路桥工程检测技术 课件 灌注桩质量检测

钻孔灌注桩检测项目10

钻孔灌注桩检测10.1

成孔质量检测10.2

超声波检测10.3

低应变检测钻孔灌注桩检测导入混凝土钻孔灌注桩是桥梁及建筑结构物常用的基桩形式之一，这主要是由于桩能将上部结构的荷载传递到深层稳定的土层上去，从而大大减少基础沉降和建筑物的不均匀沉降，实践也证明它的确是一种极为有效、安全可靠的基础形式。钻孔灌注桩设计分类1、摩擦桩承载原理：主要考虑桩周土体摩擦承载。影响因素：桩周土层土质、设计桩长及桩径，桩底承载力一般仅考虑10%左右。2、端承桩承载原理：主要考虑桩底岩体支撑。影响因素：桩底岩层强度及嵌入深度、桩体自身强度、刚度。土基岩基摩擦桩嵌岩桩钻孔灌注桩施工工艺泥浆1.钻孔2.下钢筋笼3.灌注混凝土钢筋混凝土地基10.1成孔质量检测10.1成孔质量检测项 目允许偏差检测方法孔的中心位置（mm）群桩：100

；单排桩：50全站仪孔径（mm）不小于设计桩径钢筋笼检测伞形孔径仪检测声波法检测倾斜度（%）钻孔：小于1%；挖孔：小于0.5%孔深（m）摩擦桩：不小于设计规定；支承桩：比设计深度超深不小于50mm沉淀厚度（mm）摩擦桩：符合设计要求，当设计无要求时，对于直径≤1.5m的桩，小于等于200mm，对桩径＞1.5m或桩长＞40m或土质较差的桩，小于等于300mm；支承桩：不大于设计规定，设计未规定时，小于等于50mm垂球法电阻率法电容法清孔后泥浆指标相对密度：1.03~1.10；黏度：17~20Pa·s；含砂率：<2%；胶体率：>98%比重计、黏度计、含砂率计《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T

F50-2011）一、桩位偏差检查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/全站仪对纵、横方向进行量测。后视项 目允许偏差检测方法孔的中心位置（mm）群桩：100单排桩：50全站仪当桩群中设置有斜桩时，应以水平面的偏差值计算。二、孔径和垂直度检测基桩的垂直度，是衡量基桩能否有效地发挥作用的一个关键因素。检测方法有：钢筋笼、伞形孔径仪、声波法项 目允许偏差检测方法孔的中心位置（mm）群桩：100

；单排桩：50全站仪孔径（mm）不小于设计桩径钢筋笼伞形孔径仪声波法倾斜度（%）钻孔：小于1%；挖孔：小于0.5%孔深（m）摩擦桩：不小于设计规定；支承桩：比设计深度超深不小于50mm放大器测头记录仪二、孔径和垂直度检测-伞形孔径仪1、伞形孔径仪伞形孔径仪由测头、放大器和记录仪三部分组成。1-锁腿架；2-测腿；3-密封桶；4-电缆；5-电缆绞车；6-放大器；7-记录仪；8-桩孔；9

-测头二、孔径和垂直度检测-伞形孔径仪1、伞形孔径仪伞形孔径仪由测头、放大器和记录仪三部分组成。测头为机械式的构件，测头放入测孔之前，将四条腿合拢并用弹簧锁定，待测头放入孔底后，四条腿即自动张开。当测头缓缓上提时，在弹簧力作用下，四条腿端始终紧贴孔壁，随着孔壁凹凸不平状况相应张开和收拢，带动测头密封筒内的活塞上下移动，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，经信号设调放大器放大，并由记录仪记录，即可绘出孔径大小随孔深的变化情况。二、孔径和垂直度检测-超声波仪（1）测试原理把泥浆作为均匀介质，则超声波在泥浆介质中传播速度c是恒定的。若超声波的发射探测器至孔壁的距离为L，实测声波发射至接收的时间差为△t，则按下式计算。二、孔径和垂直度检测-超声波法（2）仪器设备超声波孔壁测试仪，一般由主机（由超声记录仪、声波发射和接收探头组成）、绕线器和绞车三大部分组成。在现场检测中，通过绞车将探测器自动放入孔内，并靠探测器自重保持测试探头处于铅垂位置。测试时，超声振荡器产生一定频率的电脉冲，经放大后由发射换能器转换为声波，并通过孔内泥浆向孔壁方向传播，由于泥浆与孔壁地层的声阻抗差异很大，声波到达孔壁后绝大部分被反射回来，经接收换能器接收。声波从发送到接收的时间，由计时门打开至关闭的时间差，即为声波在孔内泥浆中的传播时间三、孔径孔深检测-钢筋笼检孔器钻(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4-6倍外径的钢筋笼检孔器吊入钻孔内检测。四、孔底沉淀土厚度检查桩底沉淀土厚度的大小极大地影响桩端承载力的发挥，因此在施工过程中必须严格控制桩底的沉淀土厚度。根据《公路桥涵施工技术规范)(JTG

