桩基础检测方案1.docx

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桩基础检测方案1

贵州贵安工程检测有限公司

桩基础检测方案

2016年6月1日

目录

1.工程概况

1.1工程概述

2．检测依据的规范标准和设计文件

3．基桩检测方案

3.1检测工作程序

3.2检测基本方法及原理

4．质量保证措施

5．施工方组织安排

5.1现场配合条件

5.2现场准备工作

1.工程概况

1.1工程概述

略

2.检测依据的规范标准和设计文件

1、《建筑桩基技术规范》JGJ94-2008；

2、《建筑基桩检测技术规范》JGJ106-2014；

3、设计施工图纸；

3.桩基检测方案

3.1检测工作程序

检测工作程序应按图1进行：

图1检测工作程序框图

3.2检测原理及方法

3.2.1低应变法

（1）检测原理及仪器设备低应变反射波法又称动测法，源于应力波理论，其基本原理是在桩顶用力棒或锤子击打，进行竖向激振，施加一个激振力，使桩体乃至桩土体系产生振动，在桩内产生应力波，用加速度传感器接收桩的反射信号（见图2），

图2

在桩身存在明显波阻抗界面（如桩底、断桩或严重离析等部位）或桩身截面和变化（如缩径或扩径）部位，将产生反射波。

信号经接收、放大滤波和数据处理后被显示，记录。

通过对信号的时域及频域分析，可识别来自桩身不同部位的反射信号。

据此可判断桩内是否存在缺陷、计算桩身波速、判断桩身完整性和混凝土强度等级。

（2）检测适用范围

适用于检测混凝土桩的桩身完整性，判定桩身缺陷的程度及位置；桩身混凝土强度参考值。

（3）测试参数设定应符合下列规定：

A.时域信号记录的时间段长度应在2L／c时刻后延续不少于5ms；幅频信号分析的频率范围上限不应小于2000Hz；

B.设定桩长应为桩项测点至桩底的施工桩长，设定桩身截面积应为施工截面积；

C.桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定；

D.采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择；时域信号采样点数不宜少于规范规定点；

E.传感器的设定值应按计量检定结果设定。

（4）测量传感器安装和激振操作应符合下列规定：

A.传感器安装应与桩顶面垂直：

耦合剂应具有足够的粘结强度；

B.激振点位置应选择在桩中心，测量传感器安装位置宜为距桩中心

2／3半径处；

C.激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响；

D.激振方向应沿桩轴线方向；

E.瞬态激振应通过现场敲击试验，选择合适重量的激振力锤和锤垫，宜用宽脉冲获取桩底或桩身下部缺陷反射信号，宜用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射信号。

（5）信号采集和筛选应符合下列规定：

A.根据桩径大小，在桩心对称布置2～4个测点；每个检测点记录的有效信号不宜少于3个；

B.检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征；

C.不同检测点及多次实测时域信号一致性较差时，应分析原因增加测点；

D.信号不应失真和产生零漂，信号幅值不应超过测量系统的量程。

（6）检测数据的分析与判定

A.桩身波速平均值的确定应符合下列规定：

a.桩长已知，桩底反射信号明显时，在地质条件、设计桩型，或施工工艺相同的基桩中，选择不少于5根I类桩的桩身波速值计算其平均值：

b.当无法按上款确定时，波速平均值可根据本地区相同桩型及成桩工艺的其它桩基工程的实测值，结合桩身混凝土的骨料和强度等级综合确定；

c.桩身完整性类别应结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况，按《建筑基桩检测技术规范》JGJl06—2014中下表进行综合评定。

类别

时域信号特征

幅频信号特征

I类桩

2L／c时刻前无缺陷反射波，有桩底反射波

桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差Af~C／2L

II类桩

2L／c时刻前出现轻微缺陷反射波，有桩底反射波

桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差Af~C／2L，轻微缺陷产生的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差△f‘>C／2L

