声波透射法检测灌注桩完整性.ppt

声波透射法检测混凝土灌注桩桩身完整性 濮存mail pucunting ka 第一部分桩基检测技术综述第二部分声波透射法检测桩身完整性检测仪器第三部分判断桩身完整性的声学参量与测试第四部分现场检测技术第五部分数据处理技术与判定方法第六部分声波透射法检测桩身完整性工程实例第七部分桩基完整性声波三维测试方法第八部分桩基的相关声波检测技术 目录 第一部分桩基检测技术综述 一 桩式基础与分类 桩式基础 深入土层中的柱型构件 建筑基础的重要模式 我国每年用桩量超过500万根作用 穿过软弱的可压缩土层 将来自上部结构的荷载传递到深层较坚实的 压缩性小的地基上 以保证上部建筑结构的稳定和安全使用 数根桩或数十根桩由系梁 承台或底板联结构成一个整体基础结构 称为桩基础 也有单桩单柱形式的桩基 构成桩基的每根单桩称为基桩 桩在工作时要承受上部结构的竖向荷载 以及上部结构因风力 水流 撞击等横向推力产生的侧向荷载或弯矩 承受在地震状态下的复杂应力 一 桩式基础与分类 桩质量对建筑结构物的安全起决定性作用工程桩 隐蔽工程 不确定因素很多 复杂地层 技术水平 施工中人为因素等造成桩身完整性难于保证 桩基工程质量影响建筑结构正常安全使用根据我单位近几年在公路工程检测工作统计结果 一般工程三类以上缺陷桩所占的比例约为5 左右 经过处理后可以继续使用的约3 4 四类桩所占比例约为1 左右 需要重新打桩或加固处理 一 桩式基础与分类 按桩身材料类型分 木桩 混凝土桩 钢桩 预应力管桩按桩的功能分 抗压桩 抗剪桩 抗拔桩按成桩工艺分 预制桩 原地灌注桩按桩土相互作用形式 摩擦桩 端承桩 摩擦 端承桩 二 灌注桩的承载模式 竖向抗压承载力 竖向受压荷载作用下的最大荷载 决定于桩身材料强度和地基对桩的极限支承力 主要因素 端承桩 桩尖嵌入基岩 将上部压力通过桩身传入基岩 一般不考虑桩侧摩阻力摩擦桩 依靠桩壁与土层的摩擦力 将上部压力逐渐分散传递给土层 桩尖部分承受荷载很小 一般不超过10 端承摩擦桩 侧壁摩擦力先发挥 先达到极限 桩端阻力后发挥 后达到极限 最常见竖向抗拔承载力水平荷载承载力 三 桩的施工方法与缺陷类型 1 预制桩预制桩身 击打或振动或静压方法打入地层至设计标高 方桩 预应力圆管桩 2 原地灌注桩在桩位打出灌注孔后浇筑 打孔方式 沉管灌注桩 无缝钢管作为桩管 以落锤或振动锤将其打入土层至设计深度的持力层后 然后灌注混凝土 灌注过程中边锤击或边振动边拔管 至最后成桩 直径一般在 377 426长度在40m以内 钻 冲 孔灌注桩 机械成孔 泥浆护壁 放置钢筋笼 灌注混凝土人工挖孔灌注桩 人工成孔 砖护壁或不护壁 放置钢筋笼 短粗桩其他方式 静压桩 碎石桩 搅拌桩等 钻孔灌注桩是常用的基桩模式 承载力高 沉降均匀 水平荷载较大 抗震能力较好 但施工过程不易控制 易出现质量问题 速度慢 工期长 灌注方式1 水下灌注 施工程序 钻孔 排渣 成孔 泥浆护壁第一次清孔 移走钻机放置钢筋笼插入导管第二次清孔水下灌注混凝土成桩 水下灌注桩的缺陷类型 断桩 全断面夹泥或夹砂 浇注混凝土时 导管下口离开混凝土表面或浇注不连续局部截面缩颈或夹泥 泥浆密度配置不当 地层松散 孔壁出现塌孔等离析 分散性泥团 蜂窝 集中性气孔 混凝土搅拌不均 水灰比过大 导管漏水等桩底沉渣 桩底沉渣与孔壁泥皮过厚导致承载力大幅下降 清孔后孔底沉渣厚度要求端承桩 50mm 摩擦桩 300mm 摩擦端承和端承摩擦桩 100mm桩头混凝土低强度区钢筋笼错位 上浮或偏靠孔壁 水下灌注桩的缺陷成因 1 停电或其他原因 浇灌混凝土没有连续进行 时间间断造成隔水层混凝土凝固 后续混凝土无法下灌 只能上拔导管 一旦泥浆进入管内必然形成断桩 而如用增大管内混凝土压力等办法 冲破隔水层 形成新的隔水层 破碎的老隔水层混凝土必将残留在桩身中 造成桩身局部低劣混凝土 2 桩径不宜小于600mm 桩径过小 由于导管和钢筋笼占据一定空间 加上孔壁摩阻作用 混凝土上升不畅容易堵管 形成夹渣 断桩或钢筋笼上浮 3 泥浆护壁成孔 不同土层泥浆应按相应比例配置 否则孔壁容易坍塌 形成夹渣 扩径 4 混凝土浇灌过程中埋管深度不够 易使桩身中夹渣或断桩 埋管深度过深 则易堵管或导管不易拔出 造成停工 断桩 或接桩 5 混凝土灌注近桩顶时 灌注压力不够 易使混凝土局部不密实和夹渣 6 正循环法清孔时 应根据孔的深浅 控制洗孔时间或孔口泥浆比重 清孔时间过短 孔底沉渣太厚 将影响桩端承载力发挥 7 水下混凝土必须具备良好的和易性 否则易产生离析现象 8 导管连接密封要好 一旦漏水将形成断桩 灌注方式2 干孔灌注 成孔后混凝土由升降机或溜管送到浇注面层状离析或断桩 地下水涌入孔中造成离析 砂石层状堆积 地层稳定性差塌孔 形成断桩 局部夹泥或蜂窝 孔壁护筒渗漏涌入泥水或振捣不实 局部严重离析 注入高度不当 桩底沉渣 桩底虚土过多 清孔不净 四 灌注桩质量检测内容 1 桩身完整性 桩身混凝土质量不均匀 存在断面断裂或影响断面承载面积的缺陷 以及导致钢筋外露的缺陷等 2 承载力 用无损方法难于准确测量 完整性合格的桩其承载力一般能满足要求 3 桩的耐久性 地下无明显腐蚀性介质而且桩身完整时未见有因耐久性破坏的报导完整性不合格的概率高于承载力不合格的概率完整性合格 