041—2011)规定，项 目允许偏差检测方法沉淀厚度（mm）摩擦桩：符合设计要求，当设计无要求时，对于直径≤1.5m的桩，小于等于200mm，对桩径＞1.5m或桩长＞40m或土质较差的桩，小于等于300mm；支承桩：不大于设计规定，设计未规定时，小于等于50mm垂球法电阻率法电容法测定沉淀土厚度的方法目前还不够成熟，下面介绍几种工程中常试用的方法。①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lkg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。四、孔底沉淀土厚度检查②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，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-h1)、(h3-h2)和(H-3)……。③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。四、孔底沉淀土厚度检查五、泥浆性能指标检测泥浆的三大功能：护壁、悬浮钻碴、润滑钻头五、泥浆性能指标检测泥浆三大指标1、相对密度γx

(density index)2、粘度η（friction

resistance）3、含砂率（sand

percentage）项 目允许偏差检测方法清孔后泥浆指标相对密度：1.03~1.10；黏度：17~20Pa·s；含砂率：<2%；胶体率：>98%比重计、黏度计、含砂率计1、相对密度检测相对密度：泥浆与4℃时同体积水的质量之比。泥浆的比重越大，对孔壁的静压力就越大，对孔壁的稳定越有利。泥浆比重的大小决定于泥浆中固相含量和固相的比重,其次与泥浆液中可溶性盐的数量有关。但是，比重过大的泥浆，其失水量亦大，孔壁泥皮增厚增加泥浆消耗，加大钻具磨损，加大清孔、灌注砼的难度，降低钻进速度。ρ=1.2ρ=1.01、相对密度检测1.主要仪器2.检测步骤①校正比重称：先在泥浆杯中装满清水，盖好杯盖，使多余清水从盖上小孔溢出，擦干泥浆杯周围的水珠，把游码移到刻度1（1-2），如水平泡位于中间，则仪器是准确的；如水平泡不在中间，则可在调重管内取出或加入重物来调整。位于中间）。游码左侧所示刻度即为泥浆比重。1、相对密度检测2.检测步骤②泥浆比重检测倒出清水，擦干，将待测泥浆注入杯中，盖好杯盖，让多余泥浆溢出，擦净泥浆杯周围的泥浆，移动游码使横梁成水平状态（水平泡位于中间）。游码左侧所示刻度即为泥浆比重。1、相对密度检测2、粘度检测粘度η：液体或混合液体运动时各分子或颗粒之间产生的内摩阻力（frictionresistance）。泥浆的粘度越大，悬浮钻渣的能力越强，护壁的能力也越强，泥浆产生的孔壁泥皮厚，孔壁稳定，但易“粘钻”，影响钻进速度，增加泥浆净化难度。一般地层泥浆粘度以16～22s为宜，松散宜塌地层以19～28s

为宜。2、粘度检测1、主要仪器粘度计2、粘度检测校正方法：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，测量泥浆时应校正。检测方法：用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，通过滤网滤去大砂砾后，将泥浆700mL均注入漏斗，然后使泥浆从漏斗流出，流满500mL量杯所需时间（s），即为所测泥浆的粘度。3、含砂率（%）

sandpercentage含砂率定义：泥浆内所含的砂和粘土颗粒的体积百分比。泥浆含砂率大时，会降低粘度，增加沉淀，容易磨损泥浆泵和水管摇头、钻锥等机具；停钻时易造成埋钻、卡钻事故。常采用LNH型泥浆含砂量测定器测量：泥浆中不能通过200

号筛网（相当于直径大于0.075mm）砂子体积的百分比为泥浆含砂率。3、含砂率（%）

sandpercentage1、主要仪器3、含砂率（%）

sandpercentage2、检测方法量测时，把调制好的泥浆50mL倒进含砂率计，然后再倒450mL清水，使总体积为500mL，将仪器口塞紧，摇动1min，使泥浆与水混合均匀，再将仪器竖直静放3min，仪器下端沉淀物的体积（由仪器上刻度读出）乘2即为含砂率（%）（有一种大型的含砂率计，容积1000mL。从刻度读出的数不乘2即为含砂率）。1.加泥浆100ml2.过滤砂3.用水将砂冲入砂率计4.加水250ml，3分钟后读数3、含砂率-测试步骤4、失水量失水量（mL/30min）和泥皮厚（mm）定义：泥浆在钻孔内受内外水头压力差的作用在一定时间内渗入地层的水量，以mL/30min为单位。失水率小的泥浆有利于护壁；失水率过大的泥浆形成孔壁泥皮过厚，使钻孔直径缩小甚至坍孔。ρ泥浆=1.2ρ水=1.04、失水量检测方法：（1）失水量检测：用一张120mm×120mm的滤纸，置于水平玻璃板上，中央画一个直径30mm的圆圈，将2mL的泥浆滴于圆圈中心，30min后，量算湿润圆圈的平均半径，减去泥浆坍平成为泥饼的平均半径（mm）即失水量。（2）泥皮厚检测：在滤纸上量出泥饼厚度（mm）即为泥皮厚。泥皮愈平坦、愈薄，则泥浆质量愈高，一般不宜厚于2～3mm。5、胶体率胶体率（colloid

percentage）（%）定义：泥浆静止后，其中呈悬浮状态的粘土颗粒与水分离的程度，以百分比表示。反映泥浆中土粒保持悬浮状态的性能

。检测方法：将100mL的泥浆放入干净的量杯中，用玻璃板盖上，静置24h后，量杯上部的泥浆可能澄清为透明的水，量杯底部可能有沉淀物。假如泥浆为41mL，则胶体率为41%。小结钻孔灌注桩检测项目10

