桥梁工程试验检测培训资料(5-7)

大家好！桥梁灌注桩检测技术概述超声波法和反射波法超声波法和反射波法的优缺点静荷载试验法概述灌注桩的质量检测格外重要。目前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：基桩承载力检测和基桩完整性检测关于基桩承载力检测承载力检测的方法有静荷载试验法、高应变法、动参数法、机械阻抗法(稳态、瞬态和随机激振)、水电效应激振频谱法和共振法。静荷载试验法称之为静力检验法，其它方法均称之为动力检验法。国内外工程实践证明，用静力检验法测试单桩竖向承载力，尽管有很多不利的因素，但还是不可替代的，其试验结果的可靠性也是无容质疑的。而对于动力检验法确定单桩竖向承载力，无论是高应变法还是低应变法，均是近几十年来国内外发展起来的新的测试手段，目前仍处于发展和继续完善阶段。基桩检测方法分类静载试验静载试验动载试验(大应变和小应变)另一类是灌注桩完整性检测。灌注桩桩身完整性的检测方法主要有低应变法和超声波法，这两种方法优势独特，也正好弥补了静力检验法的不足。尤其是在大型的灌注桩工程中，不能也不可能在一个工程中做大量的静载试验。目前，在全国各地的桥梁建设中，桥梁桩基实行普查，有的地区采用反射波法，有的地区采用超声波法，也有的地区根据具体情况以上两种方法都采用，并规定了两种方法的使用比例。超声波法和反射波法超声波法和反射波法以其设备轻便灵巧、现场工作量小、检测效率高、检测费用低等优点得到了广泛应用。2.1、超声法（CECS21:2000）基本概念距离-L时间-t波速-VV=L/t波速-V波长-λ频率-f周期-T零读数-t0V=λ/T=λff=1/T例1V=4000m/sλ=8cmT=?T=0.08/4000=0.00002s=20μs时间单位minsmsμs例2声时212μs零读数12μs声距80cm声速=？V=L/t=0.8/［(212-12)×10-6］m/s=0.004×106m/s=4000m/s例3仪器显示声时85μs零读数5μs声距30cm则超声波传播声速（）m/sA.3529B.3333C.3750D.40002013题采用匀质试件测量换能器零读数，当L1=400mm时T1=165.3μs;当L2=150mm时T2=64.3μs,则该换能器零读数T0是（）μsA.3.2B.3.7C.4.2D.4.7V=L/tt=T-T0V1=V20.4/［(165.3-T0)×10-6］=0.15/［(64.3-T0)×10-6］3.7-------2475.25超声脉冲波检测混凝土缺陷的原理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。检测方式根据声测管埋置的不同情况，可以有如下三种检测方式：（1）双孔检测（2）单孔检测（3）桩外孔检测以上三种方式中，双孔检测是公路桥梁桩基检测中普遍采用的基本形式，其他两种方式只作为特殊情况下的补救措施。测前准备和要求(1)预埋检测管（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，并应按下式计算声时修正值：（3）在检测管内应注满清水。（4）将每2根检测管编为一组，并测量每一组检测管中心间的距离。wdddDt检测方法首先将装设有扶正器的接收及发射换能器置于检测管内，调试仪器的有关参数，直至显示出清晰的接收波形，且使最大波幅达到显示屏的三分之二左右为宜；然后宜由检测管底部开始，将发射与接收换能器置于同一标高，测取声时、波幅或频率，并进行记录；第三，发射与接收换能器应同步升降，测量点距20～40cm，各测点发射与接收换能器累计相对高差不应大于2cm，并应随时校正；发现读数异常时，应加密测量点距。检测数据的处理与桩身完整性判定（1）概率法ttt20（2）PSD判据法11iiiiiHHttS1211)()(iiiiiiiiHHttttSK正态分布①小误差比大误差出现的机会多，即小误差的概率大。②大小相等而符号相反的误差出现的概率相等，故误差分布曲线对称于纵。③极大的正负误差出现的概率非常小。故大误差一般不会出现。标准误差越小，曲线中部升得越高，两旁下降得越快，曲线突起，说明观测值集中，相反，当标准误差大时，曲线变得越加扁平，说明观测值分散。所以标准误差标志着一组数据的观测精度，越小则精度越高，越大则精度越低。22221xey（3）波幅(衰减量)判据法波幅(衰减量)比声速对缺陷反应更灵敏，可采用接收信号能量平均值的一半作为判断缺陷临界值。波幅值以衰减器的衰减量q表示，波幅判断的临界值qd有下列关系：6mDAAnAAniim/1DA---波幅临界值（dB）mA---波幅平均值（dB）020ppLogLBBL0PP1倍610倍20100倍40100万倍120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。