铁路桥梁与隧道检测课件：下部结构专项检测

铁路桥梁与隧道检测下部结构专项检测基桩成孔质量检测桩身完整性检测基桩质量检测基本规定概述5现役基桩（有承台）检测3412目录Contents学习指南本章主要介绍铁路桥梁检测下部结构的检测项目，介绍了基桩的定义、功能特点及分类，对基桩成孔质量及桩身完整性检测技术进行了详细阐述。在学习过程中，需要了解基桩的定义和分类，铁路基桩质量检测的基本规定，以及基桩检测及评定要求。正确认识基桩成孔质量的集中检测方法，掌握其检测原理及评定，学习时注意加强理论与实践的结合。1概述桩基、基桩的概念及功能与特点基桩的分类桩基、基桩的概念桩是深入土层中的柱型构件，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。也有一个单桩独立作为基础的，如单桩单柱形式的桩基。构成桩基的每根单桩称为基桩。

桩基础示意图功能与特点功能：荷载传递。在不能支承扩大基础的软弱地基上，可以将上部结构的荷载，穿过较软弱的地层或水域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。特点：桩基作为建筑结构物基础的一种形式，与其他基础相比，具有很突出的特点：①适应性强；②具有良好的荷载传递性，可控制构筑物沉降；③承载能力大；④抗震性能好；⑤施工机械化程度高；⑥应用较广泛，但属于隐蔽工程，施工质量控制、检测比较困难。基桩的分类基桩分类，根据不同目的可以有不同的分类方法：①按成桩方法分类：预制桩、灌注桩。②按成桩时对地基土的影响程度分类：挤土桩、部分挤土桩、非挤上桩。③按功能分类：承受轴向压力的桩、承受轴向拔力的桩、承受横向荷载的桩。④按桩材分类：木桩、钢筋混凝土桩、钢桩和组合桩。

2基桩质量检测基本规定一般规定检测结果评定(1)铁路工程基桩检测应按《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2019称《规程》）规定进行。(2)铁路工程基桩检测应根据检测目的合理地选择检测方法。(3)基桩完整性及承载力检测应在桩顶设计标高位置进行。(4)基桩检测开始时间应符合下列规定：①当采用低应变法或声波透射法检测时，受检桩桩身混凝土强度不得低于设计强度的70％且桩身强度应不低于15MPa。②单桩静载试验与高应变法检测前除桩身混凝土强度应达到设计强度外，桩侧和桩端土的间歇时间尚应满足：对打入桩，砂土7d粉土10d非饱和黏性土15d饱和黏性士25d；对于泥浆护壁混凝土灌注桩，宜较上述规定适当延长间歇时间。③基桩完整性及承载力检测数量应符合铁路工程设计和相关验收标准的要求。④

当对检测结果有怀疑或有争议时，可进行验证检测。⑤

当检测结果不满足设计要求时，应进行扩大抽检。一般规定检测结果评定桩身完整性分类按下表规定：桩身完整性类别分类原则I类桩桩身完整II类桩桩身存在轻微缺陷III类桩桩身存在明显缺陷IV类桩桩身存在严重缺陷桩身完整性类别表

I类、II类桩为合格桩；III类桩需由建设方与设计方等单位研究，以确定修补方案或继续使用；IV类桩为不合格桩。3基桩成孔质量检测泥浆性能指标检测成孔质量检测

基桩的岩土地层钻孔过程中，一般都要采取护壁措施。泥浆作为钻探的冲洗液,除起护壁作用外，还具有携带岩土、冷却钻头、堵漏等功能,泥浆性能的好坏直接影响钻进效率和生产安全。钻孔泥浆一般由水、黏土(或膨润土)和添加剂按适当配合比配制而成。