钻孔灌注桩检测10.1

成孔质量检测10.2

超声波检测10.3

低应变检测钻孔灌注桩检测导入混凝土钻孔灌注桩是桥梁及建筑结构物常用的基桩形式之一，这主要是由于桩能将上部结构的荷载传递到深层稳定的土层上去，从而大大减少基础沉降和建筑物的不均匀沉降，实践也证明它的确是一种极为有效、安全可靠的基础形式。基桩完整性检测方法《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T

F81-01-2004）规定：•公路工程基桩应进行100%的完整性检测•重要工程的钻孔灌注桩应埋设声测管，检测的桩数不应少于50%。低应变检测频率：100%超声波检测频率：50%声波原理检测原理基桩深度计超声波仪声测管缺陷缺陷接收换能器发射换能器检测阴影图超声波检测原理：声波透射法一、声波分类分类传播方式介质纵波（P波）振动方向与波的传播方向一致固体、液体、气体横波（S波）振动方向与波的传播方向垂直固体表面波（R波）纵波和横波组合固体vP＞vS≈vR1、机械波按传播方式分为纵波、横波和表面波纵波横波表面波地震波波速vP=5.5~7km/svS≈vR=3.2~4.0km/svP＞vS≈vR一、声波分类当传播物体为桩、立柱等细长物体而P波波长较长时，其P波波速为1维速度：当传播物体为平板，而P波波长较长的场合，P波速度为2

维速度：当物体的3维尺寸大于P波波长时，P波的传播速度为3维速度应用：冲击弹性波反射波法检测基桩完整性锚杆长度检测护栏立柱检测应用：超声波超声波波检测基桩完整性（缺陷）超声波波检测混凝土强度纵波在不同的形状，传播速度不同：VP3＞

VP2

＞

VP1VP3＞

VP2

＞

VP1一、声波分类分类激振方式能量频率波长应用超声波压电材料小高短超声波测桩，超声波测混凝土结构强度和缺陷冲击弹性波击打大低长反射波测桩、锚杆长度、冲击弹性波检测结构缺陷等超声波与冲击弹性波区别

频率f ＝1/T，混凝土超声检测使用频率20~200kHz。一般是50kHz。振幅A 波动的幅度，表征波的强弱，以屏幕上波高度的毫米数、输出电压值或分贝（dB）表示。波长λ 声波波动一次所传播的距离。波速v 单位时间波传播的距离，m/s。砼纵波：vp1≈3500，

vp3

≈4500km/s二、波形参数测桩的4大声学参数声时s（波速v）振幅A频率f（周期T

）波形周期T 相位相同的相邻的波之间所经历的时间。f50

103

v

4500

9cmyAOAvxT/f/λ二、波形参数频率越高，波长越短，反射越多，分辨率越高，传播距离越短f50

103

v

4500

9cm缺陷尺寸大于波长缺陷尺寸远小于波长绕射和反射反射与透射绕射二、波形参数若混凝土内部有缺陷(空洞、蜂窝体)，则该处的声速将比正常部位低。当超声波穿过裂缝而传播时，所测得的声速也将比无裂缝处声速有所降低。1.声速：弹性模量越高，内部越是致密，其声速也越高，而混凝土的强度也与它的弹性模量、孔隙率(密实性)有密切关系，因此强度越高，其声速也越高发射换能器接收换能器二、波形参数2.波幅接收波振幅通常指首波，即第一个半波前半波的幅值，接收波的振幅与接收换能器处被测声压成正比，所以接收波振幅反映了接收到的声波的强弱。在发出的超声波强度一定的情况下，振幅值的大小反应了超声波在混凝土中衰减的情况。衰减大小，即振幅高低也能在一定程度反映混凝土的强度；对于内部有缺陷或裂缝的混凝土，缺陷、裂缝使超声波反射或绕射，振幅也将明显减小，因此，振幅值也是判断缺陷与裂缝的重要指标。首波缺陷尺寸大于波长缺陷尺寸远小于波长缺陷尺寸约等于波长反射与透射绕射二、波形参数3.频率含有各种频率成分的超声波在传播过程中，高频成分首先衰减(被吸收、散射)，因此，可以把混凝土看作是一种类似高频滤波器的介质。主频率下降的多少除与传播距离有关外，主要取决于混凝土本身的性质(质量、强度)和内部是否存在缺陷、裂缝等，因此，测量超声波通过混凝土后频率的变化可以判断混凝土质量和内部缺陷、裂缝等情况。缺陷尺寸大于波长缺陷尺寸远小于波长缺陷尺寸约等于波长绕射和反射反射与透射二、波形参数4.波形当超声波在传播过程中碰到混凝土内部缺陷裂缝或异物时，由于超声波的绕射、反射和传播路径的复杂化，直达波、反射波、绕射波等各类波相继达到接收换能器，它们的频率和相位各不相同，这些波的迭加会使波形畸变。鉴于波形的变化受各种因素的影响，目前对波形的研究只能做一般的观察、记录。通常的波形分析与研究大多集中在波形前部的纵波，而且最好是不受边界影响的直达纵波。三、特性阻抗Z声波在传播过程中，由一种介质到达另一种介质，在两种介质的分界面（界面）上，声波会发生方向和能量的变化：一部分声波被反射回到原来介质中，称为反射波；另一部分声波透过界面在另一种介质中继续传播，称为折射波。介质1介质2αβLαL’声波透过接口时，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。三、特性阻抗Z反射系数与透射系数的大小取决于两种介质的声学特性，具体来说取决于介质的特性阻抗Z。特性阻抗Z表征介质的声学特性，其值为介质的密度和波速的乘积，即Z=ρ×v介质1介质2αβLαL’1RTZ1=ρ1×v1Z2=ρ2×v2① R+T=1，符合能量守恒定律；② Z1=

