1、模块四桥梁工程检测2023-6-211模块构架桥 梁 工 程 检 测情境一、钻情境一、钻(挖挖)孔灌注桩泥浆性能指孔灌注桩泥浆性能指标检测标检测情境二、钻情境二、钻(挖挖)孔灌注成孔质量检测孔灌注成孔质量检测 情境三、灌注桩完整性检测情境三、灌注桩完整性检测 情境四、情境四、基桩静荷载试验基桩静荷载试验检测检测 项目一项目一桥梁工程基础检测桥梁工程基础检测 项目二项目二桥梁上部结构检测桥梁上部结构检测情境一、情境一、板式橡胶支座检测板式橡胶支座检测 情境二、情境二、盆式橡胶支座检测盆式橡胶支座检测 情境三、混凝土构件试验检测及质情境三、混凝土构件试验检测及质量评定方法量评定方法 情境四、混凝土
2、强度评定方法情境四、混凝土强度评定方法2023-6-212项目一项目一桥梁工程基础检测桥梁工程基础检测 2023-6-213情境一情境一 钻钻(挖挖)孔灌注桩泥浆性能指标检测孔灌注桩泥浆性能指标检测2023-6-214方案一方案一钻钻(挖挖)孔灌注桩泥浆性能指标检测孔灌注桩泥浆性能指标检测(1)相对密度(2)粘度(3)静切力(4)含砂率 (5)胶体率()(7)酸碱度(6)失水率(mL/30min)2023-6-215钻孔灌注桩调制的护壁泥浆一般由水、粘土(或膨润土)和添加剂按适当配合比配制而成，应根据钻孔方法和地层情况采用不同的性能指标。1.泥浆性能要求2023-6-216钻孔方法地层情况泥浆
3、性能指标相对密度粘度(Pas)含砂率()胶体率()失水率(mL30min)泥皮厚(mm/30min)静切力(Pa)酸碱度(pH)正循环一般地层1.051.201622849625212.5810易坍地层1.201.451928849615235810反循环一般地层1.021.061620495203l2.5810易坍地层1.061.lO182849520312.5810卵石土l.101.15203549520312.5810推钻冲抓一般地层1.10l.20182449520312.5811冲击易坍地层1.201.402230495203358112023-6-217注意：(1)地下水位高或其流
4、速大时，指标取高限，反之取低限；(2)地质状态较好，孔径或孔深较小的取低限，反之取高限；(3)在不易坍塌的粘质土层中，使用推钻、冲抓、反循环回转钻进时，可用清水提高水头(2m)维护孔壁；2023-6-218(4)若当地缺乏优良粘质土，远运膨润土亦很困难，调制不出合格泥浆时可掺用添加剂改善泥浆性能。(5)直径大于2.5m的大直径钻孔灌注桩对泥浆的要求较高，泥浆的选择应根据钻孔的工程地质情况、孔位、钻机性能、泥浆材料条件等确定。在地质复杂，覆盖层较厚，护筒下沉不到岩层的情况下，宜使用丙烯酰胺即PHP泥浆，此泥浆的特点是不分散、低固相、高粘度。2023-6-219(1)相对密度用泥浆相对密度计测定。
5、将要量测的泥浆装满泥浆杯，加盖并洗净从小孔溢出的泥浆，然后置于支架上，移动游码，使杠杆呈水平状态(即水平泡位于中央)，读出游码左侧所示刻度，刚为泥浆的相对密度儿。2 2泥浆性能指标检测泥浆性能指标检测2023-6-2110若工地无以上仪器，可用一口杯先称其质量设为m1，再装满清水称其质量m2,再倒去清水，装满泥浆并擦去杯周溢出的泥浆，称其质量设为m3，则1213mmmmx2023-6-2111(2)粘度用工地标准漏斗粘度计测定。用两端开口量杯分别量取200mL和500mL泥浆，通过滤网滤去大砂粒后，将泥浆700mL均注入漏斗，然后使泥浆从漏头流出，流满500mL量杯所需时间(s)，即为所测泥浆
6、的粘度。校正方法：漏斗中注入700ml清水，流出500ml，所需时间应是15s，其偏差如超过1s，测量泥浆粘度时应校正。2023-6-2112图4.1.1.1-1粘度计(尺寸单位：mm)1-漏斗；2-管子；3-量杯200mL；4-量杯500mL部分；5-筛网及杯返回2023-6-2113(3)静切力工地可用浮筒切力计测定(图4.1.1.1-2)。测量泥浆切力时，可用下式表示：式中：G铝制浮筒质量(g)；d浮筒的平均直径(cm)；h浮筒的沉没深度(cm)；泥浆容重(g/cm3)；浮筒壁厚(cm)。ddhhdG22023-6-2114图4.1.1.1-2浮筒切力计返回2023-6-2115量测时，