Ⅲ类桩

有明显缺陷反射波，其他特征介于II类和IV类之间

IV类桩

2L／c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波，无桩底反射波：

或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大幅衰减振动，无桩底反射波

缺陷谐振峰排列基本等I'a-]~E，其相邻频差Af~C／2L，无桩底谐振峰；或因桩身浅部严重缺陷只出现单一谐振峰，无桩底谐振峰。

注：

对同一场地、地址条件接近、桩形和成桩工艺相同的桩基，因桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时，可按本场地同条件下有桩底反射波的其他桩实测信号判定桩身完整性类别

（7）检测报告

检测报告除应包括“检测工作概述”中规定内容外，还应包括下列内容：

A.桩身波速取值；

B.桩身完整性描述、桩底的位置及桩身完整性类别；

C.实测信号曲线。

（8）缺陷桩的处理检测时，如经反复采集，得到的实测信号仍然证明桩身存在缺陷，则需由检测单位会知委托方，分析事故原因，钻芯取样进一步验证检测。

对问题桩，如经书面计算论证认为采取适当补救措施，能够正常使用的，备案后该桩基可继续使用，如认为不能正常使用的，应予以废除。

3.2.2超声波透射法检测基桩

（1）超声波透射法检测灌注桩结构完整性的基本原理是：

由超声脉冲发射源在桩内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在桩内的传播过程中表现的波波特性。

当桩内存在不连续或破损截面时，缺陷面形成波阻抗截面，波到达该截面时，将产生波的透射和反射；当桩内存在松散、蜂窝、孔洞等严重胶结缺陷时，将产生波的散射、绕射和波速降低，因而使接收到透射波能量降低、初至波到达时间延长、频率发生变化及波形产生畸变。

通过分析透射波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区内桩结构完整性参数。

测试记录不同剖面、不同高度上的超声透射波波动特征，经过处理综合分析就能判别桩结构的完整性，如可能存在的缺陷性质、大小及空间位置。

（2）声测管的预埋和管材的选择

为了使探头能达到检测部位，必须预留若干检测通道。

因此，在采用超声检测时，必须在灌注混凝土前预埋声测管，混凝土硬化后无法抽出，该管道即成为桩的一部分，也是声通路的一部分，必须影响接收信号的分析。

而且它在桩的横截面上的布局，决定了检测的有效面积和探头提拉次数。

所以声测管的预埋是影响检测方式和信号分析判断的基本问题。

声测管材质的选择应考虑声能损失和安装定位的。

假定不计混凝土对声能的吸收衰减，而只考虑因声测管所引起的界面损失，则各界面声能透过系数可按下式计算：

（1）

式中：

T为透过系数，Z1、Z2为界面两侧介质的声阻抗率。

双孔测量时，声通路中有4个界面，总的声能透过系数应为：

T总=T1·T2·T3·T4

（2）

根据计算和试验，采用钢管时，双孔测量的声能通过率只有0.5%，塑料管则为42%，可见采用塑料管时接收信号比采用钢管时强。

但由于在地下水泥水化热不易发散，而塑料温度变形系数较大，当混凝土硬化后塑料管因温度下降而产生纵向和径向收缩，致使混凝土与塑料管局部脱开，容易造成误判。

试验证明，钢管的界面损失虽然较大，但仍有足够大的接收信号，而且安装方便，可代部分钢筋截面，还可作为以后桩底压浆的通道，所以采用钢管作声测管是合适的。

塑料管的声能透过率较高，如能保证它与混凝土良好粘结的前提下，也可使用。

（3）声测管预埋

声测管在桩的横截面上的布局有如图4所示的三种方式，图中阴影部分为检测有效区。

根据工地实测验证，直径1m以下的桩，采用方案I（两管对测），即可基本上反映全断面各部位的主要缺陷，1m以上的桩应采用方案Ⅱ（三管测量），该方案的“盲区”在中心位置，而中心位置产生缺陷的可能性最小，对于直径2.5m以上的大直径桩，则应采用方案Ⅲ（四管六次对测）。

