橋梁工程試驗檢測培訓(xùn)資料

大家好！橋梁灌注樁檢測技術(shù)概述超聲波法和反射波法超聲波法和反射波法的優(yōu)缺陷靜荷載實驗法

概述灌注樁的質(zhì)量檢測格外重要。目前工程中常用的鉆孔灌注樁質(zhì)量的檢測方法主要分為兩大類：基樁承載力檢測和基樁完好性檢測關(guān)于基樁承載力檢測承載力檢測的方法有靜荷載實驗法、高應(yīng)變法、動參數(shù)法、機(jī)械阻抗法(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)和隨機(jī)激振)、水電效應(yīng)激振頻譜法和共振法。靜荷載實驗法稱之為靜力檢驗法，其它方法均稱之為動力檢驗法。國內(nèi)外工程實際證明，用靜力檢驗法測試單樁豎向承載力，雖然有很多不利的要素，但還是不可替代的，其實驗結(jié)果的可靠性也是無容質(zhì)疑的。而對于動力檢驗法確定單樁豎向承載力，無論是高應(yīng)變法還是低應(yīng)變法，均是近幾十年來國內(nèi)外開展起來的新的測試手段，目前仍處于開展和繼續(xù)完善階段?；鶚稒z測方法分類靜載實驗靜載實驗動載實驗(大應(yīng)變和小應(yīng)變)另一類是灌注樁完好性檢測。灌注樁樁身完好性的檢測方法主要有低應(yīng)變法和超聲波法，這兩種方法優(yōu)勢獨(dú)特，也正好彌補(bǔ)了靜力檢驗法的缺乏。尤其是在大型的灌注樁工程中，不能也不能夠在一個工程中做大量的靜載實驗。目前，在全國各地的橋梁建立中，橋梁樁基實行普查，有的地域采用反射波法，有的地域采用超聲波法，也有的地域根據(jù)詳細(xì)情況以上兩種方法都采用，并規(guī)定了兩種方法的運(yùn)用比例。

超聲波法和反射波法超聲波法和反射波法以其設(shè)備輕便乖巧、現(xiàn)場任務(wù)量小、檢測效率高、檢測費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛運(yùn)用。2.1、超聲法〔CECS21:2000〕根本概念間隔-L時間-t波速-VV=L/t波速-V波長-λ頻率-f周期-T零讀數(shù)-t0

V=λ/T=λff=1/T例1V=4000m/sλ=8cmT=?T=0.08/4000=0.00002s=20μs時間單位minsmsμs

例2聲時212μs零讀數(shù)12μs聲距80cm聲速=？

V=L/t=0.8/［(212-12)×10-6］m/s=0.004×106m/s=4000m/s例3儀器顯示聲時85μs零讀數(shù)5μs聲距30cm那么超聲波傳播聲速〔〕m/sA.3529B.3333C.3750D.40002021題采用勻質(zhì)試件丈量換能器零讀數(shù)，當(dāng)L1=400mm時T1=165.3μs;當(dāng)L2=150mm時T2=64.3μs,那么該換能器零讀數(shù)T0是〔〕μsA.3.2B.3.7C.4.2D.4.7V=L/tt=T-T0V1=V2 0.4/［(165.3-T0)×10-6］=0.15/［(64.3-T0)×10-6］3.7-------2475.25超聲脈沖波檢測混凝土缺陷的原理