Z2时，R=0，T=1，即当两种介质特性阻抗相等时，声波全部透过界面，无反射；③ 两种介质特性阻抗相差悬殊时（Z1>>

Z2或Z1<<

Z2），R→1，T→0，即声波能量在界面绝大部分被反射，难于进入第二种介质。2（Z2

Z1）2R

（Z2

Z1）4

Z1Z

2（Z

2

Z1）2T

单一的平面界面1RTZ1=ρ1×v1Z2=ρ2×v2当声波在一种介质中传播时，有时会遇到第二种介质的薄层，如混凝土裂缝(1)裂隙越细，透射率越大，反射率越小；(2)裂隙充满空气时的透射率比充满水时小得多；(3)声频率越向高频，反射率越大：为了发现混凝土中细微的裂缝需提高反射率，这就希望以较高频率的超声波进行检测异质薄层的反射与透射三、特性阻抗Z项目材料杨氏弹性模量（104MPa）泊松比σ密 度（g/cm3）声速（m/s）特性阻抗ρv(104g/cm2.s)vPvS钢21.00.297.859403220470玻璃7.00.252.558003350129陶瓷5.90.232.453003100130混凝土3.00.282.445002756108石灰石7.20.312.761303200166淡水

20℃——0.998148114.8空气20

℃——0.00123430.004三、特性阻抗Z？为什么换能器和被测体之间需要耦合介质（黄油、水等）？超声波为什么可以探测裂缝！钢、混凝土一类固体介质特性阻抗较大，液体一类介质次之，空气的特性阻抗最小，因此，在空气与固体介质界面上，声波很难通过，绝大部分被反射。2（Z2

Z1）2R

（Z2

Z1）4

Z1Z

2（Z

2

Z1）2T

四、波的衰减声波在介质中传播过程中，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。声波衰减的大小决于：超声频率、传播距离、被检测材料的内部结构及性能。衰减分为：吸收衰减、散射衰减

、扩散衰减缺陷尺寸大于波长缺陷尺寸远小于波长缺陷尺寸约等于波长绕射和反射反射与透射绕射频率波长衰减传播距离精度高频短快短高低频长慢远低五、脉冲波脉冲超声波是复频波

由许多不同频率的余弦波组成。其固有的主频率就是换能器上的标称频率。频漂 由于声波的衰减与频率有关，频率越高,衰减越大，脉冲超声波传播时由于衰减将引起主频率向低频侧的漂移。发射换能器发出的超声波不是连续不断的，而是以一定重复频率(100Hz或50Hz)间断地发射出一组组超声脉冲波。脉冲频率50Hz声波频率频率不等标称频率50kHz声波原理-小结钻孔灌注桩检测项目10

钻孔灌注桩检测10.1

成孔质量检测10.2

超声波检测10.3

低应变检测钻孔灌注桩检测导入混凝土钻孔灌注桩是桥梁及建筑结构物常用的基桩形式之一，这主要是由于桩能将上部结构的荷载传递到深层稳定的土层上去，从而大大减少基础沉降和建筑物的不均匀沉降，实践也证明它的确是一种极为有效、安全可靠的基础形式。基桩完整性检测方法《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T

F81-01-2004）规定：•公路工程基桩应进行100%的完整性检测•重要工程的钻孔灌注桩应埋设声测管，检测的桩数不应少于50%。低应变检测频率：100%超声波检测频率：50%基桩完整性检测方法（1）低应变反射波法具有仪器轻便、操作简单、检测速度快、成本低等特点，可检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性类别，但检测深度有限，在桩基工程质量普查中应用较广。（2）声波透射法需预埋声测管，测试操作较复杂，可检测灌注桩桩身缺陷及其位置，较可靠地判定桩身完整性类别。经上述两种方法检测后，对桩身缺陷仍存在疑虑时，可用钻芯法进行验证。（3）钻芯法使用设备笨重、操作复杂、成本高，但检验成果直观可靠。它可以检测桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度，鉴别桩底岩土性状，准确地判定桩身完整性类别。（4）高应变法：常用于建筑基桩。10.2

