桥梁下部结构检测新技术

1、桥梁下部结构检测新技术 小组成员：XXX w桥梁下部结构包括桥墩、桥台、基础。w桩基础能有效降低建筑物沉降，提高地基承载力。据不完全统计，我国年均桩基用量达300万根。桩基是结构的主要承重部分，同时又是隐蔽工程，因此，对桩基质量的检测尤为重要。本文主要研究桩基检测技术。w检测内容集中在完整性检测和承载力检测两方面。国外桩基检测研究进展及现状 早在100多年以前就有人将桩假定为刚体模型，根据牛顿碰撞定律导出动力打桩公式，通过锤击能量、贯入度和一些经验常数估算单桩承载力。w上世纪30年代，应力波理论就被应用在打桩分析上。w60年代A.Smith提出了在桩基中应用的波动方程的差分数值解法。w从196

2、4年到1975年，美国Case技术学院G.G.Goble领导的研究小组进行了桩基应力波检测测量技术和理论分析的系统研究，取得了丰富成果。w70年代中后期，美国PDI(PileDynamics,Inc.)根据波动方程半经验解析解原理，开始产生以PDA打桩分析仪为名的高应变动力试桩专用仪器。w其后又把桩作为连续模型，采用波动方程程序（CAPWAPC程序）对桩侧摩阻分布、端阻和桩身缺陷进行实测波形的拟合法分析。荷兰、法国等研制出了自己的桩基动测设备和相应分析程序。国内桩基检测研究进展及现状 我国的桩动力检测理论研究与实践开始于20世纪70年代，包括两部分内容：一是研究开发具有我国特色的方法，二是对国

3、外刚开始流行的高应变动测技术进行尝试。这些早期的探索与实践加速了动测技术的推广普及。 20世纪80年代开始，以波动方程为基础的高应变法进入了快速发展期，但其检测仪器及其分析软件非常昂贵，功能和分析操作复杂。国内近十家单位相继从瑞典、美国引进了打桩分析仪PDA，其中少数单位同时引进了波形拟合软件CAPWAP。 此后几年间，几乎在国内所有用桩量大的地区均展开了高应变法（也包括各种低应变法）的适用性、可靠性研究，动测设备的软硬件研制也取得了长足发展。桩基检测概论桩基检测概论桩基检测技术是保证桩基质量的重要手段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；施工前的检测、

4、施工中的检测、施工后的检测；常规方法：常规方法：1 1、单桩竖向抗压静载试验；、单桩竖向抗压静载试验；2 2、单桩竖向抗拔静载试验；、单桩竖向抗拔静载试验；3 3、单桩水平静载试验；、单桩水平静载试验；4 4、钻芯法；、钻芯法； 7 7、动力触探法；、动力触探法； 5 5、高应变动测；、高应变动测； 8 8、声波透射法；、声波透射法；6 6、低应变动测；、低应变动测；静荷载试验法静荷载试验法w 基本原理及检测目的 桩基静荷载试验法是指在桩顶施加荷载，了解在荷载施加过程中桩土间的作用，最后通过QS曲线（即沉降曲线）判别桩的施工质量及确定桩的承载力。w适用范围 （1）适用于检测单桩的竖向抗压承载力

5、。 （2）可将桩加载至破坏，为设计提供单桩承载力数据，作为设计依据。钻孔取芯法钻孔取芯法w基本原理及检测目的 钻孔取芯法主要是采用钻孔机对桩基进行抽芯取样，根据取出芯样，可对桩基的长度、混凝土强度、桩底沉渣厚度、持力层情况等作清楚的判断。w适用范围 钻孔取芯法适用于需要检测桩基长度、混凝土强度、桩底沉渣厚度、持力层情况等，在对嵌岩桩的检测中经常使用。w基本原理：基本原理：w 该方法是使用小锤敲击桩顶，通过粘结在桩顶的传感器接收来自桩身的应力波信号，采用应力波理论来研究桩土的动态响应，反演分析实测速度信号、频率信号，从而获得桩的完整性结论。 低应变动力检测低应变动力检测桩基低应变检测技术桩基低应