声测管之间的不平行度应控制在一定的范围内，但在实际施工中，由于钢筋骨架刚度的原因，会造成一定的误差，应尽量控制。

（4）钻孔桩内部缺陷与判断

①用声时判断缺陷的PSD判据湖南大学吴慧敏教授提出一种新的判据形式，称为“相领两测点间声时的斜率和差值的乘积判据”，即PSD判据用公式表达PSD判据如下：

Ci=（ti-ti-1）2/（Hi-Hi-1）

（1）

式中：

Ci为第i个测点判据值；

ti，ti-1为相邻两测点声时值；

Hi，Hi-1为相令两测点深度值。

该判据抛弃了声时值按正态分布的假定，即常用的数理统计方法求出平均声时t和标准差，以

+2σ作为判据，凡声时t1＞

+2σ测点视为缺陷的分析方法，而建立在这样的基础之上，即缺陷区超声传播介质的性质发生穿梭变，因此声时值在缺陷区的变化规律是一不连续函数。

至少在缺陷区的边界上，该函数斜率增大。

当i处相邻两测点声时没有变化，判据Ci=0；当有变化时，由于Ci与（ti-ti-1）2成正比，Ci将大幅度提高。

因此PSD判据对缺陷十分敏感。

同时又可排除声测管不平行或混凝土不均匀引起声时变化等非缺陷因素的影响。

凡是在判据值较大的地方，均作为疑问区，作进一步的细测。

PSD判据可以与缺陷性质，大小建立理论关系式。

当缺陷为夹层时：

（2）

式中：

为夹层的临界判据，V1为完好混凝土的声速，V2为夹层中夹杂物的声速，

ΔH为测点间距，当某一测点判据值Ci＞Cc时，该点可初判为夹层。

当缺陷为空洞时：

（3）

式中：

R为孔洞半径，其余同前。

根据此式可列出孔洞CK～R对照表。

当缺陷为蜂窝时：

（4）

式中：

R为蜂窝半径，V3为蜂窝区声速，其余同前。

根据此式可列出蜂窝CK～R对照表。

理论上，通过以上三个公式提出的临界判据值或Ci～R对照表即可确定缺陷的性质和大小。

但由于缺陷区夹杂物声速（V2、V3）等参数是预先估计的，不可能和实际完全一致，甚至有较大的出入。

尤其是蜂窝、孔洞判据公式的推导，多是假定缺陷位于两声测管中部，实际上缺陷靠近桩周及声测管的情况更多些。

因而单纯依据PSD判据得出的缺陷大小和性质只是粗略的估计，尚需通过细测手段以缺陷大小进行空间定位及采用综合的分析方法对缺陷性质确定和复核。

②缺陷区空间定位——阴影重叠原则

采用超声脉冲法检测分为全桩扫测和有怀疑部位细测两步进行。

扫测一般采用平测或高差50cm的斜测，步进50cm为宜，扫测只读声进值。

一般确定以下原则，例如对Ф2.2钻孔桩，现场扫测时相邻50cm两点时差大于20μs，声波明显衰减，且在两个以上测试面相同高程有反映时需要作细测判断，并在报告中给予说明。

而对就一个测试面有反映的局部缺陷，一般不必过于拘泥。

所谓细测判断，就是对声时增加，波形衰减的异常区将测点由50cm加密至10cm，在测读声时的基础上同时观察声波波幅，波形的变化，综合动用这些物理量找出缺陷区造成的专用阴影范围。

