桩基检测技术(简全).ppt

桩基质量检测技术,胡昌斌 博士 福州大学土木建筑工程学院 20081003,课程内容,一、桩基检测概论 二、灌注桩成孔质量检测 三、桩的静载试验 四、桩的低应变、高应变动力检测 五、声波透射检测 六、钻芯法检测 七、动力触探检测,一 桩基检测概论,(一)在我国各类工程建设中， 广泛采用桩基础; 桩基础是历史悠久、应用广泛的一种基础形式。在我国高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台以至核电站等工程中，都有普遍应用。 7000年前我国就出现了木桩（如上海北宋的龙华塔）； 1820年以后，出现了铸铁钢板桩修筑围堰和码头； 1900年以后，美国出现了大量钢桩基础； 1898年俄国提出就地灌注混凝土桩； 1901年美国提出沉管灌注桩，1930左右在我国上海应用； 1960年以后，我国研制出预应力钢筋混凝土管桩。,桩基检测概论（续）,自此以后，随着桩基础应用领域的扩宽，机械设备和施工技术不断得到改进与发展，产生了各种新桩型和新工法，为桩在复杂地质条件和环境条件下的应用注入了勃勃生机。今天桩基础已成为高层建筑、大型桥梁、深水码头和海上石油平台等采用的主要基础形式。 目前我国桥梁工程中最大桩径已超过5m，基桩入土深度已达100m以上。,桩基础在我国高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台以至核电站等工程中，都得到普遍应用。,基桩分类,按成桩方法对土层的影响分类： 1、挤土桩（打入、压入、沉管灌注桩）； 2、部分挤土桩、微排土桩（I型、H型钢桩、钢板桩、开口式钢管桩和螺旋桩）； 3、非挤土桩（挖孔、钻孔灌注桩）； 按成桩方法对土层的影响分类： 1、木桩；2、钢桩；3、混凝土桩；4、组合桩；,基桩分类,按桩的功能分类： 1、抗轴向压桩（摩擦桩、端承桩、端承摩擦桩）； 2、抗侧压桩；3、抗拔桩； 按成桩方法分类： 1、打入桩； 2、就地灌注桩（沉管灌注桩、钻孔灌注桩、人工挖孔灌注桩、夯扩桩、复打桩、支盘桩、树根桩）； 3、静压桩；4、螺旋桩；5、碎石桩； 6、水泥土搅拌桩（深层搅拌桩、粉喷桩）。,桩基工程常见的质量问题,（1）沉管灌注桩 1、断裂（侧向挤土）；2、拉裂（隆起）； 3、缩颈；4、断桩离析；5、吊脚桩； （2）冲、钻孔灌注桩 1、断桩；2、离析；3、塌孔、缩颈、夹泥； 4、沉渣过厚； （3）混凝土预制桩 1、桩身开裂；2、桩头打碎；3、挤折断；4、破裂；,桩基检测概论,（二）桩基检测技术是保证桩基质量的重要手段 施工前的检测、施工中的检测、施工后的检测； 常规方法： 1、单桩竖向抗压静载试验； 2、单桩竖向抗拔静载试验； 3、单桩水平静载试验； 4、钻芯法； 7、动力触探法； 5、高应变动测； 8、声波透射法； 6、低应变动测； 9、取样试件试验；,桩基检测新方法,1、测定承载力的自平衡法； 2、静动法； 3、检测桩身混凝土缺陷的CT扫描等；,CT桩身质量检测,反力架静载试验,高应变动力检测,静载试验,成孔质量检测,桩基取芯检测,桩基低应变检测技术,桩基动测实测曲线,灌注桩的施工分为成孔和成桩两部分，成孔作业由于是在地下、水下完成，质量控制难度大，复杂的地质条件和施工的失误，都有可能产生塌孔、缩颈、桩孔偏斜、沉渣过厚等问题。 成孔质量检验的内容： 桩孔位置、孔深、孔径、垂直度、沉渣厚度、泥浆指标。,二 灌注桩成孔质量检测,一简易法检测,二、伞形孔径仪检测 伞形孔径仪是由孔径仪、孔斜仪、沉渣厚度测定仪三部分组成的一个测试系统。 仪器由孔径测头、自动记录仪、电动绞车等组成。,三、声波法检测,孔底沉渣厚度检测,孔底沉渣的厚薄直接影响桩端承力的发挥，沉渣太厚将使桩的承载能力大大降低，因此桩孔在灌注混凝土之前必须对沉渣厚度进行检测，必要时须进行再次清孔，直到沉渣厚度满足要求。 目前测量沉渣厚度的方法大致有测锤法、电阻率法、电容法、声波法等。