桩基完整性(声波透射试验)试验方法

桩基完整性 声波透射试验 桩基完整性 声波透射试验 2 12 1 一般规定一般规定 1 对于桩径小于 0 6m 的桩 不宜采用本方法 因为桩径较小时声波换能器与检测 管的声耦合会引起较大的相对测试误差 其桩长不受限制 2 当出现下列情况之一时 不得采用本方法 a 声测管未沿桩身通长配置 b 声测管堵塞导致检测数据不全 c 声测管数量不符合要求 3 受检桩混凝土强度不应低于设计强度的 70 且不低于 15MPa 2 22 2 检测基本原理及方法检测基本原理及方法 混凝土是由多种材料组成的多相非匀质体 对于正常的混凝土 声波在其中传播的速 度是有一定范围的 当传播路径遇到混凝土有缺陷时 如断裂 裂缝 夹泥和密实度差等 声波要绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过 声波将发生衰减 造成传播时间延长 使声时增大 计算声速降低 波幅减小 波形畸变 利用超声波在混凝土中传播的这些声 学参数的变化 来分析判断桩身混凝土质量 声波透射法检测桩身混凝土质量 是在桩身中预埋 2 4 根声测管 将超声波发射 接收 探头分别置于 2 根导管中 进行声波发射和接收 使超声波在桩身混凝土中传播 用超声 仪测出超声波的传播时间 t 波幅 A 及频率 f 等物理量 就可判断桩身结构完整性 2 32 3 仪器设备仪器设备 1 试验装置 声波透射法试验装置包括超声检测仪 超声波发 射及接收换能器 亦称探头 预埋测管等 也有加上 换能器标高控制绞车和数据处理计算机 其装置见图 37 21 2 超声检测仪的技术性能应符合下列规定 接收放大系统的频带宽度宜为 5 50kHz 增益应 大于 100dB 并带有 0 60 或 80 dB 的衰减器 其 分辨率应为 1dB 衰减器的误差应小于 1dB 其档间误 差应小于 1 发射系统应输出 250 1000V 的脉冲电压 其波形可为阶跃脉冲或矩发射系统应输出 250 1000V 的 脉冲电压 其波形可为阶跃脉冲或矩形脉冲 显示系统应同时显示接收波形和声波传播时间 其显示时间范围宜大于 300 s 计时精 度应大于 1 s 仪器必须稳定可行 2h 中声时漂移不得大于 0 2 s 3 换能器应采用柱状径向振动的换能器 将超声仪发出的电脉冲信号转换成机械振 动信号 其共振频率宜为 25 50kHz 外形为圆柱形 外径 30mm 长度 200mm 换能 器宜装有前置放大器 前置放大器的频带宽度宜为 5 50kHz 绝缘电阻应达 5M 其水 密性应满足在 1MPa 水压下不漏水 桩径较大时 宜采用增压式柱状探头 4 声测管是声波透射法检测装置的重要组成部分 宜采用钢管或钢质波纹管 其内 径宜为 50 60m 2 4 测试技术测试技术 1 预埋声测管应符合下列规定 桩径 D 800mm 应埋设 2 根管 800mm D 2000mm 应埋设不少于 3 根管 桩径 D 2000mm 应埋设不少于 4 根管 见图 37 22 声测管布置方式 声测管底端及接头应严格密封 保证管外泥冰在 1MPa 压力下不会渗入管内 声测管应 下端封闭 上端加盖 管内无异物 声测管连接处应光滑过渡 管口应高出桩顶 100mm 以上 且各声测管管口高度宜一致 应采取适宜方法固定声测管 使之成桩后相互平行 2 现场检测前应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 t D d Vt d d Vw 37 52 式中 D 检测管外径 mm d 检测管内径 mm d 换能器外径 mm Vt 检测管壁厚度方向声速 km s Vw 水的声速 km s T 声时修正值 s 将发 收换能器置于水中 间距 0 5m 左右 接收信号波幅调节到二或三格 改变发 收 换能器间距 测量不同距离的声时值 按时距曲线求出 t0 值 3 检测步骤应符合下列要求 接收及发射换能器应在装设扶正器后置于检测管内 并能顺利提升及下降 测量时上述发射与接收换能器可置于同一标高 当发射与接收换能器置于不同标高时 其水平测角可取 30 40 测量点距 20 40cm 当发现读数异常时 应加密测量点距 以保证测点间声场可以覆盖 而不至漏测 发射与接收换能器应同步升降 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 检测宜由检测管底部开始 发射电压值应固定 并应始终保持不变 放大器增益值也应 始终固定不变 调节衰减器的衰减量 使接收信号初至波幅度在荧光屏上为 2 或 3 格 由 光标确定首波初至 读取声波传播时间及衰减器衰减量 依次测取各测点的声时及波幅并 进行记录 一根桩有多根检测管时 应将每 2 根检测管编为一组 分组进行测试 见图 37 22 每组检测管测试完成后 测试点应随机重复抽测 10 20 其声时相对标准差不应大 于 5 波幅相对标准差不应大于 10 并对声时及波幅异常的部位应重复抽测 2 52 5 检测数据分析与判定检测数据分析与判定 1 各测点的声时 tc 声速 v 波幅 Ap 及主频 f 应根据现场检测数据 按下列各式计 算 并绘制声速 深度 v z 曲线和波幅 深度 Ap z 