7、先将约500ml。泥浆搅匀后，立即倒入切力计中，将切力筒沿刻度尺垂直向下移至与泥浆接触时，轻轻放下，当它自由下降到静止不动时，即静切力与浮筒重力平衡时，读出浮筒上泥浆面所对的刻度(刻度是按公式(4.1.1.1-2)计算值刻划的)，即为泥浆的初切力。取出切力筒，按净粘着的泥浆，用棒搅动筒内泥浆后，静止10min，用上述方法量测，所得即为泥浆的终切力。它们的单位均为Pa，此切力计如买不到可自制。2023-6-2116(4)含砂率 工地可用含砂率计(图4.1.1.1-3)测定。量测时，把调好的泥浆50mL倒进含砂率计，然后再倒进清水，将仪器口塞紧摇动1min，使泥浆与水混合均匀。再将仪器垂直静放3m
8、in，仪器下端沉淀物的体积(由仪器刻度上读出)乘2就是含砂率(有一种大型的含砂率计，内装900mL的，从刻度读出的数不乘2即为含砂率)。2023-6-2117返回图4.1.1.1-3含砂率计2023-6-2118(6)失水率(mL/30min)用一张12cm12cm的滤纸，置于水平玻璃板上，中央画一直径3cm的圆，将2mL的泥浆滴入圆圈内，30min后，测量湿圆圈的平均直径减去泥浆摊平的直径(mm)，即为失水率。在滤纸上量出泥浆皮的厚度(mm)即为泥皮厚度。泥皮愈平坦、愈薄则泥浆质量愈高，一般不宜厚于23mm。2023-6-2119(7)酸碱度即酸和碱的强度简称，也有简称为酸碱值的。pH值是常
9、用的酸喊标度之一。pH值等于溶液中氢离子浓度的负对数值，即pH=-lgH+=1g1H+。pH值等于7时为中性，大于7时为碱性，小于7时为酸性。工地测量pH值方法，可取一条pH试纸放在泥浆面上，0.5s后拿出来与标准颜色相比，即可读出pH值。也可用pH酸碱计，将其探针插入泥浆，直接读出pH值。2023-6-21203注意问题(1)无论采用何种方法清孔，清孔后泥浆试样应从孔底提出，进行性能指标检测，检测结果应符合表4.1.1.1-1的规定。(2)在吊入钢筋骨架后，灌注水下混凝土之前，应再次检查孔内泥浆性能指标和孔底沉淀厚度，如超过规定，应进行第二次清孔，符合要求后方可灌注水下混凝土。2023-6-
10、2121情境二情境二 钻钻(挖挖)孔灌注成孔质量检测孔灌注成孔质量检测2023-6-2122桥梁工程中常用的灌注桩施工方式主要有钻孔、冲击成孔、冲抓成孔和人工挖孔等。人工挖孔为干作业施工，成孔后孔壁的形状、孔深、垂直度、孔底沉淀厚度以及钢筋笼的安放位置等均可通过目测或人下到孔内进行检查，成孔质量较易控制。钻孔、冲击成孔或冲抓成孔等灌注桩，通常以泥浆进行护壁，为湿作业施工。成孔后孔中充满泥浆而无法目测或人下到孔内进行检查，孔壁的形状、垂直度和沉淀土厚度等只能通过仪器进行检测。下面主要介绍湿作业灌注桩成孔质量检查的主要内容及其相应的方法。2023-6-2123方案一方案一钻钻(挖挖)孔灌注成孔质量
11、检测孔灌注成孔质量检测 1桩位偏差检查 2孔径检查 3桩倾斜度检查 4、沉淀土厚度2023-6-21241桩位偏差检查基桩施工前应按设计桩位平面图落放桩的中心位置，施工结束后应检查中心位置的偏差，并应将其偏差绘制在桩位竣工平面图中，检测时可采用经纬仪对纵、横方向进行量测。桩孔中心位置的偏差要求，对于群桩不得大于100mm，单排桩不得大于50mm。当桩群中设置有斜桩时，应以水平面的偏差值计算。2023-6-21252孔径检查桩孔径可用专用球形孔径仪、伞形孔径仪和声波孔壁测定仪等测定。伞形孔径仪，其由测头、放大器和记录仪三部分组成。测头为机械式的，测头放入测孔之前，四条测腿合拢并用弹簧锁定，测头放
12、入孔内到达孔底时，四条测腿立即自动张开。2023-6-2126图4.1.2.1-1孔径仪a)测头 b)孔径仪检测装置a)1-电缆；2-密封筒；3-测腿；4-锁腿装置b)1-测头；2-三角架；3-钢丝绳；4-电缆；5-放大器；6-记录仪返回2023-6-2127 当测头往上提升时，由于弹簧力作用，腿端部紧贴孔壁，随着孔壁凹凸不平状态相应张开或收拢，带动密封筒内的活塞杆上下移动，使四组串联滑动电阻来回滑动，将电阻变化转化为电压变化，经信号放大并记录，即可自动绘出孔壁形状而测出孔径尺寸。此外，也可采用简易的木制铰接量径器测定，其使用简便，量测精度约为10mm，其构造可详见有关文献2023-6-212
13、83桩倾斜度检查一般要求对于竖直桩，其允许偏差不应超过1，斜桩不应超过设计斜度的2.5。桩倾斜度的检查采用图4.1.2.1-2所示当检查的桩孔较深且倾斜度较大时，可根据地质及施工情况选用JDL-1型陀螺测斜仪或JJX-3型井斜仪检查，也可采用声波孔壁测定仪绘出连续的孔壁形状和垂直度如图4.1.2.1-3和图4.1.2.1-4声波孔壁测定仪。2023-6-2129图图4.1.2.1-24.1.2.1-2桩的倾斜度检查桩的倾斜度检查1-1-钢筋圆球；钢筋圆球；2-2-标尺；标尺；3-3-元钉；元钉；4-4-木枋；木枋；5-5-导向滑轮；导向滑轮；6-6-钻架横梁钻架横梁简易方法。在孔口沿钻孔直径方