,一、竖向抗压静载试验； 二、单桩竖向抗拔静荷载试验； 三、单桩水平静载试验； 静载试验可确定桩的承载力，可为设计提供依据，也可以为工程验收提供依据，是获得桩轴向抗压、抗拔以及横向承载力的最基本、最可靠的方法。我国建筑工程中惯用的静载试验方法是维持荷载法。又可分为慢速维持荷载法和快速维持荷载法。,三 桩基静载试验,静载方法原理简介,利用堆载或锚桩等反力装置，由千斤顶施力于单桩、复合地基或天然地基，并记录被测对象的位移变化，由获得的力与位移曲线（Q-S），或位移时间曲线（S-Lgt）等资料，按照国家行业标准可确定: 1、单桩、复合地基或天然地基等极限承载力 2、对工程桩的承载力进行抽样检验和评价 3、实测桩身摩阻力和桩端阻力(研究性试验) 适用范围：单桩竖向抗压静载荷试验、单桩水平静载荷试验、单桩竖向抗拔静载荷试验、地基处理的静载荷试验、天然地基的平板竖向静载荷试验等。,（一）竖向抗压静载试验,单桩竖向抗压静载试验，就是采用接近于竖向抗压桩实际工作条件的试验方法。荷载作用于桩顶，桩顶产生位移（沉降），可得到单根试桩QS曲线，还可获得每级荷载下桩顶沉降随时间的变化曲线Slgt，当桩身中埋设量测元件（传感器、位移杆）时，还可以直接测得桩侧各土层的极限摩阻力和端承力（成本较高，主要用于大型、重点工程和科研试验）。,试验加载装置,1、锚桩横梁反力装置； 2、堆重平台反力装置； 3、锚桩堆重联合反力装置； 4、地锚反力装置；,锚桩横梁反力装置,堆重平台反力装置,堆重平台反力装置,伞形地锚装置示意图 地锚反力装置,2000T桩基静载设备，曾用于北京海洋馆作静载试验,测试仪表,一般选用单台或多台同型号的千斤顶并联加载； 荷载可用并联于千斤顶的高精度压力表测定油压，并换算为荷载，重要的桩基试验还需在千斤顶上放置应力环或压力传感器实行双控校正。 沉降测量一般采用百分表或电子位移计，设置在桩的2个正交直径方向，对称安装4个；小直径桩可安装2个或3个。沉降测定平面离开桩顶的距离不应小于0.5倍桩径。,桩身量测元件,国内桩身埋设的测试元件用得较多的是电阻式应变计和振弦式钢筋应力计，用屏蔽导线引出。 在国外，以美国材料及试验学会（ASTM）推荐的量测钢管桩桩身应变的方法较为常用，即沿桩身的不同标高处预埋不同长度的金属管及测杆，用千分表量测杆趾部相对于桩顶处的下沉量，经计算求得应变与荷载。 桩端阻力一般用埋置于桩端的扁千斤顶量测。,钢筋应力计,加载方法,一般采用慢速维持荷载法，即逐级加载，每一级荷载达到相对稳定后，再加下一级荷载，直至破坏，然后卸载至零。 我国沿海软土地区也较多采用快速维持荷载法，即每隔lh加一级荷载。快速法所得的极限荷载所对应的沉降值比慢速法的偏小百分之十几。 另外还有多循环加卸载法（每级荷载达到相对稳定后卸载到零）及等贯入速率法。此法的加荷速率常取0.5 mmmin,加载至总贯人量为5070mm，或荷载不再增大为止。,试验资料整理,绘制有关试验成果曲线，一般绘制QS（按整个图形比例横：竖=2：3，取Q/S的坐标比例)S-lgt、S-lgQ曲线以及其他进行辅助分析所需曲线。,单桩竖向极限承载力的确定,在工程实践中，除了遵循有关的规范规程外，可参照下列标准确定极限承载力： l）当今S曲线的陡降段明显时，取相应于陡降段起点的荷载； 2）对于缓变型QS曲线，一般可取S4060mm对应的荷载； 3）取Slgt曲线尾部出现明显向下弯曲的前一级荷载。,某桩静载试验Qs曲线,图2 Q-S曲线,图3 lgtS曲线,（二）竖向抗拔静荷载试验,高耸建（构）筑物往往承受较大的水平力，导致部分桩承受上拔力，多层地下室的底板也会承受较大水浮力，而抗拔桩是重要的措施。 迄今为止，桩基础上拔承载力的计算还没有从理论上得以很好解决，现场原位抗拔试验就显得相当重要。,试验加载装置,一般采用千斤顶加载，其反力装置一般采有两根锚桩和承载梁组成，试桩和承载梁用拉杆连接，将千斤顶置于两根试桩之上，顶推承载梁，引起试桩上拔。