依次设置的纤芯、活动层和铠装层，以使纤芯自由活动。

36、与现有技术相比，本发明的优点在于：在使用该装置和方法时，通过向所述光纤段发射光，并通过解析回光参数来获取所述光纤段各点的温度；根据所述光纤段各点的温度，分析桩身缺陷位置。该装置结构简单，并且可获取桩身任意深度的温度，因此可更加准确快速的获取桩身的状态，可对桩身缺陷位置分析的更加准确。并且在在基桩混凝土浇筑完成后，就可以实现对桩身温度的持续监测，因此，可检测早期的基桩缺陷。

37、在优选的方案中，通过在相邻光纤段之间的连接段中部加热后，在向连续光纤的一端发射光，通过解析回光参数，确定加热点的位置，这样将连续光纤划分为多个沿灌注桩竖向布置的光纤段，并可标定出各条光纤段在连续光纤上的位置。在使用时，将连续光纤绑扎在灌注桩钢筋笼上，下放至装桩孔中，从连续光纤的一端发射光，通过回光的参数，就可以知道光纤上各个点的温度，再根据各条光纤段在连续光纤上的位置，以及相邻光纤段之间的连接段中部处于桩孔中的位置，由于各光纤段竖向设置，相邻光纤段之间的连接段中部位于桩顶或者位于桩底，基于连接段中部的位置，就可以计算出各条光纤段在桩身中的位置。