承载力一般合格承载力合格完整性合格 耐久性也不一定合格桩身完整性是灌注桩质量的主要指标 五 桩身完整性检测方法 1 低应变法PIT 声波反射法 2 声波透射法3 取芯法 六 声波透射法检测桩身完整性 声波透射法检测 是在预埋在桩身内成对的检测管内 分别放入声波发射换能器和接收换能器 发射换能器发射的声波穿透桩身混凝土后 被接收换能器接收 自下而上 自上而下 逐点扫描 声波透射法检测基桩完整性是根据接收换能器接收到的声参量的变化对混凝土灌注桩桩身缺陷和桩身完整性进行评价的一种有效方法 当有缺陷存在时 超声脉冲波穿越被测混凝土时声参量发生变化 声时加长 声速降低波幅降低接收波主频向低频偏移波形畸变测试原理与混凝土上部结构的超声探伤类同 声波透射法检测桩身完整性 检测目的 桩身缺陷及其位置 判定桩身完整性检测桩身混凝土均匀性估测桩身混凝土的抗压强度检测条件 预埋声测管检测仪器 超声仪圆管型径向换能器 声波透射法的优势 逐点扫描 各层测试精度相同 缺陷判断准确 定量或半定量判断缺陷的位置 尺寸 无测试盲区 不受桩长桩径限制 多种声参量综合判定 定量或半定量判定缺陷类型 可判定混凝土的匀质性 定性分析混凝土强度 多用于大中型桩 桩径不小于0 6米 声波透射法的不足之处 需要预埋声测管一般性缩颈 桩身缩颈未超过声测管 检测不到 严重缩颈又可能误判 声测管不平行或声测管被泥土包裹时可能误判 七 基桩检测技术规程 建筑基桩检测技术规范 JGJ106 2003 2003年建设部行业标准 基桩低应变动力检测规程 JGJ93 95 地质矿产部和建设部联合颁发行业标准 超声法检测混凝土内部缺陷技术规程 CECS21 2000 2000年中国工程建设标准化协会标准 公路工程基桩动测技术规程 JTG TF81 01 2004 部分省 市 自治区或行业内部制定的相关规程 建筑基桩检测技术规范 修订 JGJ106 征求意见稿 中华人民共和国国家计量检定规程 声波检测仪 JJG990 2004 中华人民共和国建筑工业标准 混凝土超声波检测仪 JG T5004 92 中国工程建设标准化协会标准 超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程 CECS02 2005 交通部行业标准 水运工程混凝土试验规程 JTJ270 98 建设部与地矿部 基桩低应变动力检测规程 JGJ T93 95 一些地区性的声测技术规程 如北京地方标准 回弹法 超声回弹综合法检测泵送砼强度技术规程 DBJ T01 78 2003 深圳市标准 深圳地区基桩质量检测技术规程 SJG09 99 国家行业标准 混凝土结构现场检测技术标准 GBT50784 2013 八 与声波透射法检测桩身完整性相关的声测技术规程 第二部分声波透射法检测桩身完整性检测仪器 1 声波透射法自动检测仪 超声检测仪 径向换能器 2 超声仪用于测桩须具有的功能 建筑基桩检测技术规程要求 声时最小分度0 1 s 采样频率高于2MHz 一般取0 2 s 采样频率5MHz 0 4 s 采样频率2 5MHz 0 8 s 采样频率1 25MHz 幅度测量相对误差小于5 测量精度优于1dB 放大器频响范围10 500kHz 总增益不小于80dB 接收灵敏度 信噪比3 1 不大于50 v实时显示与记录声时 幅度 高程波形显示与存储 3 声波透射法检测设备的发展 声波透射法因其优势得到广泛应用 声透法检测仪器不断更新换代 实现测试过程全自动 多剖面 图像化提升系统的自动化 连续提升 自动记录深度测试系统的自动化 采集 判读 记录 存储的自动化处理分析的智能化 数据处理软件 测试结果的图示一次提升完成多个剖面剖面的二维测试与结果的三维分析 声波透射法检测设备的发展 声波透射法自动检测系统 多通道声波透射法自动测桩仪 多通道声波透射法自动测桩仪 多通道声波透射法自动测桩仪 一次提升完成六剖面全组合测试同时显示6个剖面的波形 数据等信息 三维成像声波透射法自动测桩仪 三维成像声波测桩仪 4 声波透射法自动检测仪的组成 5 声波透射法自动检测仪关键技术指标与性能 1 高程误差和同步误差 尤其是积累误差 高程误差 同步误差均不大于5 且100米内不大于10cm测点间距可任意设置 最小测点间距1cm 建议常用10cm或20cm 2 提升速度 决定于采样判读显示速度和测点间距 最快可达300测点 分 测点间距20cm 每分钟60米以上 3 深度与声参量的自动测试实时显示与测试 波形稳定 电动提升提升速度由电动机控制 信号更加平稳 速度均匀 读数稳定4 异常情况自动报警 同时自动停止读数 手工干预后可继续工作5 提升装置安装简单 操作方便 现场适应性高 可适用于各种现场条件6 数据分析处理软件功能齐全 界面友好 现场出结果7 交 直流供电 专用可充电电池 大容量电池可以实现设备全部直流供电 主机 换能器 提升装置等 可连续工作8 10小时以上 声波透射法自动检测仪关键技术指标与性能 6 径向换能器 圆管式换能器 利用径向振动模式产生柱面波或接受柱面波的孔中专用换能器 辐射面是曲面通常用于结构或基础的钻孔中或导管中测试 桩身检测以及水下检测 收 