应尽量利用工程桩为反力锚桩，若灌注桩作锚桩，直沿桩身通长配筋，以免出现桩身的破损。,（三）单桩水平静载试验,单桩水平静载试验采用接近于水平受荷桩实际工作条件的试验方法达到下列目的： 1确定试桩承载能力 试桩的水平承载力可直接由水平荷载和水平位移曲线判定，亦可根据实测桩身应变来判定。 2确定试桩在各级荷载下弯矩分布规律 当桩身埋设有量测元件时，可以较精确求得各级水平荷载作用下桩身弯矩的分布情况，从而为检验桩身强度，推求不同深度弹性地基系数提供依据。3确定弹性地基系数 4推求实际地基反力系数,自平衡法静载试验技术osterberg法,传统单极竖向抗压静载试验需要较大的反力装置，除非埋设桩底反力和桩身应力、应变测量元件，试验结果不能划分桩侧阻力和桩端阻力。 对于大直径大吨位的桩和大开挖的桩基工程，由于试验设备无法安装，静载试验难以进行。静载试验工作费时、费力、费钱。以致许多重要的建、构筑物的大吨位基桩往往得不到准确的承载力数据，基桩的承载潜力不能得到有效地发挥。,原理,自平衡法静载试验技术是将千斤顶放置在桩的底部，向上顶桩身的同时，向下压桩底，使桩的摩阻力和端阻力互为反力，分别得到荷载一位移曲线，叠加后得到桩顶的承载力和位移关系的Qs曲线。这种方法解决了大吨位桩竖向承载力现场试验，并分别测得桩侧阻力和桩端阻力以便更有利于指导设计。利用这种新试验技术，还可完成人工挖孔桩持力层原位荷载试验，对受场地条件限制无法进行常规静载试验的桩进行单桩竖向承载力现场试验。,应用范围,自平衡试桩法适用于部性土、粉土、砂土、岩层中的钻孔灌注桩、人工挖孔桩、沉管灌注桩等，特别适用于传统静载试桩相关困难的水上试桩。坡上试桩、基坑底试桩，狭窄场地试桩等情况。 1998年10月，Osterberg本人撰文总结了该试桩法在世界各地10年的应用经验。据称，该法已成功地应用于钻孔桩、壁板桩、打人式钢管桩及预制混凝土桩等桩型共约300余例。单桩最大试验荷载已达到133MN（13300t），深长达90m，桩径达3m。,试验装置,自平衡试桩法的主要装置是经特别设计的液压千斤顶式的荷载箱，也称为压力单元。 荷载箱可以是一次性的，也可以是可回收的。可回收的荷载箱一般放置在空心预制桩的内部、离桩底不远的位置。一对精细加工的卡口事先浇筑在试验桩内部桩端的稍上部，试验时将荷载箱放到卡口的位置，顺时针旋转90度，将其锁住；试验后再逆时针旋转90度，将其卸下回收，重复使用。不可回收的千斤顶可以是锅式的，可以是鞘式的.,桩基动力检测是指在桩顶施加一个动态力（可以是瞬态冲击力或稳态激振力）。桩土系统在动态力的作用下产生动态响应信号（位移、速度、加速度信号），通过对信号的时域分析、频域分析或传递函数分析，判断桩身结构的完整性，推断单桩承载力。 根据作用在桩顶上的动荷载能量能否使桩土之间发生一定弹性位移或塑性位移，把动力测桩分为低应变、高应变两种方法。低应变作用在桩顶上的动荷载远小于桩的使用荷载，能量小，只能使桩土产生弹性变形。,四 桩基低应变动力检测,低应变动测技术,反射波法 机械阻抗法 水电效应法 动力参数法 共振法 球击法,青藏线基桩检测,原理,基桩反射波法检测桩身结构完整性的基本原理是：通过在桩顶施加激振信号产生应力波，该应力波沿桩身传播过程中，遇到不连续界面（如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷）和桩底面时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值和波形特征，就能判断桩的完整性。,低应变动测仪器,激振设备、传感器、放大器、信号采集分析仪。,FDP204(B)掌上动测仪,目前倾向于低应变法仅能检测桩身完整性,桩身完整性定义,桩身完整性类别是按缺陷对桩身结构承载力的影响程度，统一划分为四类的： 一类桩身完整。， 二类桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的发挥。 