泥浆性能指标应符合下列规定：①比重：泥浆性能指标检测钻孔方式比重规定正循环旋转钻机、冲击钻使用管形钻头钻孔入孔泥浆比重可为11～13冲击钻机使用实心钻头黏土、粉土不宜大于1.3大漂石、卵石层不宜大于1.4岩石不宜大于1.2反循环旋转钻机入孔泥浆比重可为105～ll5比重性能指标一览表②黏度：入孔泥浆黏度，一般地层为18-22s；松散易坰地层为19-28s。③含砂率：新制泥浆不大于4%。④胶体率：不小千95%。⑤pH值：应大千6.5。

泥浆性能指标检测2.3基于物联网设备的数据采集

桩位偏差是指成桩后的位置与设计位置的差距。桩位应在基桩施工前按设计桩位平面图放样桩的中心位置,但由于施工中测量放线不准、护筒埋设有偏差、钻机对位不正、钻孔偏斜、钢筋笼下孔偏差等因素,成桩后导致桩位与设计位置偏离。如桩位偏离超过设计允许范围，桩的受力状况发生变化，将导致桩的承载力和可靠性降低、工程造价增加、工期延误等。因此，成桩后要对实际桩位进行复测，用精密经纬仪或红外测距仪测量桩的中心位置，看其是否满足设计规定和相应规范、标准对桩位中心位置的偏差要求。成孔质量检测桩位偏差测量钻孔倾斜度检测

在灌注桩的施工过程中，能否确保基桩的倾斜度，是衡量基桩能否有效地发挥作用的一个关键因素。一般对于竖直桩，其倾斜度允许偏差范围在50～200mm,或是桩长的0.5%～1%。钻孔倾斜度的检查可采用右图所示的简易方法。成孔质量检测钻孔倾斜度检测（1）钢筋笼检孔器测量孔径

1）钢筋笼检测钢筋笼式检孔器是一种简便的检测工具，其制作简单、检测方便、应用广泛。钢筋笼式检孔器检测孔径如图（1）所示。钢筋笼检孔器测量孔的垂直度见如图（2）所示。目前有钢筋笼检测、伞形孔径仪检测、声波法检测三种方法,它们大多可同时检测孔径和垂直度。成孔质量检测桩的孔径和垂直度检测（2）钢筋笼检孔器测量孔的垂直度2）伞形孔径仪检测

伞形孔径仪由测头、设调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。伞形孔径仪如右图所示。成孔质量检测桩的孔径和垂直度检测伞形孔径仪3）超声波法测孔径和垂直度

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，则按下式计算。

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。超声波测试原理如右图所示。成孔质量检测桩的孔径和垂直度检测超声波测试原理图

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沉淀土的厚度。对于摩擦桩清孔后,沉淀厚度应符合设计要求。当设计无要求时,对于直径小于或等于1.5m的桩，沉淀厚度小于或等于200mm；对于桩径大于1.5m或桩长大于40m或土质较差的桩，沉淀厚度小于或等于300mm；支承桩的沉淀厚度不大于设计规定值。

常用的测定桩底沉淀厚度检测方法有：1）垂球法：简易测定沉淀土厚度的方法。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。3）电容法：当金属两极间距和尺寸不变时，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。成孔质量检测桩底沉淀厚度检测4桩身完整性检测低应变法超声透射波法钻孔取芯法

在桩顶激振，产生应力波沿桩身传播，遇到不连续界面（如夹泥、断裂等缺陷）和桩底面（即波阻抗发生变化）时，将产生反射波，检测分析反射波的传播时间、幅值、相位和波形特征，对桩基的完整性给予评价。桩身各种性状以及桩底不同的支承条件，均可归纳成以下三种波阻抗变化类型：(1)当时，即桩身连续、无明显阻抗差异时。桩身无反射波信号，应力波全透射，表示桩身完整。（2）当