发换能器分开 二孔间穿透测试 测孔间砼质量 径向换能器 全不锈钢外壳 井中物探专用的电缆 避免运输过程中的震动与撞击性损坏 避免长期使用过程中的老化与磨损 经久耐用信号质量好振动模式单一 频谱图中的主峰尖锐 干净 无旁峰前置放大器 发射信号能量大 接收灵敏度高带有集流环的电缆绞盘 换能器的电缆连接 换能器电缆一端接换能器 在电缆盘缠绕后另一端经短电缆接超声仪 电缆盘转动时 接超声仪的电缆会随之转动 所以升降工作时长电缆不能在电缆盘上缠绕 在电缆盘的超声仪电缆接口装有集流环 通过碳刷连接 电缆盘转动时超声仪短电缆不会转动 工作时长电缆升降可由电缆盘完成 避免长电缆在地面拖放 7 径向换能器主要技术性能 谐振频率 取决于单个压电陶瓷环的谐振频率 主频宜为30 50kHz主频与标称频率相差不大于 10 指向性 水平方向无指向性 铅垂面上指向性 斜测 一般斜测角度取值为30 40度密封性 在深水工作 水密性满足1MPa水压下不渗水 水深100米 外径 小于声测管内径 径向换能器技术要求 工作面轴向长度 不大于150mm外径 小于声测管内径密封性 水密性满足1MPa水压下不渗水 水深100米 扶正器 保证探头在声测管中居中接收探头中有前置放大器 频带宽度为10 100kHz 提高接收灵敏度信号电缆 带有深度刻度 绝缘耐久 最好为井中专用电缆 轴向长度 10cm轴向长度 20cm 径向换能器的耦合 在钻孔中使用时 用清水作耦合剂孔中水应尽可能不含悬浮物 泥浆 砂等 避免悬浮液对超声波较强的散射衰减 影响幅度的测量 径向换能器维护 切忌敲击 避免摔打 践踏不用时套筒保护 尤其是连接处水密性避免电缆的划伤 第三部分判断桩身完整性的声学参量与测试 混凝土声学特性 1 声速与混凝土物性关系由声速可以计算出混凝土的动弹性力学参数 泊松比 弹性模量E 剪切模量G声速与混凝土密实度 强度存在相关性 当声波传播到有缺陷的部位 会产生折射 反射 绕射现象 使声线拉长 声时加大 视声速下降 2 波幅 衰减 与混凝土物性关系致密 强度高的混凝土波幅衰减少 强度低或存在缺陷的混凝土波幅衰减大 3 频率与混凝土物性关系在传播过程中高频成份容易衰减掉 使主频向低频侧漂移 频移 主频率变低 混凝土质量差 存在缺陷时接收信号的频移较大 主频率明显变低 透射法判断桩身完整性的声学参量 混凝土缺陷造成声参量的变化声时加长 声速降低 波幅下降主频下降波形畸变正常混凝土波形特征 波形规则无畸变 首波陡峭 振幅大 有缺陷混凝土波形特征 波形畸变不规则 首波平缓 振幅小 缺陷严重且范围较大时 无法接收到波形 一 声学参量之一 声时 声速 声时 声测管之间混凝土的传播时间 单位 s声速4000m s 间距2m 声时500 s间距1m 声时250 s间距0 5m 声时125 s声速 声测管间距 声时为声测管之间的平均声速实际传播距离可能不是直线 视声速 声测管平行 测距相同 声时与声速基本一致 若声测管不平行 声时变化 视声速变化声速范围 水下灌注桩 3500 4000m s干孔灌注桩 4000 4500m s 1 声时 声速 与混凝土密实性的关系 接收点信号为直达波 折射波 反射波 绕射波的叠加 首波为最先到达的信号1 混凝土内部存在离析 蜂窝 夹泥 异物等缺陷 缺陷水 泥 空气等异物的声速远小于混凝土声速 在异物中的传播时间明显增大 使 视声速 降低混凝土声速4000m s水声速1400m s空气声速350m s2 混凝土内部存在缺陷 形成声界面 声波在声界面将发生折射 反射 绕射 使声传播路径成折线状 使 视声速 降低 2 声时 声速 与混凝土强度的关系 声速与混凝土的弹性性质密切相关 弹性模量又与力学强度相关 定性的表述为强度越高 声速越高E 杨氏弹性模量混凝土 E 2400kg m3 泊松比 0 23左右 密度 38400MPa左右混凝土强度还受到材料组分 结构状况等诸多因素的影响 包括粗骨料的品种 粒径 养护条件 龄期等因素 因此混凝土声速与混凝土强度的关系比较复杂优质致密的 强度高的混凝土声速高有缺陷的 低强度的混凝土声速低 3 声时检测 声时单位 基本声参量 单位 s 微秒 有量纲 有绝对可比性声时检测精度 1 以内声时测量精度取决于采样间隔 采样频率 采样间隔越小 声时精度越高 一般可取为采样间隔0 4 1 6 s 采样频率2 5 0 625MHz 例 声测管1米间距 声速4000m s 声时250 s 声时精度要求高于2 5 s 一般可取为0 4 1 6 s 即采样频率2 5 0 625MHz 4 声时检测误差与错误的主要原因 首波不明显或丢波 声时检测误差 首波起跳点不明显 幅度不够 需要加大增益声时检测错误 丢波丢波原因 换能器首次波比不佳 混凝土质量差 仪器放大量不够 发 收距过大 克服办法 加大放大量后首波出现首波的相位判断 发 收换能器置于水桶中确认首波的相位是正起跳还是负起跳 并在在整个测试过程中 对首波相位进行观察 5 声时初读数 零声时 t tc 声时初读数 tc tg tw to t 测量时间tc 穿过混凝土的时间tg 穿过声测管壁的时间tw 穿过耦合水的时间to 声时总延时tc t tg tw to 声时总延时 声时延时t0的产生原因声延迟t1换能器压电元件与被测体之间有幅射体和耦合介质 