14、向设一标尺，标尺上0点与钻孔中心重合，并使滑轮、标尺0点和钻孔中心在同一铅垂线上，其高度为H。穿过滑轮的测绳一端连接于用钢筋弯制的圆球(圆球直径比钻孔直径略小些)，另一端通过转向滑轮用手拉住。将圆球慢放入钻孔中，并测读测绳在标尺上的偏距e，则倾斜角=aretan(eH)。该方法工具简单、操作方便，但测读范围以。值小于钻孔的半径为最大限度，且读数较为粗糙。2023-6-2130图图4.1.2.1-34.1.2.1-3声波孔壁测定仪声波孔壁测定仪1-1-电机；电机；2-2-走纸速度控制器；走纸速度控制器；3-3-记录仪；记录仪；4-4-发射探头；发射探头；5-5-接收探头；接收探头；6-6-电缆；
15、电缆；7-7-钢丝绳钢丝绳返回2023-6-2131图图4.1.2.1-44.1.2.1-4孔壁形状和偏斜孔壁形状和偏斜返回2023-6-21324.孔底沉淀层厚度检查 检测方法目前还不够成熟，下面介绍几种工程中常试用的方法。垂球法垂球法是一种惯用的简易测定沉淀土厚度的方法。其将重约1kg的铜制锥体垂球，顶端系上测绳，把垂球慢慢沉入孔内，凭手感判断沉淀土顶面位置，其施工孔深和量测孔深之差值即为沉淀土厚度。2023-6-2133电阻率法电阻率法沉淀土测定仪由测头、放大器和指示器组成。它是根据介质不同，如水、泥浆和沉淀颗粒具有不同的导电性能，由电阻阻值变化来判断沉淀土厚度。测试时将测头慢慢沉入孔中
16、，观察表头指针的变化，当出现突变时记录深度h1，继续下沉测头，指针再次突变记录深度h2，直到测头不能下沉为止，记录深度h3，设施工深度为H，则各沉淀土厚度为(h2一h1)、(h3一h2)和(Hh3)。2023-6-2134电容法电容法沉淀土厚度测定原理是当金属两极板间距和尺寸不变时，其电容量和介质的电解率成正比关系，水、泥浆和沉淀土等介质的电解率有较明显差异，从而由电解率的变化量测定沉淀土的厚度。钻(挖)孔在终孔和清孔后，应进行孔位、孔深检验。一般情况下孔径、孔形和倾斜度宜采用上述专用仪器测定，当缺乏专用仪器时，可采用外径为钻孔桩钢筋笼直径加100mm(不得大于钻头直径)，长度为46倍外径的钢
17、筋笼检孔器吊入钻孔内检测。2023-6-2135情境三情境三 灌注桩完整性检测灌注桩完整性检测 2023-6-21361.钻芯检验法2.振动检验法(1)敲击法和锤击法(2)稳态激振机械阻抗法(3)瞬态激振机械阻抗法(4)水电效应法3超声脉冲检验法4射线法2023-6-2137从以上所列的常用检测方法可见，桩基检测方法的研究和应用是一个十分活跃的领域。国家建设部、地矿部早在1995年12月就颁布了基桩低应变动力检测规(JGJT 93-95)1997年颁布了基桩高应变动力检测规(JGT 10697)。公路桥梁基桩检验多数地区实行普查，交通部也于2004年11月颁布了公路工程基桩动测技术规程(JTG
18、T F81-01-2004)其检验的基本方法有以下几种。2023-6-2138方案一方案一 反射波法（反射波法（JTGJTGT F81012004T F81012004）公路桥梁基桩检验多数地区实行普查，基桩低应变动力检测法以其设备轻便灵活、现场检测工作量小、检测效率高、检测费用低等优点得到了广泛应用。2023-6-21391基本原理反射波法源于应力波理论，基本原理是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
19、、判断桩身完整性。2023-6-21402适用范围(1)反射波法是通过分析实测桩顶速度响应信号的特征来检测桩身的完整性，判定桩身缺陷位置及影响程度，判断桩端嵌固情况。(2)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)使用反射波法时，被检桩的桩端反射信号应能有效识别。2023-6-21413检测仪器与设备(1)反射波法检测系统由传感器、激振锤、一体化检测仪和打印机等组成，其中一体化检测仪由信号采集及处理仪和相应的分析软件等组成(图4.1.3.1-1)2023-6-2142图图4.1.3.1-14.1.3.1-1反射波法检测系统反射波法检测系统返回2023-6-21432