时，相当于桩身有缩径、离析、空洞及摩擦桩桩底的情况。（3）当<Z2时，相当于桩身扩径、膨胀或端承桩的情况。低应变法方法原理变化的机械阻抗面发生的反射和通过

《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2019）对传感器安装和激振操作应符合下列规定：①传感器应安装在桩顶面，传感器安装点及其附近不得有裂缝或浮动砂粒。传感器应与桩顶面保持垂直，且紧贴桩顶表面，在信号采集过程中不应产生滑移或松动。②对于实心桩，当激振点在桩顶中心时，传感器安装点与桩中心的距离宜为桩半径的2/3，如左图a所示；当激振点不在桩顶中心时，传感器安装点与激振点的距离不宜小于桩半径的1/2。③对于空心桩，激振点和传感器宜安装在桩壁厚1/2处，传感器安装点、锤击点与桩顶面圆心构成的平面夹角宜为,如图b所示。④激振点与传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。低应变法传感器安装图a实心桩不同桩径激振点和传感器安装点布置示意图图b空心桩不同桩径激振点和传感器安装点布置示意图低应变法判断标准《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2019）桩身完整性判定时域信号特征幅频信号特征完整性类别IIIIIIIV超声透射波法方法原理

超声透射法（又称声波透射法）是在预埋声测管的混凝土灌注桩中检测桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及其位置。它的特点是检测的范围可覆盖全桩长的各个检测剖面,检测全面细致，信息量大，成果准确可靠；现场操作不受场地、桩长、长径比的限制，操作简便,工作进度快。声波透射法以其鲜明的特点，成为混凝土灌注桩（尤其是大直径桩）桩身完整性检测的一个重要手段，在工程建设领域中得到了广泛应用。

声波透射法检测混凝土灌注桩有桩内单孔透射法和跨孔透射法两种。单孔透射法的声传播途径比跨孔法复杂得多，信号分析难度大，且有效检测范围约一个波长，故此法不常采用。主要介绍跨孔透射法。

跨孔法检测示意图超声透射波法声测管的埋设要求

(1)超桩身直径小于等于0.8m时,应埋设不少于2根管；桩身直径大于0.8m且小于等于1.6m时,应埋设不少于3根管；桩身直径大于1.6m时,应埋设不少于4根管；桩身直径大于2.5m时,宜增加声测管的埋设数量。(2)声测管应采用金属管，内径不应小于40mm，壁厚不应小于3.0mm。(3)声测管下端封闭、上端加盖，管内无异物，连接处应光滑过渡，不露水。管口应高出混凝土顶面100mm以上，且各声测管管口高度宜一致。(4)声测管应沿钢筋笼内侧布置，固定牢靠，保证浇筑混凝土后相互平行。(5)声测管以线路大里程方向的顶点为起始点，按顺时针旋转方向呈对称形状布置并进行编号，如下图。

声测管布置示意图超声透射波法测试方式

测试方式可分为三种方法，如右图所示。（1）对测（普查）：发射和接收换能器分别置于两声测管的同一高度，自下而上，将收发换能器以相同步向上提升，进行水平检测。

（2）斜测：让发射、接收换能器保持一定的高程差，在声测管中以相同步长，同步升降进行测试。（3）扇形测：一只换能器固定在某一高程不动，另一只逐步移动，测线呈扇形分布。

超声透射波法图a对测b斜测c扇形测超声透射波法判断标准

特征完整性类别各检测剖面的声学参数均无异常；或某一检测剖面个别测点的声学参数岀现轻微异常,且其他剖面声学参数均无异常I某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现轻微异常；或某一检测剖面个别测点的声学参数出现明显异常II某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现明显异常；或50%及以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现明显异常；或局部混凝土声速低于低限值III50%及以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现严重异常；或桩身混凝土声速普遍低于低限值或无法检测首波或声波接收信号严重畸变IV《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2019）桩身完整性判定钻探取芯法目的

(1)

检测桩身混凝土胶结状况,是否存在空洞、蜂窝、夹泥、断桩等缺陷，判定桩身完整性类别，从而分析研究产生质量的原因、程度及处理措施。(2)

检测混凝土灌注桩桩长，检验桩底沉渣是否满足设计要求，鉴别桩底持力层的岩土性状和厚度是否符合设计或规范要求。(3)

通过对混凝土芯样力学试验，评定桩身混凝土的强度。(4)