三类桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响，一般应采用其他方法验证其可用性，或根据具体情况进行设计复核或补强处理。 四类桩身存在严重缺陷，一般应进行补强处理。,检测实例,1. 湖南省长沙市黄兴路步行街人工挖孔桩无损检测 湖南省长沙市黄兴路步行街人工挖孔扩底灌注桩，桩长7米、桩径1.2米，混凝土设计强度C30。采用FDP204PDA一体化掌上动测仪。从检测波形来看，在5.9米左右出现明显的扩颈，属工程设计的扩底位置。对应地质资料及人工挖空出露的岩层来看，已经到中风化岩层。经工程质量监督站证明，检测结果符合工程实际情况。,2云南钢铁厂嵌岩桩建筑工程检测 云南省昆明钢厂二厂区扩建工程钻孔灌注桩，桩长22米、桩径800mm、砼强度等级C25，本次工程桩试验采用FDP204PDA掌上动测仪，同时作对比实验的是美国PIT型低应变动测仪，PIT动测仪设置参数放大50倍，预设桩长和波速， FDP204PDA采集时未做桩底放大和幂放大，桩底清晰，波形归零情况良好，与 PIT动测仪的测试结果一致。,3贵州省遵义市万里路某建筑工程检测 贵州省遵义市万里路某建筑工程人工挖孔灌注桩，桩长11.5米、桩径1200mm、砼强度等级C20，本次工程桩试验采用FDP204(B)动测仪，下图桩底很清晰，有明显的扩大头反射，而且波形的归零情况良好。,4武汉市某模型桩检测测试结果 武汉市某模型桩，桩长7.5米、桩径500mm、砼强度等级C20-C25，本次工程桩试验采用FDP204PL动测仪，下图桩底清晰，波形的归零情况良好，距桩顶4.2米左右有夹泥现象。,本研究理论在浙江某工地一预应力管桩质量检测分析中的应用 桩长28米，桩外径为600毫米，壁厚100毫米，混凝土标号C60，该场地土层均为软-流塑状淤泥或淤泥质粘土。（7米处断裂）,浙江南部海岛某工地的一根钻孔灌注桩的测试 该桩约19米，直径为1200毫米，混凝土标号为C25。（能反映导纳的衰减现象） 机械阻抗法是通过获得桩顶速度导纳幅频曲线来分析桩身质量和桩的工程力学性状。,高应变动力试桩的基本原理： 用重锤冲击桩顶，使桩土产生足够的相对位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力，通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信号，应用应力波理论分析处理力和速度时程曲线，从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整性.,五 桩基高应变动力检测,已有的方法,1、打桩公式法，用于预制桩施工时的同步测试，采用刚体碰撞过程中的动量与能量守恒原理，打桩公式法以工程新闻公式和海利打桩公式最为流行； 2锤击贯人法，简称锤贯法，曾在我国许多地方得到应用，仿照静载荷试验法获得动态打击力与相应沉降之间的曲线，通过动静对比系数计算静承载力，也有人采用波动方程法和经验公式法计算承载力； 3Smith波动方程法，设桩为一维弹性杆，桩土问符合牛顿粘性体和理想弹塑性体模型，将锤、冲击块、锤垫、桩垫、桩等离散化为一系列单元，编程求解离散系统的差分方程组，得到打桩反应曲线，根据实测贯人度，考虑土的吸着系数，求得桩的极限承载力； 4波动方程半经验解析解法，也称CASE法，将桩假定为一维弹性杆件，土体静阻力不随时间变化，动阻力仅集中在桩尖。根据应力波理论，同时分析桩身完整性和桩土系统承载力； 5波动方程拟合法，即 CAPWAP法，其模型较为复杂，只能编程计算，是目前广泛应用的一种较合理的方法； 6静动法，也称伪静力法，其意义在于延长冲击力作用时间（100ms）使之更接近于静载荷试验状态。,CASE法和CAPWAP法,CASE法和CAPWAP法是目前最常用的两种高应变动力试桩方法，也是狭义的高应变动力试桩法。 