桥涵工程试验检测(3)

第三章桥梁灌注桩质量检测桩基础成为各种基础类型中采用最多的基础形式之一灌注桩成桩质量通常存在两方面问题主要内容3.1基桩检测方法综述3.2反射波法3.3机械阻抗法3.4动力参数法3.5声波透射法3.6高应变动力检测法3.1基桩检测方法综述工程中常用的钻孔灌注桩质量的检测方法主要分为两大类：一类是关于单桩竖向承载力检测①静荷载试验法②高应变法③动参数法④机械阻抗法(稳态、瞬态和随机激振)⑤水电效应激振频谱法另一类是灌注桩完整性检测①超声脉冲检验法②反射波法③钻芯检验法检测规程《基桩低应变动力检测规程》(JGJ／T93-95)《基桩高应变动力检测规程》(JGTl06-97)《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）3.2反射波法优点：设备轻便灵活、现场检测工作量小、检测效率高、检测费用低等。1.基本原理当桩嵌于土体中，将受到桩周土阻尼的影响，桩的动力特性满足一维波动方程，即：式中：—质点振动位移；—振动质点到振动源的距离；—质点振动的时间；—阻尼系数；—桩的截面积；—纵波在桩中传播的速度；0122222tYEAntYVXYpYXtnApVbptLV22tVLpm3.2反射波法2.适用范围反射波法适用于混凝土灌注桩和预制桩等刚性材料桩的桩身完整性检测。3.检测仪器与设备绘图仪一体化测桩仪传感器力棒3.2反射波法①信号采集及处理仪应符合下列规定：a.数据采集装置的模-数转换器不得低于12bit。b.采样间隔宜为10～500μs,可调。c.单通道采样点不少于1024点。d.放大器增益宜大于60dB，可调，线性度良好，其频响范围应满足5Hz～5kHz。②传感器的性能应符合下列规定：a.传感器宜选用压电式加速度传感器或磁电式速度传感器，频响曲线的有效范围应覆盖整个测试信号的频带范围。b.加速度传感器的电压灵敏度应大于100mV／g，电荷灵敏度应大于20PC／g，上限频率不应小于5kHz，安装谐振频率不应小于6kHz，量程应大于100g。c.速度传感器的固有谐振频率不应大于30Hz，灵敏度应大于200mV／cm·s-1，上限频率不应小于1.5kHz，安装谐振频率不应小于1.5kHz。3.2反射波法4.现场检测方法①凿去桩头浮浆，平整桩头，安置传感器；②检查仪器设备，进行激振方式和接收条件的选择试验，设置有关参数；③进行多次重复激振与接收；④出现异常波形，反复测试，了解施工记录。5.实测曲线分析与判定①反射波波形规则，波列清晰，桩底反射波明显，易于读取反射波到达时间及桩身混凝土平均波速较高的桩为完整性好的单桩。3.2反射波法②反射波到达时间小于桩底反射波到达时间，且波幅较大，往往出现多次反射，难以观测到桩底反射波的桩，系桩身断裂。③缩径与扩径的部位可按反射历时进行估算，类型可按相位特征进行判别，同相为缩径，反相为扩径。④当有多处缺陷时，将记录到多个相互干涉的反射波组，形成复杂波列。此时应仔细甄别，并应结合工程地质资料、施工原始记录进行综合分析。⑤桩身混凝土严重离析时，其波速较低。3.2反射波法6.桩身完整性类别Ⅰ类桩：桩端反射较明显，无缺陷反射波，振幅谱线分布正常，混凝土波速处于正常范围。Ⅱ类桩：桩端反射较明显，但有局部缺陷所产生的反射信号，混凝土波速处于正常范围。Ⅲ类桩：桩端反射不明显，可见缺陷二次反射波信号，或有桩端反射但波速明显偏低。Ⅳ类桩：无桩端反射信号，可见因缺陷引起的多次强反射信号，或按平均波速计算的桩长明显短于设计桩长。3.3机械阻抗法机械导纳3.4动力参数法YFZ输入→系统→输出响应输入机械阻抗FNfL机械阻抗法判定基桩完整性机械阻抗法判定基桩完整性3.5声波透射法1.