声波通过这些介质的时间为声延迟电延迟t2电路中的触发 转换过程以及电信号在电缆中的传递时间为电延迟声时总延时t0 t1 t2声延迟与电延迟造成测量声时与传播声时的差异 这个时间差统称为声时初读数t0 声时初读数的测试 声时初读数 tg tw totg D d VgD 声测管外径 mmd 声测管内径 mmVg 声测管材料纵波声速钢管Vg 5800m s 0 58mm sPVC管Vg 2350m s 0 235mm stw d d Vwd 声测管内径 mmd 换能器外径 mmVw 耦合水声速常温Vw 1480m s 0 148mm sVw与水温有关to水中标定 二 声学参量之二 声波幅度 声波幅度 声波传播过程是声能的传播过程 在垂直于声波传播方向上的单位面积 单位时间内通过的声能为声强声强与质点振动位移幅值A成正比声波幅度A的变化表征了声波传播过程中能量的变化 即声波穿过混凝土后的衰减程度接收波幅A越低 声波的衰减越大 1 波幅与混凝土密实性 在传播距离一定的条件下 混凝土质量越差 疏松 蜂窝 孔洞 低强度等 衰减越大 接收信号幅度越小 产生绕射 折射和反射使声线L加大 接收信号幅度减小在传播距离和测试条件一定的条件下优质致密的 强度高的混凝土幅度高有缺陷的 低强度的混凝土幅度低波幅与混凝土的结构和性能有关 声波的幅度是检测混凝土质量的重要声参量 声波衰减的原因 吸收衰减 散射衰减 扩散衰减吸收衰减 声波传播过程中 质点之间的内摩擦使得声能转变为热能 声能衰减散射衰减 介质中在颗粒结构 骨料 气孔 缺陷等 的声界面产生多次反射 折射 波形转换 声波散射导致衰减 吸收衰减和散射衰减取决于传播介质的性质 用衰减系数 表示扩散衰减 发射换能器的波束扩散 使能量扩散 单位面积能量减弱 取决于发射换能器的声扩散性能以及超声波的特性 与传播介质性质无关 2 声波的衰减 介质的衰减用衰减系数 表示 衰减系数 与声波频率有关声波幅度A声波在任何介质中都有衰减 衰减的大小与声波频率以及传播距离有关 声波的衰减 斜向测试 探头指向性 造成的衰减显著 3 幅度的测量 幅度敏感 但不具有绝对的可比性具有相对可比性的条件 声测线条件一致 测距 角度测试仪器一致 超声仪 换能器 信号线测试参数一致 发射电压 采样频率 放大增益 4 首波幅度 首波的幅度 首波是直达波直达波不受构件侧壁反射波的影响首波不能超屏 5 幅度的量化 幅度表示 基本声参量 分贝dB不是物理量纲 是用对数表示接收波声压与基准声压的相对大小 基准声压 0dB 一般取仪器能够接收并识别的最小声压值2个信号波幅分贝值 dB 的差值 表示2个信号声压强度的倍数分贝数为正数时 表示信号的声压值在加大波幅差 6dB 信号声压提高1倍波幅差 20dB 信号声压提高10倍波幅差 40dB 信号声压提高100倍波幅差 60dB 信号声压提高1000倍分贝数为负数时 表示波幅的声压值在下降波幅差 6dB 信号声压降低1倍 6 幅度分辨率 幅度分辨率数字式超声仪幅度屏幕信号的分辨率 信号幅度大 幅度分辨率提高 7 耦合条件对幅度的影响 影响幅度的主要外界因素 耦合条件的变化对幅度影响明显 要避免耦合条件 耦合剂类型耦合剂填充 是否还有空隙对换能器加压的力度声透法测桩的耦合剂是水 应保证是清水 三 声学参量之三 声波频率 发射的声波是含有多种频率成分的复频波 主频f1 穿过混凝土后 不同频率声波的衰减程度不同 高频成分比低频成分的衰减大 接收信号的主频f2向低频端漂移 f2 f1 频移 f f1 f2接收信号频率漂移 f表征混凝土的衰减 即表征混凝土的质量同条件比较 仪器 测试参数 传播距离等 混凝土中的缺陷越严重 不同频率的衰减程度的差异越大 导致主频的漂移量 f越大 完整混凝土主频44 5kHz 有缺陷混凝土主频向低频偏移39 0kHz 且可能多峰 频率测量 接收波的主频采样波形经频谱分析 FFT 主频的频移大小同条件比较 传播距离 仪器 测量参数等一致 数字化超声仪的频率测试简单对频率参量的研究不足 使用不普遍 在规范中未要求 四 声学参量之四 波形 声波在缺陷界面发生反射折射 形成不同的新波束 接收波是个各波束在接收点的的叠加 由于各波束的传播路径不同 到达时间不同 相位变化 导致接收波相对发射波发生畸变 波形畸变是判断混凝土缺陷的依据之一 完整混凝土接收波形有缺陷混凝土接收畸变波形 波形记录 不能量化表示 但对缺陷判定有重要意义单点波形波列图波列灰度图 五 几种声学参数的比较 声速 有可比性 稳定重复性好 受非缺陷因素影响小 但对缺陷的敏感性不如波幅 主要参量波幅 只有相对可比性 对缺陷很敏感 但受仪器 换能器 测距 测角等非缺陷因素影响 测试值不如声速稳定 主要参量主频 可比性不强 不够稳定 辅助判据波形 对缺陷敏感 缺少量化指标 重要依据 必须存储 第四部分现场检测技术 一 测试前准备工作1 了解工程概况 岩土勘察资料 基桩设计资料 施工原始记录 灌注桩的成孔方式 浇灌环境 工艺过程混凝土浇筑龄期等填写委托单及原始记录表 2 确定被测桩的原则 设计方认为重要的桩对施工质量有怀疑的桩岩土特性复杂 施工难度大的桩有代表性的桩 不同施工条件 不同施工单位等 被测桩位置均匀分布 