即使用平测、双向斜测三组细测，阴影重叠区即为缺陷位置——称之为“阴影重叠原则”。

特别应该注意到，在混凝土中，由于各种不均匀界面的漫射和低频波绕射等原因，阴影边界往往十分模糊，加之由好混凝土到缺陷区一物质财富是渐变的，给确定阴影临界带来困难。

可以认为，在缺陷附近，声时值、波高及波形等任一物理量发生变化，都是有问题的信号，可视为缺陷区域上下临界线。

缺陷宽度在阴影限度的区域内以弧线连接确定。

还应注意双向斜测时斜度也是很重要的。

显然两探头高差越大，缺陷定位越准确，如果探头高差小于缺陷层厚，很可能误判为全断面低强区或夹层了。

因此，应尽量加大探头斜差。

实践证明，在混凝土达到28天龄期后，使且35kc探头，测距达4m，即斜差达2－3m时仍可测试。

对于全断面夹层还可利用扇形细测确定夹层的上下界面。

即一个探头固定，另一个探头上下移动，找到波高和声时的突变点。

作为夹层的临界点。

采用以上方法对缺陷竖直面定位后，可以各对测面为坐标系将缺陷宽度按比例反映到平面，作出较准确的缺陷平面图并计算出缺陷面积来。

管道布置越多平面定位就越准确，因而对Ф2.2m钻孔桩选择4孔测量是适宜的。

对设计者而言，缺陷面积是复核验算提出处理方法的重要依据，必须算准确，在全筋区段，

缺陷面积超过桩截面10％的桩都要进行处理。

③缺陷区性质的确定

利用PSD判据对于夹层的判断及定位是准确的。

对于蜂窝、孔洞、低强度区等局部缺陷定性误差较大，必须采用以下方法复核之。

A.缺陷区声速法

利用以上缺陷空间定位方法确定缺陷面积后，可计算出缺陷区介质声速。

简单推导如下，以ti-1为声波在好混凝土中传播声时，可以以t代表；ti为声波穿过缺陷区时间；L2为缺陷宽度；声速比较V1、V3分别为好混凝土和缺陷区杂质的声速。

则：

ti-1=L/V1

ti=L2/V3+（L-L2）/V1

所以，V3=LL2/[L（ti-ti-1）+L2ti-1]（5）

缺陷位于两声测管中间时应首先计算声波绕声速并与完好区混凝土声速比较，如绕射声速与好混凝土声速相符，则可确定声波以发生绕射，缺陷区为夹砂团的松散无强度的“孔洞”；如绕射声速小于好混凝土声速，则可确定声波从缺陷区内穿过，由式（5）缺陷声速V3后，参照表1确定缺陷性质：

表1混凝土声速分级标准

声速

（m/s）

＞4000

3500～4000

3000～3500

2500～3000

＜2506

性质

好混凝土

蜂窝

（低强区）

砾砂

（胶结）

泥沙

（松散）

泥土

B.综合判断法

超声脉冲在遇到局部缺陷时，通过夹杂物的声速一般低于正常混凝土，即声时增加；由于缺陷内夹杂物对声波能量吸收较多，造成接收波振幅的明显衰减；同时由于反射波散射波迭加结果，接收到的波形可能发生畸变等。