基本原理①超声脉冲波在混凝土中遇到缺陷时产生绕射，可根据声时及声程的变化，判别和计算缺陷的大小；②超声脉冲波在缺陷界面产生散射和反射，到达接收换能器的声波能量(波幅)显著减小，可根据波幅变化的程度判断缺陷的性质和大小；③超声脉冲波中各频率成份在缺陷界面衰减程度不同，接收信号的频率明显降低，可根据接收信号主频或频率谱的变化分析判别缺陷情况；④超声脉冲波通过缺陷时，部分声波会产生路径和相位变化，不同路径或不同相位的声波叠加后，造成接收信号波形畸变，可参考畸变波形分析判断缺陷。2检测方式①双孔检测②单孔检测③桩外孔检测231444321233.5声波透射法3.主要设备一对径向焕能器超声波仪3.5声波透射法4测前准备和要求①预埋检测管数量、材料、内径接头、管底封闭、管口加盖测管相互平行。②现场检测前测定声波检测仪发射至接收系统的延迟时间。5.现场检测步骤①在检测管内注满清水；②检测管编组，并测量每一组检测管中心间的距离；③调试仪器④检测宜由检测管底部开始，将发射与接收换能器置于同一标高，测量点距小于或等于250mm，测取声时、波幅或频率，并记录。⑤发现异常，加密测量。0t3.5声波透射法6.检测数据的处理方法①声速判据②PSD判据法DiVD2nnii/1112nniiVΔt′SSM＞Δt′MM′ΔtΔHΔH′ΔttH11iiiiiHHttS1211)()(iiiiiiiiHHttttSK3.5声波透射法③波幅(衰减量)判据法用波幅平均值减6dB作为波幅临界值—波幅临界值(dB)—波幅平均值(dB)；—第个测点相对波幅值(dB)；—测点数。6mDAAniimnAA1DA0log20PPLP610log.......310log210log301.02log632aMP51020mAiAin3.5声波透射法7.桩身缺陷细测判读3.5声波透射法8.桩身完整性类别判定Ⅰ类桩：各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值，波形正常。Ⅱ类桩：某一声测剖面个别测点的声速、波幅略小于临界值，但波形基本正常。Ⅲ类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值小于临界值，PSD值变大，波形畸变。Ⅳ类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值明显小于临界值，PSD值突变，波形严重畸变。3.5声波透射法9.反射波法和超声波法的优缺点比较①检测效率：反射波法高于超声波法现场检测，数据处理②检测成本：反射波法优于超声波法超声波法要求埋声测管③检测结果：超声波法的准确性优于反射波法a.较大缺陷并且位置较浅时；b.多处缺陷；c.缺陷位置的准确性（深度和截面）；d.缺陷性质和范围；e.长桩。3.5声波透射法10.反射波法和超声波法对比研究反射波法和超声波法目前在全国应用都比较普遍，但由于各地的地质条件不同、桩长桩径变化较大、加之对这两种方法的优缺点认同度差异，各地采用这两种方法比例差别较大。河南省公路桥梁建设中桩基检测全部采用超声波法。为了探索反射波法在河南省公路桥梁建设中的应用，我们依托郑少高速公路和新郑高速公路数十座桥梁的桩基础，对比测试了61根不同地质条件、不同桩长桩径和不同缺陷的灌注桩，并对其每一根桩的检测结果进行了对比分析研究，得到了一些有用的结论。其中比较典型的13根桩的测试分析结果见表1～表13。工程名称渭南桩基检测基地桩编号5测试桩长13.4m设计桩径0.6m砼标号C20灌注日期年月日检测日期2005年04月15日地质概况0～15m,粘土；实测反射波曲线波形分析桩身完整，桩底反射明显，混凝土质量良好，与超声法检测结果基本一致。备注标准试验桩，反射波形也比较标准。表1反射波法检测曲线分析表工程名称长安大学桥梁实验室试验桩桩编号1#测试桩长14.50m设计桩径1.40m砼标号C25灌注日期2001年06月08日检测日期2005年04月16日地质概况0～16.00m粘土；实测反射波曲线波形分析桩身完整，桩底反射明显，混凝土质量良好，与超声法检测结果基本一致。备注标准试验桩，反射波形也比较标准。