3 确定检测数量 1 一柱一桩的构筑物 全部桩检测柱下三桩 及以下 承台抽检桩数不得少于1根 2 非一柱一桩可抽检 抽检数量不少于总数的20 且不少于10根 下限 地质条件复杂 质量可靠度低 抽检数量不少于总数的30 且不少于20根 端承型大直径灌注桩抽检数量不少于总数的10 3 不合格桩数量超过抽检数的30 时 加倍重检 4 加倍检测后仍有抽检数的30 不合格 全数检测应事先提出检测要求 以便预埋声测管 4 声测管 声测管作用 声测探头通道 取代部分钢筋 桩底压浆管道声测管材质 透声率高 便于安装 成本低钢管 可焊接 便于安装 可代替钢筋 钢热膨胀系数与混凝土接近 不易脱开 应用最多PVC管 主要用于小直径桩和桩身长度小于15mde短桩 膨胀系数与混凝土差距大 声测管与混凝土脱开 造成误判 钢制波纹管 管壁薄 省钢材 可直接绑扎在钢筋骨架上 但不易保证管道平直声测管直径 偏大可通畅但耗材且不利于居中 偏小则反之 通常比径向换能器外径约大10mm 常用内径35 50mm 一般采用外径50mm 内径46mm钢管 壁厚不小于2mm声测管长度 埋深与桩的底部齐平 管上端高于桩顶300 500mm 同一根桩的声测管外露高度相同声测管要顺直 通畅 不漏水 5 声测管安装方式 1 声测管的管材一般都不长 钢管为6m长一根 管材连接两种方式 螺纹连接和套筒连接 接口要求 有足够的强度和刚度 保证声测管不致因受力而弯折 脱开 有足够的水密性 在较高的静水压力下 不漏浆 接口内壁保持平整通畅 不影响探头的上下移动 套管焊接时内壁无焊渣 毛刺等凸出物 螺纹套筒接口时中间不用黄油 2 固定方式 牢固固定在钢筋笼内侧 与桩的纵轴平行且相互平行 避免扭曲 钢管宜焊接 PVC管宜绑扎 3 管底部要加盖密封 顶部加盖 管中注满清水 防止异物掉入 6 声测管数量与布置方式 桩径0 6 1 0m2根管 一条测线桩径1 0 2 5m3根管 三条测线桩径2 5m以上4根管 六条测线测线穿过范围 阴影区 为有效测试范围 远离测试范围区域为测试盲区测试前声测管内注满清水 检查管内的畅通状况 用模拟探头在桩内全程升降 注意将声测管按顺时针方向编号 避免复测时管号混淆 6 声测管数量与布置方式 建筑基桩检测技术规范 修订 JGJ106 征求意见稿桩径D 800mm不少于两根管 一条测线800mm D 1500mm不少于三根管 三条测线D 1500mm不少于四根管 六条测线D 2500mm增加声测管数量将预埋三根管的范围加大 大部分桩径在此范围内 7 测试前的准备 1 将伸出桩顶的声测管切割到同一标高 测量管口标高 作为计算各测点高程的基准 2 向管内注入清水 封口待检 3 在放置换能器前 先用直径与换能器略同的圆钢作吊绳 检查声测管的通畅情况 以免换能器卡住后取不上来或换能器电缆被拉断 造成损失 有时 对局部漏浆或焊渣造成的阻塞可用钢筋导通 4 测试时径向换能器宜配置扶正器 尤其是声测管内径明显大于换能器直径时 换能器的居中情况对首波波幅的检测值有明显影响 扶正器就是用1 2mm厚的橡皮剪成一齿轮形 套在换能器上 齿轮的外径略小于声测管内径 扶正器既保证换能器在管中能居中 又保护换能器在上下提升中不致与管壁碰撞 损坏换能器 软的橡皮齿又不会阻碍换能器通过管中某些狭窄部位 8 声测法测试时间 要求混凝土硬化并达到一定强度即可进行检测 原则上 龄期28天以上 规范 规定 当采用低应变法或声波透射法检测桩身完整性时 受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70 且不小于15MPa 混凝土达到28d强度的70 一般需要十天左右的时间 完整性检测不涉及强度完整性检测为相对比较法 缺陷不会因龄期而变化 9 测量方式 首先采用平测法对全桩各个检测剖面进行普查 找出声学参数异常的测点 然后 对声学参数异常的测点采用加密测试 斜测或扇形扫测等细测方法进一步检测由于径向换能器在铅垂面上存在指向性 因此 斜测时 发 收换能器中心连线与水平面的夹角不能太大 一般可取30 40 10 测点间距 规程规定 不大于0 25m测点间距一般为20 40cm在普测的基础上 在缺陷可疑区 可加密测点测点间距过大 0 5m或更大 造成测试盲区 11 测距测量 声波传播距离 在桩顶用钢卷尺测量桩顶面各声测管之间外壁净距离 作为相应的两声测管组成的检测剖面各测点测距 测试误差小于1 三 声参量检测数据采集 将一对探头放入声测管内 沿声测管等高同步提升或下降 超声波对射穿过桩身混凝土 逐点移动水平检测 记录存储声参量 波形和深度 得到沿纵向扫描的水平剖面的声参量检测结果 数据采集 提升速度要适中 不宜提升过快 声参量自动判读 复测与加密测试 波形存贮 便于校核 四 设备保护 换能器 不能摔 碰 磕 提升信号线用力不能过猛手工提升时 管口宜加橡胶护筒 防止割破信号线 自动提升时 管口滑轮放置正确 主机 防潮 防尘 防水及防碰撞电源 充电器 交流电源 电池的保护 五 人员安全 接交流电必须由专业电工完成 防摔 防扎 泥浆池 坠落物 落石 滑坡 泥石流 第五部分数据处理技术与判定方法 桩身混凝土缺陷的综合判定 1 依据声参数判定 基于混凝土的声学特性2 