超声波检测一、检测原理检测原理：声波透射法在预埋声测管之间发射并接收声波，通过实测声波在混凝土介质中的传播时间、频率和波幅衰减、波形崎变等声学参数的变化，对桩身完整性进行检测的方法。基桩深度计超声波仪声测管缺陷缺陷接收换能器发射换能器检测阴影图一、检测原理检测依据：发射换能器发射超声波，如果混凝土中有缺陷或裂缝，则波形参数有以下变化声时s：强度变低，声时延长振幅A：波被反射，振幅变小频率f：高频被吸收，频率偏低波形：波的迭加会使波形畸变发射换能器接收换能器yAOAvxT/f/λ二、仪器设备主要设备超声波仪换能器深度计深度计超声波仪换能器绕线轮1、超声波仪模拟式超声仪是将接收放大后的信号（模拟信号）直接送到显示系统，以示波器直接显示。模拟式超声波仪数字式超声波仪接收信号被转化为数字量，便于对信号（包括测试结果和整个波形）的存储、重现和分析、自动判读1、超声波仪数字式超声仪技术要求①接收放大器的频带宽度为5～200kHz，其下限不宜降低，否则不利于滤去因换能器绝缘性能降低而产生的低频信号，造成自动判读时丢波和错判现象。增益不应小于100dB，放大器的噪声有效值不大于2μV；波幅测量范围不小于80dB，测量误差小于1dB；②声时显示范围应大于2000μs，精度优于0.5μs，计时误差不应大于2％；③采集器模-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。多跨孔全自动超声波仪通过手工或步进电机驱动同步提升发射和接收换能器，仪器每隔一定间距自动采集信号，读取声学参数，自动保存波形及参数。最多可一次检测4个声测管。优点：效率高，定位准确。多跨孔全自动超声波仪换能器应用超声波检测混凝土，首先要解决超声波的产生和接收，再进行测量。采用换能器产生和接收超声波。发射换能器

电能→超声波。接收换能器

超声能量→电量。2、换能器发 接射 收换

换能 能器 器换能器横波换能器表面波换能器纵波换能器径向换能器平面换能器普通平面换能器夹心式平面换能器弯曲式平面换能器宽带平面换能器增压式径向换能器圆环式径向换能器一发双收换能器换能器种类换能器种类平面换能器幅射面是平面，发收平面波，用在结构表面上的测量，以黄油等膏体作耦合剂径向换能器利用压电体的径向振动，发收柱面波，用在钻孔和管中测量，通常以水作耦合剂径向振动换能器技术指标①径向水平面无指向性。②谐振频率宜大于25kHz。③在lMPa水压下能正常工作。④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（导线外皮材料为树脂，长时间使用会收缩，现大多数仪器可用深度计对导线长度进行标定）。⑤接收换能器宜带有前置放大器，频带宽度宜为5～60kHz。（一般是50kHz）⑥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。发 接射

收换 换能 能器 器3.双向深度计数滑轮深度计为计数滑轮，内置角度传感器。滑轮半径为r，则导线绕滑轮转动弧长l=r×θ，当导线提升或下降一定高度（一般设定为10cm或20cm）时，超声波仪自动采集波速和振幅等数据，以及相应的深度位置。计数轮三角架

换能器导线输出导线基桩深度计 超声波仪声测管检测阴影图检测流程声测管安装声测管灌水声测管编号声时修正记录信息仪器准备现场检测声速管距修正缺陷分析基桩准备现场检测结果分析完整性判别声波透射法：在预埋声测管之间发射并接收声波，通过实测声波在混凝土介质中的传播时间、频率和波幅衰减、波形畸变等声学参数的变化，对桩身完整性进行检测的方法。三、声测管埋设基桩深度计 超声波仪声测管缺陷缺陷接收换能器发射换能器检测阴影图（1）材料及尺寸声测管材料要求有足够的机械强度，保证在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。焊接钢管（有缝钢管）刚度大，便于安装，声阻抗大，又可代替部分钢筋，是最合适的声测管材料。基桩深度（m）声测管壁厚（mm）基桩深度（m）声测管壁厚（mm）<50≥1.070～90≥1.550～70≥1.290～120≥1.8三、声测管埋设焊接钢管螺纹连结三、声测管埋设-声测管的连结焊接连接钳压式连接焊接连接套筒套筒焊接用电焊将套筒与声测管上下两端焊接起来。注意：不能对焊，防止有焊瘤卡换能器，保证不漏水，又不要将声测管焊穿。三、声测管埋设-声测管数量及布置D≤

1500mm3管*3个测面D>1500mm4管*6个测面《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T

F81-01-2004）规定：三、声测管埋设-基本要求声测管的埋设应符合下列规定1当桩径不大于1500mm时，应埋设三根管;

当桩径大于1500mm时，应埋设四根管。2声测管宜采用金属管，其内径应比换能器外径大15mm，管的连接宜采用螺纹连接，且不漏水。3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。4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。123桩主筋架立钢筋声测管1检测前准备2现场检测3数据分析四、现场检测-流程检测前的准备应符合下列规定：1）

被检桩的混凝土龄期应大于14d；2）声测管内应灌满清水，且保证通畅；3）标定超声波检测仪发射至接收的系统延迟时间t0；4）准确量测声测管的内、外径和两相邻声测管外壁间的距离，量测精度为±1mm；5）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。四、现场检测四、现场检测-声测管灌水项目材料密 度（g/cm3）声速（m/s）vP钢7.85940混凝土2.44500淡水