表2反射波法检测曲线分析表工程名称长安大学桥梁实验室试验桩桩编号2#测试桩长15.10m设计桩径1.40m砼标号C25灌注日期2001年06月08日检测日期2005年04月16日地质概况0～16.00m,粘土；实测反射波曲线波形分析桩身完整，桩底反射明显，在7.8处桩身有缩径反射信号（预埋砂袋），混凝土质量良好，超声法未检测出缩径，其他二者检测结果基本一致。备注标准试验桩，反射波形也比较标准；对于轻微缩径（当缩径范围在声测管之外时），超声法不能检测出。表3反射波法检测曲线分析表工程名称郑少高速公路N0.9标石淙河桥桩编号5-8测试桩长29.5m设计桩径1.4m砼标号C25灌注日期2002年05月20日检测日期2002年06月15日地质概况0～30m,砂卵石；实测反射波曲线波形分析该桩超声波法检测结果为：“在8.7m～9.3m之间，3#管周围裹夹泥砂，缺陷面积占桩基横截面面积的37.1%”，反射波法在该位置有反射信号，但桩底无明显反射信号。备注当缺陷位置比较浅时，反射波法能检测出缺陷的存在，但对缺陷程度的定量分析很难，只能定性给出，同时也不能确定缺陷所在断面的方位。表4反射波法检测曲线分析表工程名称郑少高速公路N0.9标石淙河桥桩编号5-5测试桩长28.0m设计桩径1.4m砼标号C25灌注日期2002年05月20日检测日期2002年06月15日地质概况0～30m,砂卵石；实测反射波曲线波形分析该桩超声波法检测结果为：“在18.5m～19.1m之间，2#管周围混凝土离析，缺陷面积占桩基横截面面积的41.1%”，但反射波法在该位置和桩底均无明显反射信号。备注当缺陷位置比较深、且地质条件比较复杂时，反射波法对缺陷很难反映出来。表5反射波法检测曲线分析表工程名称郑少高速公路N0.3标SK11+145立交桥桩编号0-2测试桩长21.00m设计桩径1.5m砼标号C25灌注日期2002年05月28日检测日期2002年06月16日地质概况0～25m,卵石土层；实测反射波曲线波形分析该桩超声波法检测结果为Ⅱ类桩，桩身在14m处波速低于临界值；反射波法检测结果为桩底反射信号较明显，桩身在14m处有明显缺陷反射信号，与超声波法检测结果基本一致。备注当缺陷位置比较浅时，反射波法能检测出缺陷的存在，但对缺陷程度的定量分析很难，只能定性给出，同时也不能确定缺陷所在断面的方位。表6反射波法检测曲线分析表工程名称郑少高速公路范村中桥桩编号1-3测试桩长24.5m设计桩径1.5m砼标号C25灌注日期2002年05月22日检测日期2002年07月25日地质概况卵砾石夹部分泥岩实测反射波曲线波形分析该桩超声波法检测结果为Ⅱ类桩，桩身在10.50m处有夹泥；反射波法检测结果为桩底反射信号不明显，桩身在11.00m处有明显缺陷反射信号，与超声波法检测结果基本一致。备注当缺陷位置比较浅时，反射波法能检测出缺陷的存在，但对缺陷程度的定量分析很难，只能定性给出，同时也不能确定缺陷所在断面的方位，因此，该缺陷反射信号也容易误判为断桩等严重缺陷。表7反射波法检测曲线分析表工程名称郑少高速公路SK47+340.0中桥桩编号3-7测试桩长15.50m设计桩径1.4m砼标号C25灌注日期2002年06月30日检测日期2002年07月26日地质概况0-3m为粘土层；3-8m为卵石土层；8m以下为亚粘土层。实测反射波曲线波形分析该桩超声波法检测结果为Ⅲ类桩，桩身在10.5m以下多处混凝土有离析、夹泥等缺陷：反射波法检测结果为桩底反射信号不明显，桩身在10.5m处有缺陷反射信号。备注当缺陷位置比较浅时，反射波法能检测出缺陷的存在。表8反射波法检测曲线分析表SK47+340中桥在10.5米处取出的芯样工程名称郑少高速公路寺泉沟中桥桩编号0-2-3测试桩长12.0m设计桩径1.2m砼标号C25灌注日期2002年06月24日检测日期2002年08月20日地质概况大卵石土层。实测反射波曲线波形分析该桩超声