工程桩桩身完整性检测技术.docx

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工程桩桩身完整性检测技术

第五章　桩桩身完整性检测技术

5.1概述

5.1.1桩的分类

1.按桩身材料类型分：

2.按桩的功能分：

3.按成桩工艺分：

5.1.2工程桩完整性检测方法

5.1.3工程基桩可能出现的缺陷

工程桩在施工过程中，由于地质因素，成孔工艺条件，混凝土浇灌工艺等因素的影响，桩身可能出现下列缺陷：

沉渣、蜂窝、夹泥、空洞、缩径、二次浇灌面（断桩）、裂缝、离析、桩头低强度区、扩径。

这些桩身不完整性的检测，是本章要讨论的问题。

5.1.4工程基桩完整性检测的有关规程

1.《建筑工程基桩检测技术规范》（JGJ/T106-2003）

2.《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）

3.《基桩低应变动力测桩规程》（JGJ/T93—95）

4.《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS21：

2000）

5.2工程桩声波透射法检测桩身完整性

5.2.1声波透射法的检测原理：

声波透射法检测，是在预埋在桩身内成对的检测管内，分别放入声波发射换能器和接收换能器，发射换能器发射的声波穿透桩身混凝土后，被接收换能器接收。

声波透射法检测基桩完整性是根据接收换能器接收到的声参量的变化对混凝土灌注桩桩身缺陷和桩身完整性进行评价的一种有效方法。

当有缺陷存在时，超声脉冲波穿越被测混凝土时传播时间（或传播速度）及波幅（能量）都要发生变化，即：

1.声时的变化：

超声波在遇到缺陷时产生绕射，声时加长，计算声速降低如图1；

2.波幅的变化：

超声波在缺陷界面产生反射、折射、绕射、散射如图2。

这时接收的声波能量衰减加大，于是波幅在有缺陷的部位波幅会降低，这是因为：

声波波幅的衰减有下列关系，如式

（1）

上式中L为声波传播距离；Am是发射点的声波波幅；α为声波的衰减系数（它是频率的函数即高频率的衰减比低频要大，一般α与频率的一次方或二次方有关）；A是接收点的波幅。

3.主频的变化：

由

（1）式可知，声波在遇到缺陷时，高频成份损失较多，导致接收波主频向低频偏移。

4.接收波形的变化：

发射的声波信号如图3，桩身完整部分的

混凝土接收波形如图4，桩身有缺陷或匀质性

差的混凝土接收波形如图5。

所以由接收波形

也能了解混凝土的质量状况。

5.2.2声波透射法判断桩身缺陷的思路与方法

1.由上所述可见，利用接收到的声波信号的声时（或声速）、波幅、频率、波形对桩身混凝土的缺陷、匀质性较差的部位均能做出反映。

但是，混凝土是非均匀介质，它的致密程度、强度随粗骨料（石子）的分布状况而异，相应桩身各点的声速也是非均匀分布，那么如何对非匀质中的缺陷鉴别出来？

只有用数理统计的方法来加以区分。

2.数理统计的思路与方法，是把非匀质混凝土声速的波动看做是随机的，即属于随机误差，因此其分布是符合正态分布的。

但是，缺陷是人为产生的，属于人为误差。

只要对桩身各测点所测得的声时（或声速）、波幅作下列数理统计处理，即可将缺陷区分出来。

VD=Vm－λSx

其中Vm=Sx=

上式中k值的确定方法:

将同一检测面各点声速值由大到小依次排列，即

V1≥V2≥V3≥……≥Vi≥…Vn-k≥…≥Vn-1≥Vn

k值是上式中将被舍去的明显小的声速值的个数。

λ的确定方法可由下表查出

表1.统计数据个数（n-k）与对应的λ值

1.检测结果比反射波法可靠，因为声波透射法是逐点检测的结果；

2.可由波幅、声时（或声速）估计出缺陷平面展布范围；

A.有效接收声场的概念

有效接收声场是发射换能器与接收换能器A、B为焦点的椭圆如图6。

缺陷D处在椭圆之外，接收信号的波幅、声时均无反应；缺陷E处于椭圆内，但不在AB连线上，声时无变化、波幅会减小；缺陷F处于椭圆内且在AB连线上，声时会加长、波幅会减小。

由此，可判断出缺陷的大体位置。

B.当桩身埋设三个检测管时，对缺陷位置的判断可更加细致，见图7。

从图7（a）可见，由于AC检测面的声时、波幅有异常、BC检测面仅波幅出现异常、AB检测面声时波幅均无异常，故可判断出缺陷在此检测面上的展布范围；同理，可判断出图7（b）的缺陷展布情况；而图7（c）表明的是如果检测管C局部为被混凝土包裹好，可能出现误判；图7（d）说明三根检查管的检测盲区。

所以《公路工程基桩动测技术规程》中规定直径大于1.5m的桩应埋设四根检查管。

C.由声速─深度曲线，再结合对缺陷的平面展布情况，可约略估计出缺陷空间分布状态。

3.不受桩长、桩径限制；

4.可测桩顶低强区和桩底沉渣厚度；

5.桩顶不露出地面即可检测，方便施工

5.2.4声波透射法的不足

1.必须预先埋设检测管；

2.无法检测一般缩径，严重缩径时易误判。

5.2.5我国现行检测规范、规程对声波透射法检测的要求

1.对仪器的要求：

A.波形实时动态显示；

B.能够对声时、幅度进行自动和手动判读，具有频谱分析功能；

C.声时分辨率小于等于0.5μs，声波幅值测量相对误差小于5%。

2.对声测管的要求：

A.声测管材质：

透声率大、便于安装、费用低，如钢管、硬塑管;