①超聲脈沖波在混凝土中遇到缺陷時產(chǎn)生繞射，可根據(jù)聲時及聲程的變化，判別和計算缺陷的大?。虎诔暶}沖波在缺陷界面產(chǎn)生散射和反射，到達(dá)接納換能器的聲波能量(波幅)顯著減小，可根據(jù)波幅變化的程度判別缺陷的性質(zhì)和大?。虎鄢暶}沖波中各頻率成份在缺陷界面衰減程度不同，接納信號的頻率明顯降低，可根據(jù)接納信號主頻或頻率譜的變化分析判別缺陷情況；④超聲脈沖波經(jīng)過缺陷時，部分聲波會產(chǎn)生途徑和相位變化，不同途徑或不同相位的聲波疊加后，呵斥接納信號波形畸變，可參考畸變波形分析判別缺陷。檢測方式根據(jù)聲測管埋置的不同情況，可以有如下三種檢測方式：〔1〕雙孔檢測〔2〕單孔檢測〔3〕樁外孔檢測以上三種方式中，雙孔檢測是公路橋梁樁基檢測中普遍采用的根本方式，其他兩種方式只作為特殊情況下的補(bǔ)救措施。測前預(yù)備和要求(1)預(yù)埋檢測管〔2)現(xiàn)場檢測前測定聲波檢測儀發(fā)射至接納系統(tǒng)的延遲時間，并應(yīng)按下式計算聲時修正值：

〔3〕在檢測管內(nèi)應(yīng)注滿清水。〔4〕將每2根檢測管編為一組，并丈量每一組檢測管中心間的間隔。檢測方法首先將裝設(shè)有扶正器的接納及發(fā)射換能器置于檢測管內(nèi)，調(diào)試儀器的有關(guān)參數(shù)，直至顯示出明晰的接納波形，且使最大波幅到達(dá)顯示屏的三分之二左右為宜；然后宜由檢測管底部開場，將發(fā)射與接納換能器置于同一標(biāo)高，測取聲時、波幅或頻率，并進(jìn)展記錄；第三，發(fā)射與接納換能器應(yīng)同步升降，丈量點(diǎn)距20～40cm，各測點(diǎn)發(fā)射與接納換能器累計相對高差不應(yīng)大于2cm，并應(yīng)隨時校正；發(fā)現(xiàn)讀數(shù)異常時，應(yīng)加密丈量點(diǎn)距。檢測數(shù)據(jù)的處置與樁身完好性斷定〔1〕概率法〔2〕PSD判據(jù)法正態(tài)分布①小誤差比大誤差出現(xiàn)的時機(jī)多，即小誤差的概率大。②大小相等而符號相反的誤差出現(xiàn)的概率相等，故誤差分布曲線對稱于縱。③極大的正負(fù)誤差出現(xiàn)的概率非常小。故大誤差普通不會出現(xiàn)。規(guī)范誤差越小，曲線中部升得越高，兩旁下降得越快，曲線突起，闡明觀測值集中，相反，當(dāng)規(guī)范誤差大時，曲線變得越加扁平，闡明觀測值分散。所以規(guī)范誤差標(biāo)志著一組數(shù)據(jù)的觀測精度，越小那么精度越高，越大那么精度越低?！?〕波幅(衰減量)判據(jù)法波幅(衰減量)比聲速對缺陷反響更靈敏，可采用接納信號能量平均值的一半作為判別缺陷臨界值。波幅值以衰減器的衰減量q表示，波幅判別的臨界值qd有以下關(guān)系：---波幅臨界值〔dB〕---波幅平均值〔dB〕1倍610倍20100倍40100萬倍120樁身完好性類別斷定Ⅰ類樁：各聲測剖面每個測點(diǎn)的聲速、波幅均大于臨界值，波形正常。Ⅱ類樁：某一聲測剖面?zhèn)€別測點(diǎn)的聲速、波幅略小于臨界值，但波形根本正常。Ⅲ類樁：某一聲測剖面延續(xù)多個測點(diǎn)或某一深度樁截面處的聲速、波幅值小于臨界值，PSD值變大，波形畸變。Ⅳ類樁：某一聲測剖面延續(xù)多個測點(diǎn)或某一深度樁截面處的聲速、波幅值明顯小于臨界值，PSD值突變，波形嚴(yán)重畸變。反射波法反射波法源于應(yīng)力波實際，適用于檢測樁身混凝土的完好性，推定缺陷類型及其在樁身中的位置，也可以對樁出息展校核，對樁身混凝土強(qiáng)度等級作出估計。根本原理：在樁頂進(jìn)展豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播，在樁身存在明顯波阻抗界面(如樁底、斷樁或嚴(yán)重離析等部位)或樁身截面積變化(如縮徑或擴(kuò)徑)部位，將產(chǎn)生反射波。經(jīng)接納、放大濾波和數(shù)據(jù)處置，可識別來自樁身不同部位的反射信息。據(jù)此計算樁身波速、判別樁身完好性和混凝土強(qiáng)度等級。反射波法檢測系統(tǒng)檢測方法1.首先鑿去被測樁樁頭浮漿，平整樁頭，切除樁頭外露過長的主鋼筋，將傳感器穩(wěn)定地安頓在樁頭上；2.然后檢查儀器設(shè)備，進(jìn)展激振方式和接納條件的選擇實驗，確定最正確激振方式和接納條件，設(shè)置有關(guān)參數(shù)；3.最后進(jìn)展多次反復(fù)激振與接納，出現(xiàn)異常波形應(yīng)在現(xiàn)場及時研討，排除影響測試的不良要素后再反復(fù)測試，反復(fù)測試的波形與原波形應(yīng)具有類似性。