20、023-6-2144(2)信号采集及处理仪应符合下列规定：数据采集装置的模一数转换器不得低于12bit。采样间隔宜为10500s，可调。单通道采样点不少于1024点。放大器增益宜大于60dB，可调，线性度良好，其频响范围应满足55000Hz。(3)传感器的性能应符合下列规定：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。2023-6-2145加速度传感器的电压灵敏度应大于100mVg，电荷灵敏度应大于20PCg，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。速度传感器的固有谐振频率不应大于30Hz，灵敏度应大于2
21、00mVcm.s-1，上限频率不应小于1.5kHz，安装谐振频率不应小于1.5kHz。(4)根据桩型和检测目的，宜选择不同材质和质量的力锤或力棒，以获得所需的激振频率和能量。2023-6-21464现场检测技术(1)检测前准备工作应符合下列规定：检测前首先应搜集有关技术资料。根据现场实际情况选择合适的激振设备、传感器及检测仪，检查测试系统各部分之间是否连接良好，确认整个测试系统处于正常工作状态。桩顶应凿至新鲜混凝土面，并用打磨机将测点和激振点磨平。应测量并记录桩顶截面尺寸。混凝土灌注桩的检测宜在成桩14d以后进行。打入或静压式预制桩的检测应在相邻桩打完后进行。2023-6-2147(2)传感器
22、安装应符合下列规定：传感器的安装可采用石膏、黄油、橡皮泥等耦合剂，粘结应牢固，并与桩顶面垂直。对混凝土灌注桩，传感器宜安装在距桩中心1223半径处，且距离桩的主筋不宜小于50 mm。当桩径不大于1000mm时不宜少于2个测点；当桩径大于1000mm时不宜少于4个测点。对混凝土预制桩，当边长不大于600mm时不宜少于2个测点；当边长大于600mm时不宜少于3个测点。对预应力混凝土管桩不应少于2个测点。2023-6-2148(3)激振时应符合下列规定：混凝土灌注桩、混凝土预制桩的激振点宜在桩顶中心部位；预应力混凝土管桩的激振点和传感器安装点与桩中心连线的夹角不应小于45。激振锤和激振参数宜通过现场
23、对比试验选定。短桩或浅部缺陷桩的检测宜采用轻锤短脉冲激振；长桩、大直径桩或深部缺陷桩的检测宜采用重锤宽脉冲激振，也可采用不同的锤垫来调整激振脉冲宽度。采用力棒激振时，应自由下落；采用力锤敲击时，应使其作用力方向与桩顶面垂直。2023-6-2149(4)检测工作应遵循下列原则采样频率和最小的采样长度应根据桩长和波形分析确定。各测点的重复检测次数不应少于3次，且检测波形具有良好的一致性。当干扰较大时，可采用信号增强技术进行重复激振，提高信噪比；当信号一致性差时，应分析原因，排除人为和检测仪器等于扰因素，重新检测。对存在缺陷的桩应改变检测条件重复检测，相互验证。2023-6-21505检测数据分析与
24、判定(1)桩身完整性分析宜以时域曲线为主，辅以频域分析，并结合施工情况、岩土工程勘察资和波形特征等因素进行综合分析判定。2023-6-2151当桩长已知、桩端反射信号明显时，选取相同条件下不少于5根I类桩的桩身波速按下式计算其平均值：nnimcnc11fLTLci2100022023-6-2152式中：cm 桩身波速平均值（m/s）ci第i根桩的桩身波速计算值（m/s）L完整桩桩长(m)；T时域信号第一峰与桩端反射波峰间的时间差(ms)；f幅频曲线桩端相邻谐振峰间的频差(Hz)，计算时不宜取第一与第二峰；n基桩数量(n5)。2023-6-2153当桩身波速平均值无法按上述方法确定时，可根据本地
25、区相同桩型及施工工艺的其他 桩基工程的测试结果，并结合桩身混凝土强度等级与实践经验综合确定。式中：X测点至桩身缺陷之间的距离（m）tx时域信号第一峰与缺陷反射波峰间的时间差fx幅频曲线所对应缺陷的相邻谐振峰间的频差(Hz)C桩身波速（m/s），无法确定时用Cm 值替代。xxfcctx21200012023-6-2154(4)混凝土灌注桩采用时域信号分析时，应结合有关施工和岩土工程勘察资料，正确区分由扩径处产生的二次同相反射与因桩身截面渐扩后急速恢复至原桩径处的一次同相反射，以避免对桩身完整性的误判。(5)对于嵌岩桩，当桩端反射信号为单一反射波且与锤击脉冲信号同相时，应结合岩土工程勘察和设计等有