多种声参量综合判定 多个声学指标 声速 PSD判据 波幅 主频 实测波形3 多方向测线综合判定 采用加密平测和交叉斜测等方法验证平测普查对异常点的判断并确定桩身缺陷在该剖面的范围和投影边界 数据处理技术一 绘制曲线 声时深度曲线 t z 声速深度曲线 v z 幅度深度曲线 A z 主频深度曲线 f z PSD曲线 数据处理技术二 声速的计算与修正 声速的计算 v L tL 管口处的声测管间距若声测管连接固定不好 钢筋笼在吊装时发生倾斜 弯折 扭曲 导致声测管不平行 使得桩顶声测管间距与各测点处的间距不相等 计算声速与实际声速有很大差异 需要对声时 深度曲线进行修正声测管的连接 固定 吊装埋设质量十分关键 数据处理技术二 声速的修正 利用声参数深度曲线对桩身缺陷进行判定之前 需要对由于声测管倾斜造成的系统误差进修正 即管距修正桩身混凝土质量和声测管倾斜都会使声时 声速 变化 其区别在于 声测管有一定的刚度 声测管倾斜引起声参量深度曲线总体趋势的变化 特点为 连续 渐变 或分段渐变 同一趋势影响范围较大 属于系统误差桩身质量的波动 桩身缺陷 引起声参量深度曲线突变 明显偏离曲线的整体趋势 属于偶然误差管距修正 针对声参数曲线由于声测管倾斜造成的较大范围的连续性渐变 通过数学方法的曲线拟合 对倾斜管距进行修正 消除声测管扭曲所导致的连续性的曲线变化 保留混凝土缺陷导致的随机性突变 数据处理技术二 声速的修正 图例 声测管明显倾斜声速计算值偏差大 3700 5200km s修正后声速曲线 数据处理技术二 声速的修正 图例 声测管严重不平行声速计算值偏差巨大 3700 5200km s 数据处理技术二 声速的修正 方法步骤 1 从声速曲线判断是否需要修正 19 0m处声速值5600km s 明显超出可能范围 需要修正 2 以曲线转折点为分界将曲线分段3 分段拟合 曲线拟合或线性拟合 4 以桩顶 真实管距处 声速或修正起点处为基础修正5 绘制修正后的声速曲线 四 数据处理技术二 声速的修正 注意问题 1 修正过度 拟合过细有可能掩盖 缓变 的缺陷 如低强度区等 2 分段区域过小 小于单根管长3 修正时应将异常测点剔除后再拟合 避免异常的 突变值 被拟合平滑 三 缺陷判定 缺陷判定方法 规范引用方法 声参量数据判据1 概率法 超声法检测混凝土内部缺陷技术规程 建筑基桩检测技术规范 2 声速低限值判据 建筑基桩检测技术规范 3 半波幅判据 建筑基桩检测技术规范 4 斜率法 超声法检测混凝土内部缺陷技术规程 建筑基桩检测技术规范 5 波形与波列 缺陷判定1 概率法 基本思想 概率法的基本思想混凝土的非均匀性使正常混凝土的声参量测试值具有符合正态分布的随机性波动 并在一定的置信范围内 由于混凝土的内部缺陷 过失误差 漏振 漏浆 架空 所造成的离散使混凝土质量与对应的声参数偏离正态分布 缺陷测试就是要确定一个声参量判断临界值 用以区别声参量正常的随机波动和由于缺陷造成的离散 判断值范围内的的波动属于正常值 凡是超出判断值的离散属于声参量异常 高端异常不存在安全问题 低端异常由混凝土缺陷造成 以此判断缺陷位置 桩身完整性概率法判据引自 超声法检测混凝土内部缺陷技术规程 描述正态分布的特征量 平均值m标准差S变异系数 S m 缺陷判定1 概率法 异常值判断值 单个测点异常值判断临界值 Xo m 1 S分位值 1 对应P 1 n的分位值 1查表 标准正态分布表 与数据个数n对应 Xo为在正态分布条件下可能出现的最低值 若出现低于x0的值 则该值偏离正态分布 为过失误差引起的异常点 缺陷判定1 概率法 异常值判断值 相邻点异常的判断临界值 孔中单排测试 Xo m 3 S 3查表分位值 3 对应的分位值 1 3相邻点异常的判断临界值 单个测点异常值判断临界值异常点相邻时异常的概率提高 判断值更严 缺陷判定1 概率法 异常值判断值的计算 1 声速值由大到小排序2 逐一剔除排序的最小值后计算判断值VO 仅单边剔除小值异常 3 将序列中的最小值Vi与VO比较 若Vi VO 则舍去Vi后继续 直至Vi VO即 序列中全部数据满足Vi VO舍去的全部数据满足Vi VO4 异常值判断临界值为VO 缺陷判定1 概率法 双边剔除法 建筑基桩检测技术规范 修订 JGJ106 征求意见稿在计算判断值时 将单边剔除小值异常变为 双边剔除法 剔除顺序为异常小 异常大 异常小 异常大 异常小剔除判据 Xo m 1 S异常大剔除判据 Xo m 1 S异常值判断值为VO m 1 S单边法可能导致标准差过大 从而判断值不合理的低值 双边法的判断值计算较为合理 但得到判断值后 高端偏离正态分布的大值异常点有利于安全 不判为缺陷点 缺陷判定1 概率法 注意的问题 1 概率法统计测点总数不少于20个2 桩身缺陷过多 声参数离散 标准差大 导致概率法的判断值偏小 造成缺陷漏判 应加大测试范围或参考同条件桩的判断临界值3 出现声速明显高于正常取值时 声测管扭曲或声时初读数不正确 应做适当修正或剔除4 概率法为相对比较法 可能错判或漏判 最终判断缺陷时应多参数综合判定 Xo m S 1 当桩身声速值普遍偏低 低于正常取值 但离散性小时 概率法的声速判断值过小 无法找到异常测点 形成漏判 宜采用声速低限值判据2 