實測曲線分析與斷定〔1〕反射波波形規(guī)那么，波列明晰，樁底反射波明顯，易于讀取反射波到達(dá)時間及樁身混凝土平均波速較高的樁為完好性好的單樁?！?〕反射波到達(dá)時間小于樁底反射波到達(dá)時間，且波幅較大，往往出現(xiàn)多次反射，難以觀測到樁底反射波的樁，系樁身斷裂。〔3〕樁身混凝土嚴(yán)重離析時，其波速較低，反射波幅減少，頻率降低?！?〕縮徑與擴(kuò)徑的部位可按反射歷時進(jìn)展估算，類型可按相位特征進(jìn)展判別，同相為縮徑，反相為擴(kuò)徑。〔5〕當(dāng)有多處缺陷時，將記錄到多個相互關(guān)涉的反射波組，構(gòu)成復(fù)雜波列。此時應(yīng)仔細(xì)甄別，并應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)資料、施工原始記錄進(jìn)展綜合分析。有條件時髦可運(yùn)用多種檢測方法進(jìn)展綜合判別。〔6〕樁體淺部斷裂的定性評價，可經(jīng)過橫向激振，比較同類樁橫向振動特征之間的差別進(jìn)展輔助判別。〔7〕在上述時域分析的根底上，尚可采用頻譜分析技術(shù)，利用振幅譜進(jìn)展輔助判別?！?〕樁身混凝土的強(qiáng)度等級可根據(jù)波速來估計。波速與混凝土抗壓強(qiáng)度的換算系數(shù)，應(yīng)經(jīng)過對混凝土試件的波速測定和抗壓強(qiáng)度對比實驗確定。樁身完好性類別Ⅰ類樁：樁端反射較明顯，無缺陷反射波，振幅譜線分布正常，混凝土波速處于正常范圍。Ⅱ類樁：樁端反射較明顯，但有部分缺陷所產(chǎn)生的反射信號，混凝土波速處于正常范圍。Ⅲ類樁：樁端反射不明顯，可見缺陷二次反射波信號，或有樁端反射但波速明顯偏低。Ⅳ類樁：無樁端反射信號，可見因缺陷引起的多次強(qiáng)反射信號，或按平均波速計算的樁長明顯短于設(shè)計樁長。反射波法和超聲波法比對檢測

反射波法和超聲波法目前在全國運(yùn)用都比較普遍，但由于各地的地質(zhì)條件不同、樁長樁徑變化較大、加之對這兩種方法的優(yōu)缺陷認(rèn)同度差別，各地采用這兩種方法比例差別較大。比較典型樁的測試分析結(jié)果報告格式及內(nèi)容見JTG/TF81-01-2004工程名稱渭南樁基檢測基地樁編號5測試樁長13.4m設(shè)計樁徑0.6m砼標(biāo)號C20灌注日期年月日檢測日期2005年04月15日地質(zhì)概況