6、变检测技术w检测目的 (1) 检测桩身缺陷及扩颈位置。 (2) 判定桩身完整性类别。所谓完整性类别就是缺陷的程度，缺陷占桩截面多大比例，会不会影响桩身结构承载力的正常发挥。桩基动测实测曲线桩基动测实测曲线基本原理：基本原理： 用重锤冲击桩顶，用重锤冲击桩顶，使桩土产生足够的相对使桩土产生足够的相对位移，以充分激发桩周位移，以充分激发桩周土阻力和桩端支承力，土阻力和桩端支承力，通过安装在桩顶以下桩通过安装在桩顶以下桩身两侧的力和加速度传身两侧的力和加速度传感器接收桩的应力波信感器接收桩的应力波信号，应用应力波理论分号，应用应力波理论分析处理力和速度时程曲析处理力和速度时程曲线，从而判定桩的承载线

7、，从而判定桩的承载力和评价桩身质量完整力和评价桩身质量完整性性. . 高应变动力检测高应变动力检测如图采用美国如图采用美国PDIPDI公司公司PALPAL型基桩高应变动测仪检测桩基。型基桩高应变动测仪检测桩基。检测目的检测目的: :、判定单桩竖向承、判定单桩竖向承载力是否满足设计要求载力是否满足设计要求、检测桩身缺陷及、检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性位置，判定桩身完整性、分析桩侧和桩端、分析桩侧和桩端阻力阻力 超声波透射法w该方法是在结构混凝土声学检测技术的基础上发展起来的。尤其是近几十年桥梁建设和高层建筑的突飞猛进，超长大直径混凝土灌注桩的大量使用，为该方法的发展提供了广阔的空间。 超声

8、波透射检测超声波透射检测 基本原理：基本原理： 桩内预埋若干检测管作为检测通道，将发射装置桩内预埋若干检测管作为检测通道，将发射装置和接收探头置于声测管中，管内充满清水作为耦合剂和接收探头置于声测管中，管内充满清水作为耦合剂。 由脉冲信号发射器发射周期电脉冲，再由换能器由脉冲信号发射器发射周期电脉冲，再由换能器转化成超声脉冲，穿过待测桩体，再由接收器接收，转化成超声脉冲，穿过待测桩体，再由接收器接收， 转化成电脉冲。根据转化成电脉冲。根据声时声时 （混凝土测距间传播时间）、混凝土测距间传播时间）、声速、振幅、频率以及波形声速、振幅、频率以及波形等声学等声学参数，可以分析出混参数，可以分析出混凝

9、土内部缺陷的性质、大小凝土内部缺陷的性质、大小及位置。及位置。 特点特点 超声法检测灌注桩混凝土质量是近年来逐渐发超声法检测灌注桩混凝土质量是近年来逐渐发展起来的一种检测方法。它具有以下优点：展起来的一种检测方法。它具有以下优点： 1 1）检测细致，结果准确可靠；）检测细致，结果准确可靠；2 2）不受桩长桩）不受桩长桩径限制；径限制；3 3）无盲区声测管埋到什么部位就可检）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；测什么部位，包括桩顶低强区和桩底沉渣厚度；4 4）毋须桩顶露出地面即可检测，方便施工；）毋须桩顶露出地面即可检测，方便施工；5 5）可估算混凝土强度。可

10、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、特较高，但仍然得到广泛采用，特别是桥梁、特大型灌注桩的检测。大型灌注桩的检测。 JLJLTVTV数字超声电视数字超声电视 钻孔超声波自动连续扫描检测的国际领先设备钻孔超声波自动连续扫描检测的国际领先设备 （1 1）基桩成孔后，灌注混凝土之前，在）基桩成孔后，灌注混凝土之前，在桩内预埋若干根声测管作为声波发射和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。声测管的布置数量接收换能器的通道。声测管的布置数量和位置由桩径（和位置由桩径（D D）决定。）决定。检