26、关资料以及桩端同相反射波幅的相对高低来推断嵌岩质量，必要时采取其他合适方法进行核验。2023-6-2155(6)桩身完整性的分析当出现下列情况之一时，宜结合其他检测方法：超过有效检测长度范围的超长桩，其测试信号不能明确反映桩身下部和桩端情况。桩身截面渐变或多变，且变化幅度较大的混凝土灌注桩。当桩长的推算值与实际桩长明显不符，且又缺乏相关资料加以解释或验证。实测信号复杂、无规律，无法对其进行准确的桩身完整性分析和评价。对于预制桩，时域曲线在接头处有明显反射，但又难以判定是断裂错位还是接桩不良。2023-6-2156(7)桩身完整性类别应按下列原则判定：I类桩：桩端反射较明显，无缺陷反射波，振幅谱
27、线分布正常，混凝土波速处于正常范围。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。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。2023-6-2157(8)检测报告应包括下列内容：桩身混凝土波速值。桩身完整性描述，包括缺陷位置、性质及类别。时域曲线图，并注明桩底反射位置。桩位编号及平面布置示意图，地质柱状图。检测报告格式参照(JTGT F81012004)附录D。2023-6-2158方案二方案二 超声波法超声波法(JTG(JTGT F8
28、1012004)T F81012004)声波透射法适用于检测桩径大于0.8m以上混凝土灌注桩的完整性。1基本原理钻孔灌注桩超声脉冲检测法的基本原理与超声测缺和测强技术基本相同。但由于桩深埋土内，而检测只能在地面上进行，因此又有其特殊性。在钻孔灌注桩的检测中所依据的基本物理量有以下四个。2023-6-2159(1)声时值由于钻孔桩的混凝土缺陷主要是由于灌注时混入泥浆或混入自孔壁坍落的泥、砂所造成的。缺陷区的夹杂物声速较低，或声阻抗明显低于混凝土的声阻抗。因此，超声脉冲穿过缺陷或绕过缺陷时，声时值增大。增大的数值与缺陷尺度大小有关，所以声时值是判断缺陷有无和计算缺陷大小的基本物理量。2023-6-
29、2160(2)波幅 当波束穿过缺陷区时，部分声能被缺陷内含物所吸收，部分声能被缺陷的不规则表面反射和散射，到达接收探头的声能明显减少，反映为波幅降低。实践证明，波幅对缺陷的存在非常敏感，是在桩内判断缺陷有无的重要参数。2023-6-2161(3)接收信号的频率变化当超声脉冲穿过缺陷区时，声脉冲中的高频部分首先被衰减，导致接收信号主频下降，即所谓频漂，其下降百分率与缺陷的严重程度有关。接收频率的变化实质上是缺陷区声能衰减作用的反映，它对缺陷也较敏感，而且测量值比较稳定，因此，也可作为桩内缺陷判断的重要依据。2023-6-2162(4)接收波形的畸变 接收波形产生畸变的原因较复杂，一般认为是由于缺
30、陷区的干扰，部分超声脉冲波被多次反射而滞后到达接收探头。这些波束的前锋到达接收探头的时间参差不齐，相位也不尽一致叠加后造成接收波形的畸变。因此，接收波形上带有混凝土内部的丰富信息。如能对波形进行信息处理，搞清波束在混凝土内部反射和叠加机理，则可确切地进行缺陷定量分析。但目前，波形信息处理方法未能解决，一般只能将波形畸变作为缺陷定性分析依据以及判断缺陷的参考指标。2023-6-2163 在检测时，探头在声测管中逐点测量各深度的声时、波幅(或衰减)、接收频率及波形畸变位置等。然后，可绘成“声时-深度曲线”、“波幅-深度曲线”及“接收频率变化率-深度曲线”等，供分析使用。2023-6-21642检测
31、方式为了使超声脉冲能横穿各不同深度的横截面，必须使超声探头深入桩体内部，为此，须事先预埋声测管，作为探头进入桩内的通道。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2023-6-2165图图4.1.3.2-14.1.3.2-1钻孔前注桩超声脉冲检测方法钻孔前注桩超声脉冲检测方法a)a)双孔检测；双孔检测；b)b)单孔检测；单孔检测；c)c)桩外孔检测桩外孔检测1 1一声测管；一声测管；22发射探头；发射探头；33接收探头；接收探头；44超声波检测仪超声波检测仪返回2023-6-21663检测仪器与设备目前常用的检测装置有两种。一种是用一般超声检
32、测仪和发射及接收探头所组成。探头在声测管内的移动由人工操作，数据读出后再输入计算机处理。这套装置与一般超声检测装置通用，但检测速度慢、效率较低。另一种是全自动智能化测桩专用的检测装置(图4.1.3.2-2)。它由超声发射及接收装置、探头自动升降装置、测量控制装置、数据处理计算机系统等四大部分所组成。2023-6-2167图图4.1.3.2-24.1.3.2-2全自动知能化测桩专用检测装置原理框图全自动知能化测桩专用检测装置原理框图1-1-探头升降机构；探头升降机构；2-2-步进电机驱动电源；步进电机驱动电源；3-3-超声发射与接收装置；超声发射与接收装置；4-4-测控接测控接口；口；5-5-计