0～15m,粘土；實測反射波曲線波形分析樁身完整，樁底反射明顯，混凝土質(zhì)量良好，與超聲法檢測結(jié)果基本一致。備注標(biāo)準(zhǔn)試驗樁，反射波形也比較標(biāo)準(zhǔn)。表1反射波法檢測曲線分析表工程名稱長安大學(xué)橋梁實驗室試驗樁樁編號1#測試樁長14.50m設(shè)計樁徑1.40m砼標(biāo)號C25灌注日期2001年06月08日檢測日期2005年04月16日地質(zhì)概況

0～16.00m粘土；實測反射波曲線波形分析樁身完整，樁底反射明顯，混凝土質(zhì)量良好，與超聲法檢測結(jié)果基本一致。備注標(biāo)準(zhǔn)試驗樁，反射波形也比較標(biāo)準(zhǔn)。表2反射波法檢測曲線分析表工程名稱長安大學(xué)橋梁實驗室試驗樁樁編號2#測試樁長15.10m設(shè)計樁徑1.40m砼標(biāo)號C25灌注日期2001年06月08日檢測日期2005年04月16日地質(zhì)概況

0～16.00m,粘土；實測反射波曲線波形分析樁身完整，樁底反射明顯，在7.8處樁身有縮徑反射信號（預(yù)埋砂袋），混凝土質(zhì)量良好，超聲法未檢測出縮徑，其他二者檢測結(jié)果基本一致。備注標(biāo)準(zhǔn)試驗樁，反射波形也比較標(biāo)準(zhǔn)；對于輕微縮徑（當(dāng)縮徑范圍在聲測管之外時），超聲法不能檢測出。表3反射波法檢測曲線分析表工程名稱鄭少高速公路寺泉溝中橋樁編號1-2測試樁長15.50m設(shè)計樁徑1.2m砼標(biāo)號C25灌注日期2002年08月08日檢測日期2002年08月20日地質(zhì)概況大卵石土層。實測反射波曲線波形分析該樁超聲波法檢測結(jié)果為Ⅲ類樁，樁身在6.7-9.5m之間全斷面裹夾泥砂蜂窩；反射波法檢測結(jié)果為樁身在7.0、9.8m處有缺陷反射信號，樁底反射信號不明顯。備注該樁反射波形比較復(fù)雜，多處反射信號很難判定，現(xiàn)場應(yīng)結(jié)合地質(zhì)資料、施工記錄綜合分析，否則容易誤判。表10反射波法檢測曲線分析表寺泉溝中橋1-2樁在7.3～8.1m處取出的芯樣工程名稱新鄭高速公路劉江互通式立交橋樁編號7-5測試樁長55.50m設(shè)計樁徑1.5m砼標(biāo)號C30灌注日期2002年07月07日檢測日期2002年08月23日地質(zhì)概況1.00-12.30m，亞粘土；12.30-14.20m，亞砂土；14.2-24.0m，細(xì)砂；24.0-37.20m，中砂；37.20-41.80m，亞粘土；41.80-52.00m，中砂；52.0-60.00m，細(xì)砂；60.0-61.80m，亞粘土；61.80-65.00m，中砂。實測反射波曲線波形分析該樁超聲波法檢測結(jié)果為Ⅲ類樁，樁身在6.0-10.0m處有離析、夾泥等缺陷；反射波法檢測結(jié)果為樁底無反射信號，樁身8.0m左右有明顯缺陷反射信號。備注將該樁反射波信號與同工地正常樁反射波信號比較，可明顯看出該樁質(zhì)量較差，樁身上部有缺陷存在。表11反射波法檢測曲線分析表劉江互通立交橋7-5樁在6.6m處取出的芯樣典型缺陷樁反射波法和超聲波法的優(yōu)缺陷研討4.1超聲波法的優(yōu)缺陷優(yōu)點(diǎn)〔1〕斷定樁身缺陷的準(zhǔn)確性高，這其中包括缺陷的性質(zhì)〔斷樁、夾雜、混凝土離析、混凝土密實度差等〕和缺陷的位置〔距樁頂高度、在樁身截面分布〕以及缺陷的大??；〔2〕當(dāng)一條樁在不同高度和不同截面位置有多處缺陷時，檢測過程互不影響，可以分別準(zhǔn)確檢測出來；〔3〕對樁身缺陷的斷定與地質(zhì)地貌無任何關(guān)系，只與實測聲學(xué)參數(shù)有關(guān)，這就使缺陷性質(zhì)的斷定比較容易；〔4〕適用于檢測樁徑大于0.8米以上的各種類型灌注樁，對樁長沒有限制，因此是長大樁完好性檢測的獨(dú)一最有效的方法。缺陷〔1〕需求預(yù)埋聲測管，這既添加了工程造價，又給施工帶來了許多費(fèi)事；〔2〕當(dāng)聲測管由于各種緣由堵塞后，檢測無法進(jìn)展；〔3〕現(xiàn)場檢測任務(wù)量大，任務(wù)效率低；〔4〕數(shù)據(jù)處置任務(wù)量大，必需借助相應(yīng)分析處置軟件。4.2反射波法的優(yōu)缺陷優(yōu)點(diǎn)〔1〕現(xiàn)場檢測任務(wù)量小，任務(wù)效率高；〔2〕對樁的施工過程不增添任何工序，不需求預(yù)埋聲測管，因此不會添加工程造價；〔3〕數(shù)據(jù)處置比較快捷；〔4〕當(dāng)樁身缺陷位置不很深時〔其深度與地質(zhì)情況比較親密〕，反射波法能檢測出缺陷的存在。缺陷〔1〕僅測出廣義波阻抗的相對變化，可以區(qū)分縮頸類與擴(kuò)頸類，