它们的现场测试方法和测试系统完全相同，通过重锤冲击桩头，产生沿桩身向下传播的应力波和一定的桩土位移，利用对称安装于桩顶两侧的加速度计和特制工具式应变计记录冲击波作用下的加速度与应变，并通过长线电缆传输给桩基动测仪；然后采用不同软件求得相应承载力和基桩质量完整性指数.CASE法由于分析较为简单，可在现场提交，高应变动力试桩现场测试示意图结果，因而也称波动方程实时分析法；而拟合法因要进行大量拟合反演运算，一般只能在室内进行。,激振设备： 预制桩打桩机械 自制自由落锤 锤重应大于预估的单桩极限承载力的1.01.5,如图采用美国PDI公司PAL型基桩高应变动测仪检测桩基，检测结果可提供基桩的极限承载力指标和桩身结构完整性评价。 检测目的: 、判定单桩竖向承载力是否满足设计要求 、检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性 、分析桩侧和桩端阻力,CASE法,凯司法是美国凯司技术学院Goble教授等人经十余年努力，逐步形成的一套以行波理论为基础的桩动力测量和分析方法。 这个方法从行波理论出发，导出了一套简洁的分析计算公式并改善了相应的测量仪器，使之能在打桩现场立即得到关于桩的承载力。桩身完整性、桩身应力和锤击能量传递等分析结果其优点是具有很强的实时测量分析功能。,利用叠加原理的打桩总阻力估算公式,初始速度曲线第一峰的时刻为 t1，则在 t2t12L/C时刻，桩顶实测的力和速度记录中将包含以下四种影响： 1）由土阻力产生的全部上行压缩土阻力波的总和RT/2； 2）由初始的下行压力波经桩底反射产生的上行拉力波，其大小即为Fd(t1) 但符号为负； 3）由土阻力产生的下行拉力波经桩底反射后以压缩波的形式上行，并与第 (2）项的上行波同时到达桩顶，其大小也为 RT/2； 4）全部的上行波在桩顶反射而形成的下行波Fd(t2）。,土阻力表达式,Case承载力计算方法,根据前式，已经得到了应力波在2L/C一个完整行程中所遇到的总的土阻力计算公式。但是并不能回答总阻力R，与桩的极限承载力之间的关系。因为其中包含有土阻尼的影响，也即土的动阻力的影响，是需要扣除的；而根据桩的荷载传递机理，桩的承载力是与竖向位移有关的，位移的大小决定了桩周土的静阻力发挥程度。显然其中所包含的静阻力的发挥程度也需要探究。 所以，需要更具体地考虑以下几方面问题：,1）去除土阻尼的影响。 2）对给定的F和V曲线，正确选择t1时刻，使其中所包含的静阻力充分发挥。 3）对于桩先于2L/C回弹（速度为负) 造成桩中上部土阻力凡卸载，需对此做出修正。 4）在试验过程中，桩周土应出现塑性变形，即桩出现永久贯人度，以证实打桩时土的极限阻力充分发挥；否则不可能得到桩的极限承载力。 5）考虑桩的承载力随时间变化的因素。,Case承载力计算方法,1)假设土阻尼存在于桩端，至于桩端运动速度有关； 2）假设由阻尼引起的桩端土的动阻力预桩端运动速度成正比；Rd=JcZV(toe,t); 3)静阻力RsRtRd,CAPWAP实测曲线拟合法,实测曲线拟合法是通过波动问题数值计算，反演确定桩和土的力学模型及其参数值。 其过程为：假定各桩单元的桩和土力学模型及其模型参数，利用实测的速度 （或力、上行波、下行波）曲线作为输人边界条件，数值求解波动方程，反算桩顶的力（或速度、下行波、上行波）曲线。若计算的曲线与实测曲线不吻合，说明假设的模型或其参数不合理，有针对性地调整模型及参数再行计算，直至计算曲线与实测曲线（以及贯人度的计算值与实测值）的吻合程度良好且不易进一步改善为止。,若干规定,1）所采用的力学模型应明确合理，桩和土的力学模型应能分别反映桩和土的实际力学性状，模型参数的取值范围应能限定。 2）拟合分析选用的参数应在岩土工程的合理范围内。 3）曲线拟合时间段长度在t12L/C时刻后延续时间不应小于20ms; 4）各单元所选用的土的最大弹性位移值不应超过相应桩单元的最大计算位移值。 