20℃0.9981481空气20

℃0.00123432 1（Z

Z

）22R

（Z2

Z1）4

Z1Z

2（Z

2

Z1）2T

1、声测管灌水① 注意所有声测管管口高程应一致。正式检测前，建议用通孔器在每个声测管中试走一遍，以确保声测管畅通。② 即使声测管在浇注混凝土时已灌满水，水也会出现一些损耗，检测前需要补水。③ 采用水泵灌水，由于充水很快，有时候空气来不及排出，虽然管口已冒水但实际上声测管并未充满水。因此采用水泵灌水，应提前灌水并静置一段时间，或者使用通孔器或换能器在声测管中预先走1遍，待管中空气排出后再补水。四、现场检测1、声测管灌水四、现场检测ABCD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。若埋设4根声测管先检测对角在线的两个剖面AC、BD，是因为这两个剖面通过桩中心，首先检测后就可大体了解桩身质量，如果这两个剖面未发现异常，则该桩不会出现大的问题。2、声测管编号3、声时修正t

ti

t0

tw

tt由超声仪测得的声时ti，除包括在混凝土中的传播时间t外，还包括系统延迟时间t0、超声波在管壁tw、管内水中的传播时间tt。因此应进行声时修正，将这三个时间（有些规范或超声仪生产厂家将这三个时间统称为零声时或声时初读数）减去，得到超声波在混凝土中实际的传播时间。四、现场检测 d

d

`水 钢管 l 测量间距

D

换能器测量间距tt+tw+tt0系统延迟时间t

取决于超声仪、换能器、电缆，0三者确定后，t就是一个定值，t包括以下三部分

。0电延迟时间电声转换时间声延迟时间四、现场检测-声时修正l1

(t1)l2

(t2)长短测距法直接相对法t0的标定方法有线性回归法：精度较高长短测距法，精度能满足测桩要求直接相对法：工地上常用线性回归法①t0的标定②tw测定t

ti

t0

tw

tt四、现场检测-声时修正 d

d

`水 钢管 l 测量间距

D

换能器vwd

d

tw

vw=1483m/s水的时间=管内径−换能器直径水的波速四、现场检测-声时修正③tt测定

v

t

D

d

tvt=5800m/s铁的时间=管外径−管内径铁的波速t

ti

t0

tw

tt d

d

`水 钢管 l 测量间距

D

换能器④管距ltwt

t

t

t

ti

0vi

l t四、现场检测-声时修正

D d

d

`钢管水换能器l测量间距声时修正可以在检测时扣除，也可以在分析时扣除。检测前，在超声仪接口上提示输入零声时的框内输入三个时间的和，超声仪将在声时测值中自动减去该值，最后显示或存储的声时值就是在混凝土中的实际传播时间。如果检测时未进行修正，则可以在室内分析时扣除该修正值。 d

d

`水 钢管 l 测量间距

D

换能器四、现场检测-声时修正四、现场检测-记录信息4、记录信息测量桩顶标高和桩长基准标高基准标高指基准点的高程，以此作为检测时的相对零点。基准点可选择声测管管口。现在有很多仪器厂家将滑轮置于管口，换能器电缆经由滑轮上下移动，移动方便还可以避免管口磨损电缆，管口加装滑轮后应以滑轮顶部作为基准点。设计标高基准标高桩底标高5、刻度标定手动测桩仪管底以及声侧剖面底部及顶部读尺由电缆上的刻度读数，而自动测桩仪由提升装置自动记录换能器深度位置。自动测桩仪提升装置在出厂时进行过标定，仪器上显示的深度和电缆提升的高度是相同的，设备使用一段时间，更换部分设备，或者环境温度变化较大时，二者会有一定误差，就需要标定。自动测桩仪提升装置的距离标定方法如下：将信号电缆线提升一定高度（比如50m），计算超声仪上显示的高度差，把两个数据输入超声仪内，仪器自动完成标定。四、现场检测-记录信息6、仪器准备深度计超声波仪换能器绕线轮其它：钢卷尺卡尺水桶等四、现场检测-仪器准备（1）仪器界面四、现场检测-仪器准备（2）仪器界面四、现场检测-仪器准备延迟时间约占1/3首波波幅大于判读线四、现场检测-仪器准备（2）仪器界面四、现场检测-仪器准备（3）参数设置采样间隔一般设置为0.4μs，大直径桩可适当增加声波发射电压应保持不变，小直径桩可设为500V，大直径桩可设为1000V测点间距不宜大于250mm。若采用自动测桩仪，测点间距一般设为100mm。其它：桩长、桩径、砼标号等。1、换能器放置到桩底。2、自动采样，间隔：0.1或0.2m。3、缓慢提升，注意首波显示。自动测桩仪在电缆提升过程中，为防止电缆线打滑、跑偏，保证两根电缆同步上升，采用双压轮或类似设计，因此必须从下往上检测。从下往上检测的优点是可以保证检测的连续性。四、现场检测-正常测试四、现场检测-缺陷测试若混凝土质量较均匀，无异常，则测值变化不大，测试过程中不需要干预。若在测试过程中遇到异常，则声时会变大，仪器屏幕上的波形会向右移动，波幅变小，软件自动找首波出现困难。这时应放慢提升速度必要时停止提升；应加大延迟时间，使得波形往左移动；应放大波形信号，以便软件能自动找寻到首波，必要时手动游标确定首波。正常波形缺陷波形首波大于判读线AB（1）局部加密对测S=100mm（2）A高B低斜测S=100mm（3）A低B高斜测S=100mm2、现场缺陷测试四、现场检测-缺陷测试S=100mm扇形扫测示意图H（3）扇形扫测当某一根声测管的管底有一小段（2～3m以内）出现堵塞，该检测剖面的检测范围是从堵管高程H至桩顶。为大致了解堵管以下的桩身混凝土质量，可以将一只换能器置于堵管处，另一只以堵管高程H为对称轴作扇形扫测，对相同传播距离的测线进行比较。实际检测中较少使用。四、现场检测-缺陷测试t