也可以計算缺陷位置，但卻不能確定缺陷性質(zhì)、缺陷方位；〔2〕缺陷程度的定量分析很難到達(dá)理想效果，目前定量分析仍僅僅停留在指點(diǎn)階段，缺陷程度也只能定性給出；〔3〕波速與振源頻率和混凝土強(qiáng)度間的關(guān)系無法準(zhǔn)確給出，尚無理想的波速計算公式，而根據(jù)施工樁長計算波速的方法存在很多詳細(xì)問題，因此缺陷位置的判別仍有10%左右的誤差；〔4〕加速度計對于長徑比超越一定限制的樁、極淺部或太小的缺陷，應(yīng)力波反射法無法正確丈量?，F(xiàn)有的測試實際和技術(shù)都難以處理這些問題。高頻信號傳不下去，測試范圍有限；低頻信號分辨率不夠，容易構(gòu)成繞射，漏判缺陷等等；〔5〕樁身存在多個缺陷時，相互關(guān)擾，深部缺陷容易誤判。同一工地樁身波速平均值的獲取方法同一工地完好樁樁身波速平均值的準(zhǔn)確取值，是檢測分析樁身質(zhì)量和樁身缺陷的可靠前提。當(dāng)某根樁顯露地面且具有一定高度時，可沿樁長方向且滿足量測精度要求的間隔間隔安頓兩個振動傳感器，測出該樁段的波速值，并可作為該樁波速的參考取值；當(dāng)無法獲取本工地實測樁身平均波速時，可按類似工程的檢測數(shù)據(jù)或閱歷取值。提高分析斷定準(zhǔn)確性的其他方法結(jié)合地質(zhì)資料、施工記錄分析基樁完好性。樁型、施工工藝對基樁的完好性以及缺陷類型影響很大。預(yù)制樁、人工挖孔樁不能夠縮頸，許多質(zhì)量事故都發(fā)生在流水處或地層變化處，急劇變化的地層本身也會產(chǎn)生回波等等。查看地質(zhì)資料對確定缺陷部位、排除地層影響很有必要。綜合分析同一工程的一切被測樁。單獨(dú)分析一根樁，不全面衡量整個工程情況，有時非常危險。同一工地的地質(zhì)和施工形狀大多類似，尋覓各被測樁之間的共性，再回頭分析每一根樁是提高分析效果的有效手段。有條件的單位甚至可以在每個工程施工時監(jiān)視完成一根按嚴(yán)厲要求施工的規(guī)范樁，用于校核各種分析用數(shù)據(jù)，提高分析準(zhǔn)確性。其他留意問題由于樁身缺陷種類復(fù)雜，實測曲線的解釋是一項較為困難的任務(wù)，與判讀人員的技術(shù)程度和閱歷親密相關(guān)，因此檢測人員必需擅長總結(jié)閱歷，最好能在有實驗樁的單位實測知不同缺陷的實驗樁，領(lǐng)會不同缺陷的反射波曲線特征。靜荷載實驗法基樁靜載實驗-自平衡法JT/T738-2021一、鉆芯法〔CECS03:88〕灌注樁取出的芯樣二、回彈法〔JGJ/T23-2001〕三、超聲法〔CECS21:2000〕觀測工程、測點(diǎn)布置及量測儀器撓度應(yīng)變裂痕荷載實驗時橋梁坍塌2006年12月9日下午2時40分，北京市順義區(qū)臥龍環(huán)島北側(cè)一條橫跨減河的景觀懸索步行橋在測重時坍塌，10輛用來測重的卡車隨橋身墜下后報廢，一名司機(jī)在事故中骨折，另有兩人輕傷。據(jù)了解，這座橋全長120米，2004年11月開工，今年9月建成。荷載實驗時橋梁坍塌橋體與路基間裂痕達(dá)一尺寬實驗數(shù)據(jù)分析及橋梁承載力評定一、實驗數(shù)據(jù)分析規(guī)律性、異常值、測值修正應(yīng)變測值修正支點(diǎn)沉降影響的修正溫度影響修正實驗數(shù)據(jù)分析及橋梁承載力評定二、荷載實驗成果分析與承載才干評定1．構(gòu)造任務(wù)情況(1)校驗系數(shù)校驗系數(shù)是評定構(gòu)造任務(wù)情況、確定橋梁承載才干的一個重要目的。橋梁類型應(yīng)變(或應(yīng)力)校驗系數(shù)撓度校驗系數(shù)鋼筋混凝土板橋0.20～0.400.20～0.50鋼筋混凝土梁橋0.40～0.800.50～0.90預(yù)應(yīng)力混凝橋0.60～0.900.70～1.00圬工拱橋0.70～1.000.80～1.00二、荷載實驗成果分析與承載才干評定(2)實測值與實際值的關(guān)系曲線(3)相對剩余變位(或應(yīng)變)不大于20％(4)動載性能2．構(gòu)造的強(qiáng)度及穩(wěn)定性當(dāng)荷載實驗工程比較全面時，可采用荷載實驗主要撓度測點(diǎn)的效驗系數(shù)η來評定構(gòu)造的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。3．地基與根底當(dāng)實驗荷載作用下墩臺沉降、程度位移及傾角較小，符合上部構(gòu)造檢算要求，卸載后變位根本回復(fù)時，以為地基與根底在檢算荷載作用下能正常任務(wù)。