5）拟合完成时，土阻力响应区段的计算曲线与实测曲线应吻合，其他区段的曲线应基本吻合。 6）贯人度的计算值应与实测值接近。,CASE法判定单桩承载力,凯司法与实测曲线拟合法在计算承载力上的本质区别是：前者在计算极限承载力时，单击贯人度与最大位移是参考值，计算过程与它们无关。另外，凯司法承载力计算公式是基于以下三个假定推导出的： 桩身阻抗基本恒定； 动阻力只与桩底质点运动速度成正比，即全部动阻力集中于桩端； 土阻力在时刻t2=t1+2L/C已充分发挥； Jc值实际上是一个无明确意义的综合调整系数。,限制条件,1）桩身存在缺陷，无法判定桩的竖向承载力。 2）桩身缺陷对水平承载力有影响。 3）单击贯人度大，桩底同向反射强烈且反射峰较宽，侧阻力波、端阻力波反射弱，即波形表现出竖向承载性状明显与勘察报告中的地质条件不符合。 4）嵌岩桩桩底同向反射强烈，且在时间2L/C后无明显端阻力反射,也可采用钻芯法核验。,六 灌注桩声波检测,基桩成孔后，灌混凝土之前，在桩内预埋若干根声测管作为声波发射和接收换能器的通道，在桩身混凝土灌注若干天后开始检测，用声波检测仪沿桩的纵轴方向以一定的间距逐点检测声波穿过桩身各截面的声学参数，然后对这些检测数据进行处理，分析和判断，以确定桩身混凝土缺陷的位置、程度，从而推断桩身混凝土的完整性。,原理,砼结构是一个多孔浆及侵粗骨料组成的多相体系，当一定频带宽的超声脉冲在结构中传播时，将会产生一系列现象。所有这些信息可以由声传播速度和接收信号强度、波形来表征它所反映的被测材料的粘弹力学特性及缺陷的性质。因此，采用适应的超声检测方法，可用来评价桩基的质量、浇注均匀性、缺陷的范围及性质等 。,特点,超声法检测灌注桩混凝土质量是近10多年逐渐发展起来的一种检测方法。它具有以下优点： 1）检测细致，结果准确可靠；2）不受桩长桩径限制；3）无盲区声测管埋到什么部位就可检测什么部位，包括桩顶低强区和桩底沉渣厚度；4）毋须桩顶露出地面即可检测，方便施工；5）可估算混凝土强度。 正因为如此，虽然该方法需预埋声测管，费用较高，但仍然得到广泛采用，特别是桥梁。高层建筑的大型、特大型灌注桩的检测。,JLTV数字超声电视 钻孔超声波自动连续扫描检测的国际领先设备,超声检测设备： 换能器（发射换能器、接收换能器）和超声仪,声 学 原 理,（一）波动 波动是物质的一种运动形式。波动可分成两大类：一类是机械波，如水波、声波、超声波等，它是由于机械振动在弹性介质中引起的波动过程；另一类是电磁波，如无线电波、红外线、紫外线、可见光等，它是由于电磁振荡所产生的变化电场和变化磁场在空间的传播过程。,（二）声波,声波是弹性介质中的机械波。人们所能听到声波的频率范围是202x104Hz，这叫可闻声波。当声波频率超过2x104Hz时，人耳就听不到了，这种声波就叫超声波。频率低于20Hz的叫次声波，人耳也听不到。,波的产生与传播,在弹性介质中，任何一个质点作机械振动时，因为这个质点与邻近的质点间有相互作用的弹性力联系着，所以它的振动将传递给与之相邻近的质点，使邻近的质点也同样地发生振动，然后振动又传给下一个质点，依此类推。这样，振动就由近及远向各个方向以一定速度传播出去，从而形成了机械波。,波的种类和形式,（一）波的种类 波的种类是根据介质质点的振动方向和波的传播方向的关系来区分的。 它分为纵波、横波、表面波和板波等。,1纵波,介质质点的振动方向与波的传播方向一致，这种波称为纵波，如空气、水中传播的声是纵波。纵波又常称“P”波。 纵波的传播是依靠介质时疏时密使介质的容积发生变形引起压强的变化而传播的，因此和介质的容变弹性有关。任何弹性介质（固体、液体、气体）在容积变化时都能产生弹性力，所以纵波可以在任何固体、液体、气体中传播。,横波,介质质点的振动方向与波的传播方向相垂直，这种波称为横波，如绷紧的绳子上传播的波就是横波。横波又常称“S”波。 