ti

t0

tw

tt

vi

l

/

t系统延迟时间t0、超声波在管壁中的传播时间tt、超声波在管内水中的传播时间tw后，按下式修正声时：（1）声速修正五、数据分析-修正 d

d

`钢管水 l 测量间距

D

换能器五、数据分析（2）管距修正测桩时，在桩顶测量两根声测管之间的净距离，作为整个声测剖面所有测点的管距。如果两根声测管不平行，局部出现偏斜，则超声波在混凝土中的传播距离与桩顶测量的管距是不同的，由此计算的声速就会偏大或偏小，按概率法来判断缺陷就失去了基础。l0lit

ti

t0

tw

tt

vi

l

/

t3.缺陷分析方法3、缺陷分析方法可归结为三个层次•异常测点判断•异常范围判断•异常程度判断（1）异常测点判断异常测点的判断可以采用概率法波幅判据，并辅以PSD判据。①声速临界值计算vl=vm-2s=109.9+2×1.71=113.3假设t16、……t20可疑，对t1

～t15统计：n=15，t=109.9，

t

=1.71，tD

t

2

tt15<tD说明t15为正常值。同样计算得到t16也为正常值。（1）异常测点判断-①概率法ci

1cii

1i

t

t

tz

zK

tci

tci

1PSD：声参数-深度曲线相邻两点之间的斜率与差值之积。PSD

K

tz(cm)tc(us)PSD101770201750301803401790502606566025537023063801802509018101001810

2

656(260－179)

(260－179)50－40＝ci

1cizi

zi

1

t

t（1）异常测点判断-②PSD判据（2）异常范围判断—阴影重叠法阴影重叠法原理BAC

将所有相交的缺陷阴影区进行叠加，其交叉重叠所围成的区域，称为缺陷阴影区，即为缺陷的范围。阴影重叠法实际缺陷正常测线缺陷阴影检测缺陷范围abdch异常测线 f声测管周围局部缺陷gei（2）缺陷区域判断——阴影重叠法阴影重叠法声测管之间局部缺陷efabijklcdgh（2）缺陷区域判断——阴影重叠法阴影重叠法缩颈缺陷hfbgjidclkea（2）缺陷区域判断——阴影重叠法阴影重叠法-11.5-12.5-13.5-14.5A管

B管

C管A管J 缺陷轮廓缺陷区-13.00-13.25分析实例阴影重叠法（2）缺陷区域判断——阴影重叠法（3）异常程度判断-超声波CT超声波CTCT技术是指在不破坏物体结构的前提下，根据在物体周边所获得的波速一维投影数据，通过计算机数学运算处理，重建物体特定层面上的二维图像，并依据一系列二维图像重构该物体的三维图像五、数据分析-判定原则类别特征（表10.4.7）特征（表3.5.1）Ⅰ各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常桩身完整Ⅱ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桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥Ⅲ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限值异常桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响Ⅳ某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现明显异常；两个或两个以上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。桩身存在严重缺陷正常数据六、案例分析丢波，重找首波六、案例分析PSD异常丢波，重找首波六、案例分析重设首波后，波速基本正常，确定为无缺陷但是波幅还有些异常异常数据：波形放大，找首波，然后判断缺陷六、案例分析重调首波后，PSD仍然异常，确定为缺陷六、案例分析打印输出七、检测报告（1）委托方名称，工程名称、地点，建设、勘察、设计、监理和施工单位，基础、结构类型，设计要求，检测目的，检测依据，检测数量，检测日期；（2）地质条件描述；（3）受检桩的桩号、桩位和相关施工记录；（4）检测方法，检测仪器设备，检测过程叙述；（5）受检桩检测数据，实测与计算分析曲线、表格和汇总结果；（6）与检测内容相应的检测结论；七、检测报告小结低应变检测基桩完整性检测基桩完整性3.现场检测1.基本原理2.仪器设备低应变反射波法4.数据分析与判定低应变反射波法检测基桩完整性导入公路桥一般采用桩基础，由钻孔灌注桩和承台组成。导入泥浆1.钻孔2.下钢筋笼3.灌注混凝土钢筋混凝土钻孔灌注桩施工工艺地基缺陷类型导入检测频率：100%检测频率：50%2.基桩完整性检测方法(1)低应变反射波法(简称小应变)(2)声波透射法

(简称超声波法)(3)钻芯法：验证1.检测规范《公路工程基桩动测技术规程》JTG/TF81-01-2004基本原理检测方法类型物体形状波长频率能量传播距离低应变弹性反射波一维杆长低大远超声波超声透射波无限大短高小近低应变反射波与超声波均为机械波，纵波。超声波低应变基本原理一维杆Z3Z1Z2Z

EA/

c

cAZ--桩的广义波阻抗（N·s/m）,c--桩的弹性波速度（m/s），E--桩的弹性模量（N/m2），ρ--桩的质量密度（kg/m3)