二、荷載實驗成果分析與承載才干評定4．構(gòu)造的剛度要求實驗荷載作用下，主要測點(diǎn)撓度校驗系數(shù)應(yīng)不大于1。各點(diǎn)的撓度不超越“橋規(guī)〞規(guī)定的允許值，即圬工拱橋：一個橋范圍內(nèi)正負(fù)撓度的最大絕對值之和不大于L/1000，履帶車和掛車要驗算時提高20％。鋼筋混凝土橋梁橋主梁跨中：梁橋主要懸臂端：桁架、拱橋：二、荷載實驗成果分析與承載才干評定5．裂痕結(jié)構(gòu)類別裂縫部位允許最大縫寬(mm)其他要求鋼筋混凝土梁主筋附近豎向裂縫

0.25腹板斜向裂縫

0.30組合梁結(jié)合面

0.50不允許貫通結(jié)合面橫隔板與梁體端部0.30支座墊石0.50預(yù)應(yīng)力混凝土梁梁體豎向裂縫不允許梁體縱向裂縫0.20結(jié)構(gòu)類別裂縫部位允許最大縫寬(mm)其他要求磚、石、混凝土拱拱圈橫向0.30裂縫高小于截面高一半拱圈縱向0.50裂縫長小于跨言拱波與拱肋結(jié)合處0.20墩臺墩臺帽