11、测步骤D1000mm1000mmD2000mmD2000mm（2）用声波检测仪沿桩的纵轴）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，从而推断桩身陷的位置、程度，从而推断桩身混凝土的完整性。混凝土的完整性。超声波探测混凝土内部缺陷的原理超声波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

12、，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）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反射、散射与绕面上，超声波传播情况发生反射、散射与绕射。超声波经过缺陷后接收波声学参数将发射。超声波经过缺陷后接收波声学参数将发生如下变化：生如下变化： (1(1）空洞、松散等缺陷部位测得的声速要比）空洞、松散等缺陷部位测得的声速要比正常部位小正常部位小(2）接收波振幅的变化接收波振幅的变化w 由于缺

13、陷对声波的反射或吸收比正常混凝土大，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（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。也可以发现缺陷的存在。w 如果传播路径中遇到裂缝，由于裂缝对声波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波振幅将大大降低，振幅的变化可以较灵敏地发

14、现裂缝的存在。发现裂缝的存在。 (3)接收波波形的变化接收波波形的变化w当超声波通过混凝土内部缺陷时，由于混凝土的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连续性已被破坏，使超声波的传播路径复杂化，杂化，直达波、绕射波等各类波相继到达接收换能器，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。会造成波形的畸变。桩身缺陷判定w桩身缺陷应根据声速临界值，波幅临界值及PSD判据进行综合判定。先绘制声时深度曲线，再用相邻两测点斜率K和两个声时差值t的乘积，绘制 h-K*t

15、曲线（PSD判据）。w根据h-K*t曲线突变位置有缺陷的可能，初步判定缺陷位置，再根据声速深度曲线，波幅深度曲线及波形综合判定。工程实例分析w被检测桩为K8+ 940 处某桥梁桩基础1 号 3 号, 桩径1. 2 m。桩底标高- 27 m, C20 混凝土翻浆灌注, 钢管声测管采用三角形布置方式 （AB 剖面两声测管外壁距离75 cm, AC 剖面两声测管外壁距离78 cm, BC 剖面两声测管外壁距离80 cm）。 换能器采用压电陶瓷式径向换能器, 其长度约20 cm, 检测所用声波仪为RSMSY5 非金属声波仪。w通过检测数据的基本分析, 对桩的质量进行初步判断, 然后结合声时、声速和声幅

16、的不同判断方法进行桩身质量的综合判断。w判断方法: 当利用不同的判据得出各个测点的判据曲线均满足要求时, 则在该测点处桩身质量完好; 当利用声幅作为判据得出该测点处存在缺陷而利用声时、声速作为判据得出该处不存在缺陷时, 可认为该处不存在缺陷。造成这种现象的原因是用声幅作为判据时, 判据过于严格, 往往会出现重判现象。 当用不同的判据进行判断时, 若均出现异常情况, 则可断定该处存在缺陷。对于缺陷处应进行重复检测、分析和判断。分析判断：w利用声幅作为判据可以看出在桩身的各个剖面均存在一定程度的缺陷, 甚至个别测点处的缺陷还较为严重, 而利用声时结合声幅作为判据时, 可看出, 除了在A B 剖面的0 m 3. 2 m 左右的区域内存在缺陷外, 在其他部分桩身是基本完好的。w根据规范 要求, 该桩可判为二类桩。由现场钻芯取样并分析结果, 上述的判断是基本正确的, 因而该检测和分析方法是可行的, 可以在实际工程中应用推广。对基桩检测的几点建议w（1）对基桩检测的判定应综合分析各种条件、原因，单从曲线上获得数据是比较片面的，有时从曲线上不易判定。应综合各种分析方法，积