横波的传播是使介质产生剪切变形时引起的剪切应力变化而传播的，因此和介质的切变弹性有关。由于液体、气体无一定形状，当它们的形状发生变化时不产生切变应力，所以液体、气体不能传播横波，只有固体才能传播横波。在气体、液体中只有纵波存在。,表面波,固体介质表面受到交替变化的表面张力，使介质表面的质点发生相应的纵向振动和横向振动，结果使质点作这两种振动的合成振动，即绕其平衡位置作椭圆振动。椭圆振动又作用于相邻的质点而在介质表面传播，这种波称表面波，常以“R”表示。 振动的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。表面波传播时，质点振动的振幅随深度的增加而迅速减小。当深度等于2倍波长时，振幅已经很小了，因此，表面波多用于探测构件表面的情况。 表面波也只能在固体中传播。,续,自然界中的机械波，还有许多复杂的形式，如板波（兰姆波）扭转波、拉伸波等。 单纯的纵波和单纯的横波是最简单的两种波。从运动学的角度看，根据叠加原理，任何复杂的波都是纵波和横波叠加的结果。 充满声波的空间叫声场。声压、声强、声阻抗率是描写声场特征的几个重要物理量。,声波在介质界面的反射与透射,声波在无限大介质中传播只是在理论上成立，实际上任何介质总有一个边界。 当声波在传播中从一种介质到达另一种介质时，在两种介质的分界面上，一部分声波被反射，仍然回到原来介质中，称为反射波；另一部分声波则透过界面进人另一种介质中继续传播，称为折射波（透射波），声波透过界面时，其方向、强度、波形均产生变化。这种变化取决于两种介质的特性阻抗和入射波的方向。,声波在传播过程的衰减,声波在介质的传播过程中，其振幅将随传播距离的增大而逐渐减小，这种现象称为衰减。 声波在任何介质中传播都有衰减存在。声波衰减的大小及其变化不仅取决于所使用的超声频率及传播距离，也取决于被检测材料的内部结构及性能。因此，研究声波在介质中的衰减情况将有助于探测介质的内部结构及性能。 1、吸收衰减；2、散射衰减；3、扩散衰减,混凝土的声学参数,混凝土超声检测目前主要采用所谓“穿透法”，即用一发射换能器重复发射超声脉冲波，让超声波在所检测的混凝土中传播，然后由接收换能器接收。被接收到的超声波转化为电信号后再经超声仪放大显示在屏幕上，用超声仪测量收到的超声信号的声学参数。当超声波经混凝土中传播后，它将携带有关混凝土材料性能、内部结构及其组成的信息。准确测定这些参数的大小及变化，可以推断混凝土性能、内部结构及其组成情况。 目前在混凝土检测中所常用的声学参数为声速（波速）、振幅、频率以及波形。衰减系数，在现场检测中上难以运用，通常只用于室内试验研究中。,超声法检测混凝土强度的原理,1.混凝土声（波）速c一般在40005000ms之间变化。混凝土强度f与波速c之间有较好的相关性。混凝土强度越高，其波速也越快。 理论与实验都证实，物体的密实性越好，孔隙率越低，其波速越高。对混凝土来说，密实性越好，孔隙率越低，其强度必然越高。因此，混凝土强度和波速之间也有相关性。 2当知道fc之间的关系曲线后，测出结构物混凝土的波速就可以推算结构物混凝土的强度。,探测混凝土内部缺陷的原理,当混凝土无缺陷时，混凝土是连续体，超声波在其中正常传播。当换能器正对着缺陷时，情况就不一样了。由于缺陷（空洞、蜂窝区）的存在，混凝土连续性中断，缺陷区与混凝土之间成为界面（空气与混凝土）。在这界面上，超声波传播情况发生变动发生反射、散射与绕射。超声波经过缺陷后接收波声学参数将发生如下变化：,空洞、松散等缺陷部位测得的声速要比正常部位小,接收波振幅的变化,由于缺陷对声波的反射或吸收比正常混凝土大，所以当超声波通过缺陷后，衰减比正常混凝土大，即接收波的振幅将减少。因此，和声时（速）一样，根据接收波首波振幅的异常变化也可以发现缺陷的存在。 如果传播路径中遇到裂缝，由于裂缝对声波的强烈反射，只有很少的声波通过裂缝，接收波振幅将大大降低，振幅的变化可以较灵敏地发现裂缝的存在。