当桩身测点声速离散性较大 判断出的异常测点声速在正常声速范围内 不应判为缺陷 形成误判 宜采用声速低限值判据声速低限值判据VL 测点i声速Vi 声速低限值判据VL时 Vi为声速异常 声速低限值VL的获得 预留同条件试块 经验声速 同条件桩声速 缺陷判定2 声速低限值判据 缺陷判定3 半波幅判据 波幅 声波衰减量 对缺陷的反应比声速更敏感波幅异常判据 将接收信号波幅平均值的一半作为缺陷波幅判据值Am 各测点波幅平均值A0 Am 6 分贝值 6能量的一半 A A0判为波幅异常半波幅判据沿用 基桩低应变动力测桩规程 的处理方法 由于波幅波动很大 半波幅判据可能过严 造成误判 概率法用于波幅判据时 波幅波动大 标准差大 判断值小 易造成漏判 缺陷判定4 斜率法 PSD PSD判据 声时深度曲线相邻两点间的斜率和差值的乘积 Ki 第i测点的PSD判据ti ti 1 第i测点的前一点和后一点的声时Zi Zi 1 第i测点的前一点和后一点的深度混凝土缺陷 声时突变 t大 不连续函数 K值大 PSD曲线出现峰值绘制 判据值 深度 曲线 其峰值点对应该深度处的声时突变点 异常测点 结合波幅变化 综合判定 缺陷判定4 斜率法 1 PSD判据突出了缺陷部位声时的突变 对缺陷更敏感2 减小由于声测管不平行或混凝土不均匀等非缺陷因素造成的误判非缺陷因素 声时渐变 t小 K值很小 PSD基本不变 缺陷判定4 斜率法 PSD突变点为混凝土缺陷区域的边界 5 单点波形与波列 1 单点波形2 波列图3 波列灰度图 四 桩身完整性判定 桩身完整性判定 建筑基桩检测技术规范 四 桩身完整性判定1 综合判定 声参量异常 可疑测点 缺陷综合分析 声参量异常值 声速低限值 PSD判据 波形畸变等各种判据 避免单一判据的错判或漏判 桩身完整性判定2 可疑部位局部加密测点 包括平测 斜侧 扇形测试 进一步明确缺陷位置和范围 关键是缺陷的边界注意 斜侧与扇形测试的数据不能与平测的数据同组分析 桩身完整性判定3 缺陷位置的判定 综合分析判断缺陷的平面分布 缺陷 D 处于在发射 接收换能器O O 连线上 声速 波幅均降低 缺陷 E 处于有效接收声场 图中椭圆内 内 不跨O O 连线 声速无异常 但波幅下降 缺陷 F 在有效接收声场以外 声速 波幅均无异常 如埋设三或四个检测管 利用上述原理可分析判断出缺陷的平面上的分布概况 桩身完整性判定3 缺陷位置的判定 多根检测管 多条测线综合分析 可判断缺陷的水平位置 4 完整性判定时须注意的问题 1 结合灌注桩的设计与施工的技术资料声参量的数值判据存在多解性以及错判和漏判的可能性由声参量的异常仅能判定存在质量的缺陷 但难于判定桩身缺陷的类别结合技术资料判定 有利于做出缺陷解释 例如由成孔方式可推断缺陷是否可能夹泥 由地下水文条件及混凝土灌注方法 施工记录来判断缺陷是否可能为离析 由浇灌过程是否连续或中断 判断缺陷是否是二次浇灌面或断桩 由地层中的黏土层及黏土的塑性指数 终孔后开始浇灌的时间 判断是否可能严重缩径 从而排除这个部位的桩身有无缺陷 避免误判后抽芯打不到缺陷的尴尬局面 4 完整性判定时须注意的问题 2 注意避免非质量缺陷因素引起的误判 误判后可能出现抽取芯样但找不到缺陷的尴尬局面 1 声测管局部被混凝土包裹 导致声参量异常 可能误判为桩身存在缺陷 4 完整性判定时须注意的问题 2 桩身缩径到检测管外露 声时 波幅均出现严重异常 会误判为桩身严重缺陷 3 检测系统故障 尤其是径向探头灵敏度下降3 多种检测方法相互验证 与承载力检测相互配合 5 测试结果显示 声参量 深度曲线 声参量数据 波列图 波列灰度图 四管六剖面波形采集 四管六剖面声参量深度曲线 四管六剖面数据统计分析 五 缺陷成因分析与信号特征 根据缺陷位置进行分类 位置 一般在桩头向下5m以内区域缺陷类型 分层离析 夹泥 低强混凝土 缩径 裂缝信号特征 表现为 低头 现象成因 剔凿桩头不到位导管拔出方式和拔出时间不正确其它原因 塌孔 地表强泾流等 开挖碰撞温度影响 冬季施工时桩头问题 1 桩头质量问题 2 桩身缺陷 位置 桩头向下5m以上 夹泥 夹砂或严重离析等缺陷类型 与桩头缺陷有点类似 但缺陷类型更多信号特征 表现为 冒尖 现象成因 泥沙与水泥浆混合物形成断桩 导管提升不当声速 波幅明显下降孔壁坍塌或泥团 声速 波幅下降 若包裹声测管则下降明显 通过斜测判断混凝土离析 骨料堆积 附近则浆多骨料少 骨料堆积处波幅下降 砂浆多处声速下降气泡密集 提升过快 空气被封波幅明显下降 3 桩底缺陷 位置 桩底附近 最厚的达到5 0m左右 缺陷类型 沉渣过厚 严重离析信号特征 表现为声速低 幅度低的拖尾巴现象成因 水下灌注桩由于施工工艺的限制 很容易在桩底形成沉渣 在钢筋笼放入桩内 浇筑混凝土之前 必须进行二次清孔 清孔后准确测量桩底沉渣层厚度和实际孔深 符合有关规定后才能进行浇筑桩底沉渣测试 电阻率法桩底沉渣测试仪泥浆视电阻率 深度曲线拐点以下部分判断为沉渣 4 全桩缺陷 位置 桩身全部 或多位置 多剖面严重异常缺陷类型 断桩 低强混凝土 严重离析等信号特征 桩身匀质性差 声参量低 多段冒尖成因 原材料不合格 水泥 砂子质量不合格 混凝土配合比出错 搅拌过程失控 灌桩工艺不合理等原因形成 