曲线 需要时可绘制辅助的主频 深 度 f z 曲线 1 tttt ii 0c 2 i i t l v c 3 0 p lg20 a a A i i 4 i i T f 1000 式中 tci 第 i 测点声时 s ti 第 i 测点声时测量值 s t0 仪器系统延迟时间 s t 几何因素声时修正值 s l 每检测剖面相应两声测管的外壁间净距离 mm vi 第 i 测点声速 km s Api 第 i 测点波幅值 dB ai 第 i 测点信号首波峰值 V a0 零分贝信号幅值 V fi 第 i 测点信号主频值 kHz 也可由信号频谱的主频 求得 Ti 第 i 测点信号周期 s 2 声速临界值应按下列步骤计算 a 将同一检测剖面各测点的声速值 vi 由大到小依次排序 即 V1 v2 vn k vn 1 vn 10 4 2 1 式中 v 按序排列后的第 i 个声速测量值 n 检测剖面测点数 k 从零开始逐一去掉式 10 4 2 1 vi 序列尾部最小数值的数据个 数 b 对从零开始逐一去掉式 10 4 2 1 vi 序列中最小数值后余下的数据进行统计计算 当去 掉最小数值的数据个数为 k 时 对包括 vn k 在内的余下的数据 v1 vn k 按下列公式进行 统计计算 v0 vm sx 10 4 2 2 10 4 2 3 kn i im v kn v 1 1 10 4 2 4 kn i mi vv kn s 1 2 x 1 1 式中 v0 异常判断值 vm n k 个数据的平均值 sx n k 个数据的标准差 由表 10 4 2 查得的与 n k 相对应的系数 统计数据个数 n k 与对应的 值 表 10 4 2 n k20222426283032343638 1 641 691 731 771 801 831 861 891 911 94 n k40424446485052545658 1 961 982 002 022 042 052 072 092 102 11 n k60626466687072747678 2 132 142 152 172 182 192 202 212 222 23 n k80828486889092949698 2 242 252 262 272 282 292 292 302 312 32 n k100105110115120125130135140145 2 332 342 362 382 392 412 422 432 452 46 n k150160170180190200220240260280 2 472 502 522 542 562 582 612 642 672 69 c 将 vn k 与异常判断值 v0 进行比较 当 vn k v0 时 vn k 及其以后的数据均为异常 去掉 vn k 及其以后的异常数据 再用数据 v1 vn k 1 重复式 4 2 2 4 2 4 的计算 步骤 直到 vi 序列中余下的全部数据满足 vi v0 4 2 5 此时 v0 为声速的异常判断临界值 vc d 声速异常时的临界值判据为 vi vc 4 2 6 当式 4 2 6 成立时 声速可判定为异常 3 当检测剖面 n 个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时 宜采用声速低限值判据 vi vL 4 3 式中 vi 第 i 测点声速 km s vL 声速低限值 km s 由预留同条件混凝土试件的抗压强度与声速对比试验结果 结合本地区实际经验确定 当式 4 3 成立时 可直接判定为声速低于低限值异常 4 波幅异常时的临界值判据应按下列公式计算 4 4 1 n i i A n A 1 pm 1 Api Am 6 4 4 2 式中 Am 波幅平均值 dB 检测面测点数 n 当式 4 4 2 成立时 波幅可判定为异常 5 当采用斜率法的 PSD 值作为辅助异常点判据时 PSD 值应按下列公式计算 PSD K t 4 5 1 4 5 2 1 1cc ii ii zz tt K t tci tci 1 4 5 3 式中 tci 第 i 测点声时 s tci 1 第 i 1 测点声时 s zi 第 i 测点深度 m zi 1 第 i 1 测点深度 m 根据 PSD 值在某深度处的突变 结合波幅变化情况 进行异常点判定 6 当采用信号主频值作为辅助异常点判据时 主频 深度曲线上主频值明显降低可判 定为异常 7 桩身完整性类别应结合桩身混凝土各声学参数临界值 PSD 判据 混凝土声速低 限值以及桩身质量可疑点加密测试 包括斜测或扇形扫测 后确定的缺陷范围 按本规范 表 3 5 1 的规定和表 2 6 的特征进行综合判定的特征进行综合判定 桩身完整性判定 表 类别特 征 各检测剖面的声学参数均无异常 无声速低于低限值异常 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 某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常 两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常 局部混凝土声速出现低于低限值异常