反射波法反射波法源于应力波理论，适用于检测桩身混凝土的完整性，推定缺陷类型及其在桩身中的位置，也可以对桩长进行校核，对桩身混凝土强度等级作出估计。基本原理：在桩顶进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，在桩身存在明显波阻抗界面(如桩底、断桩或严重离析等部位)或桩身截面积变化(如缩径或扩径)部位，将产生反射波。经接收、放大滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息。据此计算桩身波速、判断桩身完整性和混凝土强度等级。反射波法检测系统绘图仪一体化测桩仪传感器力棒检测方法1.首先凿去被测桩桩头浮浆，平整桩头，切除桩头外露过长的主钢筋，将传感器稳固地安置在桩头上；2.然后检查仪器设备，进行激振方式和接收条件的选择试验，确定最佳激振方式和接收条件，设置有关参数；3.最后进行多次重复激振与接收，出现异常波形应在现场及时研究，排除影响测试的不良因素后再重复测试，重复测试的波形与原波形应具有相似性。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。（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）桩身混凝土严重离析时，其波速较低，反射波幅减少，频率降低。（4）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。（5）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。有条件时尚可使用多种检测方法进行综合判断。（6）桩体浅部断裂的定性评价，可通过横向激振，比较同类桩横向振动特征之间的差异进行辅助判断。（7）在上述时域分析的基础上，尚可采用频谱分析技术，利用振幅谱进行辅助判断。（8）桩身混凝土的强度等级可依据波速来估计。波速与混凝土抗压强度的换算系数，应通过对混凝土试件的波速测定和抗压强度对比试验确定。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。反射波法和超声波法比对检测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。比较典型桩的测试分析结果报告格式及内容见JTG/TF81-01-2004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寺泉沟中桥桩编号1-2测试桩长15.50m设计桩径1.2m砼标号C25灌注日期2002年08月08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波法检测结果为Ⅲ类桩，桩身在6.7-9.5m之间全断面裹夹泥砂蜂窝；反射波法检测结果为桩身在7.0、9.8m处有缺陷反射信号，桩底反射信号不明显。备注该桩反射波形比较复杂，多处反射信号很难判定，现场应结合地质资料、施工记录综合分析，否则容易误判。表10反射波法检测曲线分析表寺泉沟中桥1-2桩在7.3～8.1m处取出的芯样工程名称新郑高速公路刘江互通式立交桥桩编号7-5测试桩长55.50m设计桩径1.5m砼标号C30灌注日期2002年07月07日检测日期2002年08月23日地质概况1.00-12.30m，亚粘土；12.30-14.20m，亚砂土；14.2-24.0m，细砂；24.0-37.20m，中砂；37.20-41.80m，亚粘土；41.80-52.00m，中砂；52.0-60.00m，细砂；60.0-61.80m，亚粘土；61.80-65.00m，中砂。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6.0-10.0m处有离析、夹泥等缺陷；反射波法检测结果为桩底无反射信号，桩身8.0m左右有明显缺陷反射信号。备注将该桩反射波信号与同工地正常桩反射波信号比较，可明显看出该桩质量较差，桩身上部有缺陷存在。表11反射波法检测曲线分析表刘江互通立交桥7-5桩在6.6m处取出的芯样典型缺陷桩反射波法和超声波法的优缺点研究4.1超声波法的优缺点优点（1）判定桩身缺陷的准确性高，这其中包括缺陷的性质（断桩、夹杂、混凝土离析、混凝土密实度差等）和缺陷的位置（距桩顶高度、在桩身截面分布）以及缺陷的大小；（2）当一条桩在不同高度和不同截面位置有多处缺陷时，检测过程互不影响，可以分别准确检测出来；（3）对桩身缺陷的判定与地质地貌无任何关系，只与实测声学参数有关，这就使缺陷性质的判定比较容易；（4）适用于检测桩径大于0.8米以上的各种类型灌注桩，对桩长没有限制，因此是长大桩完整性检测的唯一最有效的方法。缺点（1）需要预埋声测管，这既