,接收波主频率的变化,对接收波信号的频谱分析证明，不同质量的混凝土对超声脉冲波中的高频分量的吸收、衰减不同。因此，当超声波通过不同质量的混凝土后，接收波的频谱（各频率分量的幅度）也不同，质量差或有内部缺陷、裂缝的混凝土，其接收波中高频分量相对减少而低频分量相对增大，接收波的主频率值下降，从而反映出缺陷和裂缝的存在。,接收波波形的变化,当超声波通过混凝土内部缺陷时，由于混凝土的连续性已被破坏，使超声波的传播路径复杂化，直达波、绕射波等各类波相继到达接收换能器，它们具有不同的频率和相位，这些波的叠加有时会造成波形的畸变。,超声法检测混凝土灌注桩质量,1、声测管的安装埋设（钢管、PVC管）3550mm。 声测管是预留的声波换能器的通道，需预先埋设在灌注桩中。通常是将声测管固定在钢筋笼架立筋的内侧，随钢筋笼一段段沉人桩孔中，然后浇注混凝土。 对声测管总的要求是：联结牢靠不脱开，密封良好不漏水，联结平整不打折，管与管间相平行，管内无异物保证通畅。 对声测管的材料要求是：有足够的机械强度，保证在灌注桩混凝土浇注过程中不会变形，与混凝土粘结良好，不致在声测管和混凝土间产生剥离缝，影响测试 。,声测管的数量和布置,D（桩径）800mm，2根； 800mD 2000mm，不少于3根； D2000mm，不少于4根。 每两根声测管组成一对进行测试，称为一个测试面。埋两根管有一个测试面；三根管三个测试面；四根管六个测试面。,桩身混凝土质量的判断和评定,对桩身混凝土质量的判断和评定包括以下三个方面：桩身混凝土是否存在缺陷及其位置范围、及性质；桩身混凝土强度；桩身混凝土均匀性。其中对缺陷的判断和评定是最主要的。 对缺陷的判断主要根据二个声学参数：波速和振幅，必要时辅以主频率值和波形。,混凝土强度是灌注桩施工质量验收的主控项目，桩身混凝土强度必须符合设计要求。混凝土强度检验的方法为：在浇注灌注桩混凝土时预留一定数量立方体试件，经标准养护后，在28d龄期，用标准试验方法测得试件的抗压强度，并根据试件强度评定桩身混凝土的抗压强度是否满足设计要求。 预留混凝土试件强度检验方法是现行标准规定的混凝土强度验收方法，现场混凝土强度的无损检测方法不能代替该方法。当混凝土试件强度评定不合格或对试件的代表性有怀疑时，可采用钻芯法推定桩身混凝土的强度，检测结果符合设计要求可按合格验收。,七 灌注桩试件强度检测与钻芯法检测,桩基抽芯检测,进口HD-120S-A全液压锚杆钻机, 检测目的： 检测灌注桩桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度，判定或鉴别桩端岩土性状，判定桩身完整性类别,福宁高速公路钻芯检测桩身完整性及桩端持力层情况，(桩长50m,桩径800mm,持力层微风化花岗岩）.,钻芯法概述,采用岩芯钻探技术和施工工艺，在桩身上沿长度方向钻取混凝土芯样及桩端岩土芯样，通过对芯样的观察和测试，用以评价成桩质量的检测方法称为钻孔取芯法，简称钻芯法。检测内容如下： 1）验证桩身完整性，如桩身混凝土胶结状况。有无气孔、松散或断桩等； 2）检测桩身混凝土强度是否符合设计要求； 3）桩底沉渣是否符合设计或规范的要求； 4）桩底持力层的岩土性状（强度）和厚度是否符合 设计或规范要求； 5）施工记录桩长是否真实。,钻进取样方法,钢粒钻进、硬质合金钻进和金刚石钻进； 钢粒钻进与硬质合金钻进因存在芯样直径小、易破碎、磨损大等缺点不适用于基桩钻芯法检测。 金刚石钻头切削刀细、破碎岩石平稳、钻具孔壁间隙小、破碎孔底环状面积小，且由于金刚石较硬、研磨性较强，高速钻进时、芯样受钻具磨损时间短，容易获得比较真实的芯样，应采用。,抽检数量的规定,福建省地方标准DBJ281999规定： 当采用本规程钻芯法检测时，检测桩的数量按工程总桩数的2且不应少于3根，当工程总桩数在50根以内时，钻芯法检测不应少于2根。检测桩号应由设计、质监及监理（建设）方有关人员考虑施工质量等因素后共同商定”； 钻芯法检测中如发现桩身完整性、