B.声测管内径大于换能器外径（φ26～φ40）15mm以上；

C.检测管的连接：

外加8cm套管焊接（要求不漏浆、内壁光滑），管底密封、上端加盖、各管间应保持平行；

D.固定方法：

声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼内侧，且相互平行，下埋至桩底，上高出桩顶30cm以上。

建议：

（1）先点焊后绑扎，绑扎点的间距不宜大于2m；

（2）桩底有素混凝土时，声测管间宜采用三角架支撑，防止吊钢筋笼时变形；

　　　　　（3）设计桩顶在地面以下时，可以把声测管加长，高出地面，方便施工和检测；桩径变化时：

不要把声测管掰弯，最好用“U”型件焊接，使声测管离开钢筋笼一段距离，保证声测管平行；在钢筋笼架内侧绑扎固定或将声测管代替一根主筋；

5.检测管埋设数量：

《建筑工程基桩检测技术规范》（JGJ/T106-2003）规定：

桩径φ1.0m以下埋设二管　　　

φ1.0m―φ2.5m埋设三管

φ2.5m以上埋设四管

《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）

规定：

桩径φ1.0m以下埋设二管　　　

φ1.0m―φ1.5m埋设三管

φ1.5m以上埋设四管

6.对检测数量的规定

A.《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）规定：

（1）柱下三根桩或三根桩以下承台不少于一根；

（2）抽检数量不少于总桩数的20%且不少于10根；

（3）复杂条件下不少于总桩数的30%且不少于20根；

（4）端承桩除进行声波透法检测和钻芯法检测外，低应变检测数不少于总桩数的10%；

（5）人工挖孔桩不少于总桩数的10%且不少于10根；

（6）设计等相关单位要求的工程，按设计要求检测；

B.《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）规定：

（1）100%进行低应变反射波完整性检测；

（2）重要工程钻孔灌筑桩声波透射法检测桩数不少于50%；

5.2.6现场检测技术

检测前的准备：

1．收集有关桩基施工过程的全部技术资料；填定委托单及原始记录表；

2．龄期14天以上或桩身强度达到设计70%以上进场检测；

　3．检测前用探绳检测声测管是否通畅；

　4．测量声测管间混凝土距离，声测管内径、外径、换能器直径、孔深；

5．声测管管口处理，套一段车内胎防止划破信号线；

6．计算零声时。

采用标定法确定系统延迟时间；计算声测管及耦合水层声时修正值；

5.2.7零声时的计算

零声时的计算t0=t01+t02+t03

t01：

系统延迟时间直接相对法或时距曲线法标定；

t02：

耦合水层中传播时间（φ管内径–φ换能器）/V水；

t03:

：

声测管中传播时间（φ管外径–φ管内径）/V管；

已知无限固体声波的传播速度为

故不同介质声波的传播速度如下：

钢材：

5850m/s

硬塑管：

2350m/s

混凝土：

3500m/s～4500m/s

水：

1500m/s

空气：

340m/s

5.2.8现场检测方式——即检测过程换能器提升方式

换能器的提升方式可有三种方式：

等高同步（常用于桩身完整性检测）；不等高同步（用于检测水平缺陷如二次浇灌面）；扇形扫描（用于CT成像检测），见图9；

测点间距：

不大于0.25m（一般取0.2m，关于测点间距不能太大，否则易漏测）。

5.2.7数据处理与检测报告

1.根据现场检测数据，计算各测点的声时、声速、波幅，并绘制声速-深度曲线、波幅-深度曲线和PSD-深度曲线；

2.声速临界值的计算：

《建筑规范》：

由大到小排序，由小向大逐个排除；

《公路规范》：

平均值减二倍标准差的方法；

3.声速低限值判据：

同条件正常混凝土声速对比资料；

4.波幅异常值的计算：

波幅平均值减6dB作为判定值；

5.PSD判据：

声测管不平行时作为辅助判据；

6.主频判据：

辅助判据，不常用；

7.结合桩基施工过程的全部技术资料，对桩完整性进行分析、判断和评价，形成检测报告。

桩身完整性判定：

5.2.8桩身完整性分类表

桩身完整性的判定

类别

曲线特征

完整性描述

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；局部混凝土声速低于低限值异常

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

5.2.9工程实例

1.模型桩的检测

2.多缺陷桩的检测实例

3.桩身夹泥检测实例

4.桩身离析的检测实例

5.3　反射波法检测工程桩完整性

5.3.1工程桩的缺陷类型

由于施工中的工艺因素，地层的地质因素，施工的人为因素，桩身可能出现下列缺陷：

1.离析（原地灌注桩）2.空洞（原地灌注桩）

3.夹泥（原地灌注桩）4.微裂（预制打入式桩、原地灌注桩）

5.断、裂（预制打入式桩、原地灌注桩）6.二次浇灌面（原地灌注桩）

7.缩径（原地灌注桩）8.扩径（原地灌注桩）

5.3.2与反射波法有关的检测规程

1.《建筑工程基桩检测技术规范》（JGJ/T106-2003）

2.《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）

3.《基桩低应变动力测桩规程》（JGJ/T93—95）

5.3.3反射波法的基本原理——波阻抗界面的反