但缺陷不一定同时具备这样特征，且不同缺陷其特征表现不尽一样。

比如声时增加，声波可能并未衰减反而增加，声波衰减，声时却未增加等等，这样都与缺陷各类和性质有关，见表2：

表2综合定性判断表

声时

波幅

正常

（声速正常）

偏小

（声速偏高）

偏大

（声速偏小）

偏大

强度正常或偏高

强度较高，质量较好

强度较低或正常混凝土浆多石少

偏小

（衰减）

强度正常但表层不良或有内部缺陷

强度正常，混凝土石多浆少

强度偏低，质量不良，内部有缺陷

一般来说，完好混凝桩，声时曲线基本呈直线，无明显折点，波幅也无明显衰减。

蜂窝、局部夹泥沙团声时值有明显增加，最大相对差10～20％，波幅有衰减。

局部夹层和断桩声时值增加明显，声时曲线出现较大峰值，最大相对差大于30％，波幅衰减强烈。

对砾沙夹层可衰减到50～100％，对泥沙夹层则衰减达80～100％，声波几成一条直线，加大增益也无法测试，夹层厚度一般在50cm以上，是较好判别的。

（4）声透法其它评定方法和影响因素

①其它判断缺陷的分析方法简介

混凝土内存在缺陷，会使测试的声速、频率、波幅发生明显变化（降低），因此实测数据是判断砼缺陷的依据。

目前国内判断缺陷的数据分析方法除PSD法外还有概率法、斜率法、NEP法等。

它们选用参数基本为一项（声速或声时）或者多项。

A.概率法

该法是用单一的声速或频率参数进行分析的。

其步骤如下：

a.首先根据经验剔除可疑数据；

b.统计整根桩的测值（如声速或频率）的平均值μ和标准差σ，然后进行判断：

对某个低声速Ci值计算该点Ki值

（6－a）

再根据Ki值查正态分布表，求出Ci值出现的概率P（Ci）和允许出现的次数N·P（Ci）。

若N·P（Ci）＜1，说明在正常下一次也不能出现，但实际出现了，则该点为缺陷。

三个声学参数单独用于缺陷判断，则各有其优点和局限性。

如声时（或声速），相对其它两参数来说，能在各种情况下获得比较一致的物理量，受测试操作人员经验的影响较少，但缺点在于变化幅度和范围不大，对缺陷反映不敏感。

用频率值判别缺陷的优点是变化幅度较大，但需要有较熟练的测试技术，否则容易出现测试误差。

波幅对缺陷反应十分敏感，但受仪器、基桩砼质量影响大，致使不同桩间测试可比性差，而且测试精度相对偏低。

综上所述，用单一的声学参数作为判断的依据，必然有较大的局限性。

B.多因素概率分析法（简称NFP）

为了克服用单一参数判别缺陷的缺点，大桥局科研所研究推荐一种使用多因素：

声速、频率、波幅，通过对总体的概率分析，获得一个综合判断值NFP来判断缺陷的方法。

NFP值按下式计算的：

（i=1,2……n）（6－b）

式中：

NFP（i）――第i点的判据值

Ci、Fi、Ai――第i点的声速、频率波幅的相对值，即分别除以该桩各测点中最大值所得之商；

σ――以上述三个参数相对值之积为样本的标准差；

m――概率保证系数，它系根据与样本相拟合的夏里埃（CharLiar）概率密度函数及样本的偏相关系数、峰凸系数及其保证概率（如<0.01）所决定的。

当NFP值＜1，表示该处有缺陷，NFP值＞1，则无缺陷，其值越大，混凝土质量越好。

②几个影响因素的考虑和消除

A.t0及钢管、耦合水对计算声速的影响及修正

设计制作90×50×55mm长方体C18砂浆式块，在内预埋4根声测管（管材及型号与实际桩用同）。

利用平面探头及参考棒扣除机内tc后，以径向探头分别置于长、短方向孔中对测，以t代表各向声时测值，tc代表混凝土传播声时值，tˊ包括一定频率探头及一定长度电缆影响的机外t0，钢管壁传播时间ts，耦合水传播时间tw，L为测管中心距，D为声测管外径。

则有：

各向砂浆纵波速度应该一致，则：

即：

六个测向增均计算值t`＝24μs

因而现场声速按下式修正：

VM＝（L1－D）/（t-24）（7）

注意每次测试前均应使用50kc平面探头和声时参考棒扣除机内t0。

B.测距的影响和修正

实验室采用立方试件距只有15cm，而工程桩测距达100～200cm。

由于混凝土的衰减作用，当超声脉冲穿过混凝土时，其高频部分首先被衰减，穿越的距离越长，接收频率越低，接收波前沿明显平缓，因而在声时测读时使读数起始点后移，计算声速较低。