对施工中出现异常或因质量问题采取处理后的桩,通过钻探取芯，检验其成桩质量及对工程的影响程度：(5)

桩身存在缺陷的桩,可以利用钻孔进行压浆补强处理。钻探取芯法分析与判定

混凝土芯样特征完整性类别混凝土芯样连续、完整、表而光滑、胶结好、骨群分布均匀、呈长柱状、断口吻合.仅见少量气孔I混凝土芯样连续、完整、胶结较好、骨料分布基本均匀、呈柱状、断口基本吻合，局部见蜂窝、麻面、沟槽II大部分混凝土芯样胶結较好，无松散、夹泥、严重离析或分层现象,但有下列情况之一：①局部混凝土芯样破碎且破碎长度小于100mm；②骨料分布不均匀；③多呈短柱状或块状；④蜂窝、麻面、沟槽连续。III局部混凝土芯样破碎旦破碎长度大于100mm：①混凝土芯样任一段松散、夹泥、严重离析或分层；②钻进困难或无法钻进。IV《铁路工程基桩检测技术规程》（TB10218-2019）桩身完整性判定钻探取芯法分析与判定

1)

桩端持力层岩土性状应根据持力层芯样特征，结合岩石芯样单轴抗压强度检测值进行综合判定或鉴别；当持力层是强风化岩或土层时应结合动力触探或标准贯入试验结果,进行综合判定或鉴别。2)

因场地地层的复杂性和施工中的差异,成桩后的差异较大。为保证工程质量,应按单桩进行桩身完整性和混凝土强度评价。出现下列情况之一时，应判为该桩不满足设计要求：(1)

桩身完整性类别为IV类。(2)

受检桩混凝土芯样试件抗压强度代表值小于混凝土设计强度等级。(3)

桩长、桩底沉渣厚度不满足设计或规范要求。(4)

桩端持力层岩土性状(强度)或厚度未达到设计或规范要求。5现役基桩（有承台）检测测试意义方法和原理研究及现状推荐方法测试意义

桩基在运行中由于地质灾害、受力变化、流体侵蚀、地震、撞击等原因，桩基础将会出现各种形式的病变，如应力破坏、钢筋锈蚀、混凝土老化等。及时发现、处理病变，对桩基完整性应及时评估。此外，码头桩受到波浪、海水的侵蚀以及船舶的撞击等，在运行过程中老化较快，对此的检测、评估就显得更为重要。

现有的桩基检测方法，无论是动测还是静测，都要在桩顶无附属物的下进行，所以现在的桩基检测多数都是针对新桩，只是在工程施工过程中对成桩进行检测。而现役桩基不能满足这样的条件。因此，寻求一种快速无损检测现役桩基完整性的方法，是极其必要的。现役基桩（有承台）现有测试方法信号激振与接收

对于在役高桩码头等现役基桩，考虑到其数量庞大、检测时间及经费有限，以及上部结构的影响，采用低应变法检测桩基完整性是比较理想的。然而，相对于新建基桩，在役基桩由于上部结构（包括纵、横梁和面板）的干扰，击振后形成应力波的大量反射，严重干扰有效信号的判读，明显的三维效应也使一维波动理论误差增大，如何激发信号、消减上部结构的影响是该技术的关键所在。

从理论上讲，激振与接收存在以下几种组合：（1）桩顶敲击，桩顶接收；（2）桩顶敲击，桩侧接收；（3）桩侧敲击，桩顶接收；（4）桩侧敲击，桩侧接收；在役基桩完整性低应变检测激振与接收组合方法和原理

激振接收激振信号接收信号承台干扰作业空间桩顶

桩顶信号强、质量高

强大需要对准桩顶位置空出

桩侧较强较大桩侧桩顶信号弱、振动大、质量较差很弱较大需要侧壁露出一定距离桩侧较弱较小激振与接收的特点研究及现状

1、双速度法优点：通过分离，得到和缺陷信息紧密相关的上行速度波，从而一定程度