33、算机；计算机；6-6-磁带机；磁带机；7-7-打印机；打印机；8 8、9-9-发射、接收探头发射、接收探头返回2023-6-21682023-6-2169数据处理计算机系统是测控装置的主控部件，具有人机对话、发布各类指令、进行数据处理等功能。它通过总线接口与测量控制装置联接，发出测量的控制命令，以及进行信息交换；升降机构根据指令通过步进电机进行上升、下降及定位等动作，移动探头至各测量点；发射和接收装置发射并接收超声波，取得测量数据，传送到数据处理计算机，进行数据处理、存储、显示和打印。由于测试系统由计算机控制，测量过程无需人工干预，因此可自动、迅速地完成全桩测量工作。2023-6-2170声波
34、检测仪器的技术性能应符合下列规定：(1)检测仪系统应包括信号放大器、数据采集及处理存储器、径向振动换能器等。(2)检测仪应具有一发双收功能。(3)声波发射应采用高压阶跃脉冲或矩形脉冲，其电压最大值不应小于1000V，且分档可调。2023-6-2171(4)接收放大与数据采集器应符合下列规定：接收放大器的频带宽度为5200kHz，增益不应小于100dB，放大器的噪声有效值不大于2,波幅测量范围不小于80dB，测量误差小于1dB。计时显示范围应大于2000s，精度优于0.5s，计时误差不应大于2。采集器模一数转换精度不应低于8bit，采样频率不应小于10MHz，最大采样长度不应小于32kB。202
35、3-6-2172(5)径向振动换能器应符合下列规定：径向水平面无指向性。谐振频率宜大于25kHz。在1MPa水压下能正常工作。收、发换能器的导线均应有长度标注，其标注允许偏差不应大于10mm。接收换能器宜带有前置放大器，频带宽度宜为560kHz。单孔检测采用一发双收一体型换能器，其发射换能器至接收换能器的最近距离不应小于30cm，两接收换能器的间距宜为20cm。2023-6-21734测前准备和要求(1)预埋检测管应符合下列规定：当桩径不大于1500mm时，应埋设三根管；当桩径大千1500mm时，应埋设四根管（图4.1.3.2-3）声波透射法埋管编组声测管宜采用金属管，其内径应比换能器外径大1
36、5mm，管的连接宜采用螺纹连接，且不漏水。2023-6-2174图图4.1.3.2-34.1.3.2-3声波透射法埋管声波透射法埋管编组编组返回2023-6-2175声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，且互相平行、定位准确，并埋设至桩底，管口宜高出桩顶面300mm以上。声测管管底应封闭，管口应加盖。声测管的布置以路线前进方向的顶点为起始点，按顺时针旋转方向进行编号和分组，每两根编为一组。2023-6-2176(2)检测前的准备应符合下列规定：被检桩的混凝土龄期应大于14d。声测管内应灌满清水，且保证畅通。标定超声波检测仪发射至接收的系统延迟时间t。准确量测声测管的内、外径和两相邻声测管外壁间
37、的距离，量测精度为1mm。取芯孔的垂直度误差不应大于0.5，检测前应进行孔内清洗。2023-6-2177(3)检测方法应符合下列要求：测点间距不宜大于250mm。发射与接收换能器应以相同标高同步升降，其累计相对高差不应大于20mm，并随时校正。在对同一根桩的检测过程中，声波发射电压应保持不变。对于声时值和波幅值出现异常的部位，应采用水平加密、等差同步或扇形扫测等方法进行细测，结合波形分析确定桩身混凝土缺陷的位置及其严重程度。2023-6-2178现场检测前测定声波检测仪发射至接收系统的延迟时间t0，并应按下式计算声时修正值t/：式中：t声时修正值(s)；D检测管外径(mm)；d检测管内径(mm
38、)；d换能器外径(mm)；t 检测管壁厚度方向声速(kms)；w水的声速(kms)。wtdddDt2023-6-2179混凝土中声波的传播时间和速度按下式计算：tttti0iitlniimn1 2023-6-2180式中：t声时值(s)；ti超声波第测点声时值(s)；t0声波检测仪发射至接收系统的延迟时间(s)；t/声时修正值(s)；i第i个测点声速值(kms)；l两根检测管外壁间的距离(mm)。m混凝土声速平均值(kms)；n测点数。2023-6-2181(6)单孔折射法的声时、声速值应按下列公式计算：式中：t两个接收换能器问的声时差(s)；t1近道接收换能器声时(s)；t2远道接收换能器声