，ρc--桩的波特性阻抗或波阻抗率（kg/m2·s）。A—杆件的面积（m2)低应变理论：一维波动理论线弹性桩-桩的长度远大于直径且入射波波长λ大于桩的直径桩阻抗是其横截面积、材料密度和弹性模量的函数：基本原理一维杆Z3Z1Z2在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，此波以波速c沿桩向下传播。截面的Z(ρ,c,A)任何变化都使部分入射波产生反射。桩阻抗是其横截面积、材料密度和弹性模量的函数：Z

EA/

c

cA基本原理Z

EA

/c

cA假设桩中某处阻抗发生变化，当应力波从介质I(阻抗为Z1)进入介质II(阻抗为Z2)时，将产生速度反射波和速度透射波。令：2 1桩身质量完整性系数β=Z/Z

；反射系数为a；𝑅𝛼

= =𝑇 𝑣2𝑇𝑣2𝑅

𝑍2𝑣2𝑅=𝑍

𝑣2

2𝑇122 1𝑍1

−

𝑍2 1−

𝑍2Τ𝑍1 1−

𝛽= = =𝑍 +

𝑍 1+

𝑍

Τ𝑍 1+

𝛽①若β=1，Z1=Z2时，α=0说明界面无阻抗差异，即没有反射波。②若β<1，Z1>Z2时，α>0说明界面阻抗变小，出现与入射波同相的反射波。③若β>1，Z1<Z2时，α<0说明界面阻抗变大，出现与入射波反相的反射波。Z1

Z2

Z3入射波反射波At检测仪器与设备主要仪器设备1.信号采集及处理仪2.传感器3.激振设备检测仪器与设备1.信号采集及处理仪（1）数据采集装置的模-数转换器不得低于12bit。（2）采样间隔宜为10～500μs,可调。（3）单通道采样点不少于1024点。（4）放大器增益宜大于60dB，可调，线性度良好，其频响范围应满足5Hz～5kHz。检测仪器与设备2.

传感器（1）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。（2）加速度传感器的电压灵敏度应大于100mV/g，电荷灵敏度应大于20PC/G，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。（3）速度传感器的固有谐振频率不应大于30Hz，灵敏度应大于200mV/cm·s-1，上限频率不应小于1.5kHz，安装谐振频率不应小于1.5kHz。检测仪器与设备3.激振设备--金属锤、尼龙锤、橡胶锤①锤激能量。其大小取决于锤的质量和下落速度。对大直径长桩，应选择质量大的锤或力棒，以产生主频率低、能量大的激励信号，获得较清晰的桩底反射信号，但这时桩身的微小缺陷会被掩盖。②锤头材料。锤头材料硬，产生的高频脉冲波有利于提高桩身缺陷的分辨率，但高频信号衰减快，不容易探测桩身深部缺陷；锤头材料软，产生的低频脉冲波，衰减慢，有利于获得桩底反射信号，但降低了桩身缺陷的分辨率。③脉冲宽度。小钢锤的脉冲宽度约为0.6ms，尼龙锤约为2.0ms，橡皮锤约为4.0ms。激振脉冲宽度大，有利于探测桩身的深部缺陷，但波长大于缺陷尺寸时，由于波的绕射作用，桩身内的小缺陷不容易识别，从而降低了分辨率；激振力脉冲宽度小，应力波频率高，波长短，有利于对桩身小缺陷的分辨率，但在桩浅部不能满足一维弹性杆件的平截面假定条件，会出现接收信号波形畸变。现场检测-检测流程1.准备工作测量桩径仪器安装参数设置2.传感器安装3.激振4.采样现场检测1.检测前准备工作（1）现场调查，搜集资料：工程地质、基桩设计图纸和施工记录、监理日志等，了解施工工艺及施工过程中出现的异常情况，明确被检测桩号。（2）选择与安装仪器：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。（3）磨平激振点与测点：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。（4）测量并记录桩顶截面尺寸。（5）检测时间：混凝土灌注桩的检测宜在成桩14d以后进行。（6）参数设置：采样频率f：0.5~2000采样点数N：1024桩径，桩长等现场检测-2．传感器安装（1）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。（2）对混凝土灌注桩，传感器宜安装在距桩中心1/2～2/3半径处，且距离桩的主筋不宜小于50mm。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。现场检测-3.激振（1）混凝土灌注桩、混凝土预制桩的激振点宜在桩顶中心部位；（2）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。（3）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。现场检测4.采样（1）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。（2）信号幅值适度，波形光滑，无毛刺、振荡出现，信号曲线最终归零。（3）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干扰因素，重新检测。数据分析与判定缺陷位置分析时域分析频域分析缺陷类型分析基桩完整性判定缩径、扩径、蜂窝夹泥、断桩沉渣、桩长、强度等Company

LogoⅠ类、Ⅱ类、Ⅲ类、Ⅳ类数据分析与判定-缺陷位置分析1.时域分析（1）确定混凝土波速c桩身波速平均值的确定当桩长已知、桩底反射信号明确时，选用相同条件下（地质条件、设计桩型、成桩工艺相同）不少于5根I类桩的桩身波速平均值。混凝土强度(Mpa)C15C20C25C30C35C40波速范围(km/h)2500~45003000~35003500~38003700~40003900~42004100~4500特征波速(km/h)280032003650395041004300数据分析与判定-缺陷