综合国内外部分研究资料，并通过一部分完好桩平均声速（已扣除tˊ）与预留试块声速成的比较，取以下修正值：

当测距L＝100cm时，Ki＝1.015

L＝150cm，Ki＝1.020

L＝200cm，Ki＝1.023

C.含水率的影响和修正

试件的湿度对声速有明显影响，含水率增加，声速也增加。

这是因为混凝土内毛细孔为水充填，而水的声速（1450m／s）大于空气中声速（340m／s）的缘故。

在实验室进行F－V曲线实验时，试块处于半干燥状态，实测含水率为1％，钻孔桩水下混凝土芯样实测含水率为3％。

我国南京水科院研究资料表明，混凝土含水率增加1％，则声速增加1％。

因此，取湿度修正系数K2＝0.98。

综合以上几种影响因素，钻孔桩第1点修正后超声声速按式（8）计算：

Vm1＝K1K2VHi（8）

式中：

K1为测距修正系数，K2为湿度修正系数，VHi为按（7）式修正声速。

D.声测管材料和管径

声测管材料选择以尽可能减少超声脉冲穿过管壁的声能损失及考虑施工方便为原则。

一般有如下几种：

a.塑料管：

由于塑料中声波传播速度介于水和混凝土之间，受阻碍引起的信号偏差小，声能通过率高，接受信号较强。

但由于塑料热胀系数和混凝土相差悬殊，混凝土凝固后塑料管因湿度下降而收缩，可能使管子与混凝土局部脱开，影响测试。

实际运用时要对外管壁洗涤拉毛处理；

b.钢管：

钢管与混凝土结合较好，这些管子可直接焊在钢筋笼上，在某些场合可视作主筋或部分替代主筋使用。

但钢管具较大的声阻抗值，发射声能通过率不如塑料管强，在混凝土龄期达到7天以上能满足测试要求；

c.波纹管：

如不考虑钢管替代主筋，可用铁皮卷制的波纹管制孔，以节省预埋钢管增加的一部分二次费用；

d.抽拨管在桩不很长，浇注时间可以控制的情况下，可用橡胶抽拨管成孔，这样形成的管道减少了界面声能反射损失，利于测试。

但要注意成孔质量和成孔后孔口保护。

测管直径以满足探头顺利通过即可。

目前使用的水密式径向探头，直径一般为25～35mm，因而测管内径以50mm左右为宜。

E.声测管埋置深度

借鉴在无筋区不设声测管，给竣工验收带来困难的教训，将声测管预埋到底（Ф2.2m桩下部25m无筋区段伸4根主筋固定声测管），从而不留下一点疑问区。

F.声测管平行度控制

由于声测法测桩依据于声波穿过两管间混凝土的时间，接收波形的衰减和畸变等物理量，因而要严格控制声测管平行管，不然对测值的分析及均一性评定都有较大影响，甚至造成误判。

实践证明，施工中分段预制钢筋笼，现场接长，每节钢筋笼（约10m）两端管距误差控制小于±2cm，则声测管倾斜度可控制在1‰以内。

4．质量保证措施

※由审核人、检测工程负责人及试验组组长等组成领导小组负责检测工作。

※进场检测前进行技术交底，明确检测目的及技术要求。

※由工程负责人与试验组长共同制定现场检测计划，经审核同意后实施。

※现场检测保证有两名以上持证人员。

※主要检测仪器检定合格，检测前后严格按本公司的相关实施细则及检测规范对仪器设备状态进行检查，检测过程中严格按操作手册进行操作。

※各环节严格按有关规范、规程、技术规定进行工作，实行检查签收制度，保证第一手资料和数据的真实可靠。

※检测报告执行检测、审核、批准签发制度。

5．施工方组织安排

5.1现场配合条件

（1）试验现场应保持平静，震动、噪音等环境条件应符合检测要求。

（2）提供桩位布置图、地质勘探报告、桩基施工记录等技术资料。

（3）提供所需的人员和机械配合。

5.2现场准备工作

5.2.1低应变检测：

（1）受检桩的龄期应不少于15天，砼强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。

（2）桩顶应凿除到新鲜砼面，并用打磨机在距桩中心1/2～2/3半径处将测点磨平（以均匀分布3个为宜），激振点桩中心也应磨平。

（3）准备好受检桩施工前后的所有资料，如施工记录、设计图纸等。

5.2.2超声波检测：

（1）受检桩的龄期应大于14天，砼强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。

（2）声测管应成三角形或正方形布置，并牢固的固定在钢筋笼内侧，互相平行，定位准确，并埋设至桩底，管底应封闭，管口，应加盖。

（3）声测管应高出桩顶，并灌注满清水，测量声测管标高，并检查声测管通畅情况；换能器应能在全程范围内升降顺畅。

（4）疏通声测管至桩底，并保证换能器顺利放置桩底。

（5）采用标定法确定仪器系统延迟时间。

（6）计算声测管及耦合水层声时修正值。

（7）在桩顶测量相应声测管外壁间距净距离。