39、时(s)；i 第：个测点声速值(kms)；h两个接收换能器问的距离(mm)。21tttthi2023-6-21825现场检测步骤(1)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23左右为宜。(2)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，测取声时、波幅或频率，并进行记录。2023-6-2183(3)发射与接收换能器应同步升降，测量点距小于或等于250mm，各测点发射与接收换制器累计相对高差不应大于20mm，并应随时校正；发现读数异常时，应加密测量点距。(4)一根桩有多根检测管时，按分组进行测试(图4.1.3
40、.2-3)。2023-6-21846检测数据的处理与桩身完整性判定(1)声速判据当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其作为可疑缺陷区。式中:i 第i个测点声速值(kms)；D声速临界值(kms)Di2023-6-2185声速临界值采用正常混凝土声速平均值与2倍声速标准差之差，即：式中：n测点数；i混凝土中第i测点声速值(kms)；声速平均值(kms)；v声速标准差。vD2niin1/112nniiv2023-6-2186(2)PSD判据法相邻测点间声时的斜率和差值乘积判据(简称PSD判据)设测点的深度为H，相应的声时值为t，则声时值因混凝土中存在缺陷或其他因素的影响，而随深度变化的关系，可用
41、如下的函数式表达：Hft 2023-6-2187当桩内存在缺陷时，由于在缺陷与完好混凝土界面处声时值的突变，从理论上说，该函数应是不连续函数。在缺陷的界面上，当深度增量(即测点间距)，而且由于缺陷表面的凹凸不平以及孔洞等缺陷是由于波线曲折而引起声时变化的，所以在 的实测曲线中，在缺陷处只表现为斜率的变化，该斜率可用相邻测点的声时差值与测点间距离之比求得，即0H Hft 2023-6-2188式中，下标i为测点位置或序号，Si为第i一1至i测点之间的斜率，ti和ti-1为相邻两测点的声时值，Hi和Hi-1为相邻两测点的深度。11iiiiiHHttS2023-6-2189但是，斜率只反映了相邻两测
42、点声时值的变化速率。实测时往往采用不同的测点间距，因此，虽然所求出的Si相同，但所对应的声时差值可能是不同的。正如图4.1.3.2-4中所示的两条t-H曲线，在M和M点的Si相同，但声时差值不同，而声时差值是与缺陷大小有关的参数。为了使判据进一步反映缺陷的大小，就必须加大声时差值在判据中的权数。因此判据可写成：1211iiiiiiiiHHttttSK2023-6-2190图图4.1.3.2-4 tH4.1.3.2-4 tH曲线曲线返回2023-6-2191式中，Ki即为i点的PSD判据值，其余各项同前。显然当i处相邻两测点的声时值没有变化时，Ki=0；当有变化时，由于Ki与(ti-ti-1)2
43、成正比，因而Ki将大幅度变化。2023-6-2192 临界判据值及缺陷大小与PSD判据的关系。实验证明，PSD判据对缺陷十分敏感，而对于因声测管不平行，或混凝土强度不均匀等原因所引起的声时变化，基本上没有反映。这是由于非缺陷因素所引起的的声时变化都是渐变过程，虽然总的声时变化量可能很大，但相邻测点间的声时差却很小，因而K值很小，所以采用PSD判据基本上消除了声测管不平行，或混凝土不均质等因素所造成的声时变化对缺陷判断的影响。2023-6-2193 为了对全桩各测点进行判别，必须将各测点的K。值求出，并描成“H-K”曲线进行分析，凡在K值较大的地方，均可列为可疑区，作进一步的细测。临界判据实际上
44、反映了测点间距、声波穿透距离、介质性质、测量的声时值等参数之间的综合关系，这一关系随缺陷性质的不同而不同，现分别推导如下：假定缺陷为夹层(见图4.1.3.2-5及图4.1.3.2-6)。2023-6-2194图图4.1.2.2-54.1.2.2-5图图4.1.3.2-64.1.3.2-62023-6-2195设混凝土的声速为1，夹层中夹杂物的声速为2，声程为L，测点间距H。若测量结果在完好混凝土中的声时值为ti-1，夹层中的声时为t1，则：11Lti2Lti2023-6-2196所以：121LLttii则：HLHHttKiiiiC22212212112023-6-2197如果缺陷是半径R的空洞