5 其它问题 声速太低一般是由于混凝土本身质量差 或水灰比控制不好 适成桩身强度太低 超声波声速远远低于同类型桩 信号幅度衰减很严重 此类桩由于无法进行处理 一般判定为四类桩 桩身异物 如夹石等 桩身倾斜 移位 变形桩长不够 六 桩身混凝土均匀性判定 声速 平均值 标准差 变异系数可定性反映混凝土强度的离散性作为同类型桩比较混凝土均匀性的相对指标声速与强度的相关性为非线性 且受多种因素影响不稳定 声速的变异系数与强度的变异系数差别大 七 验证检测 验证 对检测结果缺乏依据 无法定论 提高检测结果的可靠性浅层缺陷开挖 钻芯验证 芯样直径不宜小于骨料最大粒径的3倍 否则离散加大钻头外径多为101mm 110mm若不检测混凝土强度 可用76mm钻头 钻芯取样 桩底钻芯测定沉渣厚度 全桩身质量差 桩身中部缺陷 桩身中部缺陷 桩身内异物 桩身内异物 八 扩大检测 针对初次抽检时基桩承载力不满足设计要求或完整性检测时三 四类桩比例较大 需再次抽样检测不合格桩数量超过抽检数的30 时 加倍重检加倍检测后仍有抽检数的30 不合格 全数检测 第六部分声波透射法检测桩身完整性工程实例 一类桩剖面图 各检测剖面的声学参数均无异常 无声速低于低限值异常 二类桩剖面图 某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常 无声速低于低限值异常 三类桩剖面图 某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常 两个或两个以检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常 局部混凝土声速低于低限值异常 四类桩剖面图 某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现明显异常两个或两个以检测剖面在同一深度测点的声学参数出现明显异常 桩身混凝土声速出现普遍低于低限值异常或无法检测首波或声波接收信号严重畸变 工程实例一 桩身严重缺陷 NM 4A型跨孔测桩仪检测结果 低应变反射波法验证结果 KON PIT N 检测结果 钻芯验证 钻芯注浆处理后复测结果 工程实例二上部桩身缺陷 NM 4A型跨孔测桩仪检测结果 现场开挖结果 实例三上部桩身缺陷 NM 4A型跨孔测桩仪检测结果 现场开挖验证结果 实例四桩身中上部缺陷 NM 4A型跨孔测桩仪检测结果 现场开挖结果 实例五桩身中部缺陷 NM 4A型跨孔测桩仪检测结果 钻芯验证 实例六桩身严重缺陷 NM 4A型跨孔测桩仪检测结果 桩身严重缺陷钻芯结果 缺陷桩的避免与处理 一 避免缺陷产生措施 1作业指导书的编制与学习工程技术人员根据不同的地层条件 不同的基桩类型 不同的工作环境 编写专业的现场作业指导书 并组织相关人员认真学习 是避免缺陷形成的重要措施 参与现场施工的每一位技术人员 对灌桩的工艺流程 应急处理措施等要一清二楚 2精确计算与控制技术人员要根据桩长 桩径 集料箱体积等情况 准确计算混凝土上表面的高度 导管的埋入深度 导管每一次的上拔高度等 在施工过程中进行控制 一 避免缺陷产生措施 3全程监控每一次灌桩都要有专业的技术人员负责和监理全程旁站 对桩底沉渣厚度 导管插入深度 混凝土坍落度 泥浆流量等都要严格监控 发现异常情况及时进行处理 一 避免缺陷产生措施 4备用设备现场必须有可用的备用设备 如发电机 混凝土罐车 吊车 导管 搅拌机 水泵等 根据情况准备1 2套备用 发生故障及时更换 一 避免缺陷产生措施 5应急处理机制对现场突发的事故 如停电 停水 卡管 堵管等 技术人员应按照操作规程中相关规定 立即启动应急处理程序 对工程事故进行妥善的处理 而不能抱任何侥幸心理 不对事故进行处理或处理不到位 期待检测人员手下留情 蒙混过关 一 避免缺陷产生措施 二 缺陷桩的处理方法 钻孔注浆法剔凿修补法扩大基础法接桩法补桩法设计复核设计变更等方法 1桩头缺陷处理 浅部开挖 找到缺陷部位后进行局部剔凿 剔凿量比较少时 只要把缺陷部分清除干净 露出正常混凝土面 在上面刷一层高标号水泥砂浆 进行修补即可 剔凿量较大时 需要进行接桩处理 把缺陷部位以上的桩身截除 重新焊接钢筋笼后浇筑混凝土 处理时注意新旧混凝土结合面的质量 不能形成新的缺陷 二 缺陷桩的处理方法 2桩底缺陷 桩底沉渣层为泥砂或粒径较大的骨料时 一般在桩上钻2到4个孔到桩底部位 采用高压水对桩底部位进行清孔 然后注浆处理 复测结果效果理想 当沉渣层为混凝土离析或低强混凝土时这种处理方法效果较差 可由设计单位对基桩承载力进行复核计算 提出合理的处理方案 对摩擦型为主的基桩 桩底提供的承载力非常小 设计者一般会留有一定的余量 当沉渣层厚度不大 如1 0m以内 时 一般不需进行处理 对嵌固型为主的基桩 不允许有沉渣层存在 只能通过静载荷试验法确定基桩实际承载力 再由设计进行相应的变更处理 二 缺陷桩的处理方法 3桩身缺陷桩身缺陷一般采取钻孔注浆的方法进行处理 但是并不是所有桩身缺陷都可以采取这种方法进行处理 必须根据检测信号特征推断缺陷的性质 对夹泥 夹砂类缺陷和粒径较大的骨料堆积 可以钻孔到相应的位置 高压水冲孔后注浆 可收到较好的效果