45、，以ti-1代表声波在完好混凝土中直线传播时的声时值，ti代表声波遇到空洞成折线传播时的声时值，则：11Lti12222LRti2122224224HLRLLRKi同样2023-6-2198假定缺陷为“蜂窝”或被其他介质填塞的孔洞(见图4.1.3.2-7)，这时超声脉冲在缺陷区的传播有两条途径。一部分声波穿过缺陷介质到达接收探头，另一部分沿缺陷绕行。当绕行声时小于穿行声时时，可按空洞处理。反之，则缺陷半径R与PSD判据的关系可按相同的方法求出：232123124HRKi2023-6-2199式中，3为缺陷内夹杂物声速。据试验，蜂窝状态疏松区的声速约为密实混凝土声速的8090，取3=0.851，
46、则公式可写成：HRKi212125.02023-6-21100图图4.1.3.2-7 4.1.3.2-7 蜂窝状疏松或被泥沙填塞的孔洞蜂窝状疏松或被泥沙填塞的孔洞返回2023-6-21101由于声通路有两个途径，只有当穿行声时小于绕行声时时，才能用上式计算。通过上述临界判据值与各点测量判据值的比较，即可确定缺陷的性质和大小。由于缺陷中夹杂物的声速(2、3)只能根据桩周围土层情况予以估计，因此，所得出的缺陷大小仅仅是粗略的估计值，尚需进一步通过细测确定。2023-6-21102 此外，全桩各点的声时值，经统计处理后，还可作为桩身混凝土均匀性的指标，对施工质量进行分析。采用上述方法的，需计算出各测
47、点的判据值K，并需进行一系列临界判据的运算，计算工作量很大，必须采用计算机。2023-6-21103缺陷性质和大小的细测判断。所谓细测判断，就是在运用PSD判据确定有缺陷存在的区段内，综合运用声时、波幅、接收频率、波形(或频谱)等物理量，找出缺陷所造成的声阴影的范围，从而准确地判定缺陷的位置、性质和大小。2023-6-21104 双管对测时，各种缺陷的细测判断法示于图4.1.3.2-8图4.1.3.2-11。其基本方法是将一个探头固定，另一探头上下移动，找出声阴影所在边界位置。在混凝土中，由于各种不均匀界面的漫射和低频波的绕射等原因，使阴影边界十分模糊，但通过上述物理量的综合运用仍可定出其范围
48、。2023-6-21105图图4.1.3.2-84.1.3.2-8孔洞大小及位置的细测判断孔洞大小及位置的细测判断a)a)扇形扫测；扇形扫测；b)b)加密测点平移扫测加密测点平移扫测返回2023-6-21106图图4.1.3.2-94.1.3.2-9断层位置的细测断层位置的细测判断判断图图4.1.3.2-104.1.3.2-10厚夹层上下界面的细厚夹层上下界面的细测判断测判断返回2023-6-21107图图4.1.3.2-114.1.3.2-11颈缩现象的细测判断颈缩现象的细测判断返回2023-6-21108在运用上述分析判断方法时，应注意排除声测管和耦合水声时值、管内混响、箍筋等因素的影响，
49、而且检测龄期应在7d以上。显然，PSD判据也可应用于其他结构物大面积扫测时的缺陷判别，即将扫测网络中每条测线上的数据，用PSD判据处理，然后把各测线处理结果综合在一起，同样可定出缺陷的性质、大小及位置。2023-6-21109(3)波幅(衰减量)判据法用波幅平均值减6dB作为波幅临界值，当实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。6mDAAniimnAA1式中：AD波幅临界值(dB)；Am波幅平均值(dB)；Ai第i个测点相对波幅值(dB)；n 测点数。2023-6-21110(4)桩身完整性评价 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
50、：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。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 2023-6-211117检测报告 检测报告应包括每根被检桩各剖面的声速一深度、波幅一深度曲线及各自的临界值，声速、波幅的平均值，桩身缺陷位置及程度的分析说明。检测报告格式参照(JTGT F81-01-2004)附录D。2023-6-21112情境四情境四基桩静荷载试验基桩静荷载试验检测检测 2023-6-21113(一)试
