桥梁灌注桩超声波法和反射波法检测技术

桥梁灌注桩超声波法和反射波法检测技术概述超声波法和反射波法超声波法和反射波法的优缺点静荷载试验法

概述灌注桩的质量检测格外重要。目前工程中常用的钻孔灌注桩质量的检测方法主要分为两大类：基桩承载力检测和基桩完整性检测关于基桩承载力检测

承载力检测的方法有静荷载试验法、高应变法、动参数法、机械阻抗法(稳态、瞬态和随机激振)、水电效应激振频谱法和共振法。静荷载试验法称之为静力检验法，其它方法均称之为动力检验法。国内外工程实践证明，用静力检验法测试单桩竖向承载力，尽管有很多不利的因素，但还是不可替代的，其试验结果的可靠性也是无容质疑的。而对于动力检验法确定单桩竖向承载力，无论是高应变法还是低应变法，均是近几十年来国内外发展起来的新的测试手段，目前仍处于发展和继续完善阶段。基桩检测方法分类静载试验静载试验动载试验(大应变和小应变)另一类是灌注桩完整性检测。

灌注桩桩身完整性的检测方法主要有低应变法和超声波法，这两种方法优势独特，也正好弥补了静力检验法的不足。尤其是在大型的灌注桩工程中，不能也不可能在一个工程中做大量的静载试验。目前，在全国各地的桥梁建设中，桥梁桩基实行普查，有的地区采用反射波法，有的地区采用超声波法，也有的地区根据具体情况以上两种方法都采用，并规定了两种方法的使用比例。

超声波法和反射波法超声波法和反射波法以其设备轻便灵巧、现场工作量小、检测效率高、检测费用低等优点得到了广泛应用。2.1、超声法（CECS21:2000）超声脉冲波检测混凝土缺陷的原理

①超声脉冲波在混凝土中遇到缺陷时产生绕射，可根据声时及声程的变化，判别和计算缺陷的大小；②超声脉冲波在缺陷界面产生散射和反射，到达接收换能器的声波能量(波幅)显著减小，可根据波幅变化的程度判断缺陷的性质和大小；③超声脉冲波中各频率成份在缺陷界面衰减程度不同，接收信号的频率明显降低，可根据接收信号主频或频率谱的变化分析判别缺陷情况；④超声脉冲波通过缺陷时，部分声波会产生路径和相位变化，不同路径或不同相位的声波叠加后，造成接收信号波形畸变，可参考畸变波形分析判断缺陷。检测方式根据声测管埋埋置的不同情情况，可以有有如下三种检检测方式：（1）双孔检测（2）单孔检测（3）桩外孔检测测以上三种方式式中，双孔检检测是公路桥桥梁桩基检测测中普遍采用用的基本形式式，其他两种种方式只作为为特殊情况下下的补救措施施。测前准备和要要求(1)预埋检测管（2)现场检测前测测定声波检测测仪发射至接接收系统的延延迟时间，并并应按下式计计算声时修正正值：（3）在检测管内内应注满清水水。（4）将每2根检测管编为为一组，并测测量每一组检检测管中心间间的距离。检测方法首先将装设有扶正正器的接收及及发射换能器器置于检测管管内，调试仪仪器的有关参参数，直至显显示出清晰的的接收波形，，且使最大波波幅达到显示示屏的三分之之二左右为宜宜；然后宜由检测管底底部开始，将将发射与接收收换能器置于于同一标高，，测取声时、、波幅或频率率，并进行记记录；第三，发射与接收收换能器应同同步升降，测测量点距20～40cm，各测点发射射与接收换能能器累计相对对高差不应大大于2cm，并应随时校校正；发现读读数异常时，，应加密测量量点距。检测数据的处处理与桩身完完整性判定（1）概率法（2）PSD判据法正态分布①小误差比大误误差出现的机机会多，即小小误差的概率率大。②大小相等而而符号相反的的误差出现的的概率相等，，故误差分布布曲线对称于于纵。③极大的正负负误差出现的的概率非常小小。故大误差差一般不会出出现。标准误差越小小，曲线中部部升得越高，，两旁下降得得越快，曲线线突起，说明明观测值集中中，相反，当当标准误差大大时，曲线变变得越加扁平平，说明观测测值分散。所所以标准误差差标志着一组组数据的观测测精度，越小小则精度越高高，越大则精精度越低。（3）波幅(衰减量)判据法波幅(衰减量)比声速对缺陷陷反应更灵敏敏，可采用接接收信号能量量平均值的一一半作为判断断缺陷临界值值。波幅值以以衰减器的衰衰减量q表示，波幅判判断的临界值值qd有下列关系：：---波幅临界值（（dB）---波幅平均值（（dB）1倍610倍20100倍40100万倍120桩身完整性类类别判定Ⅰ类桩：各声测剖面每每个测点的声声速、波幅均均大于临界值值，波形正常常。Ⅱ类桩：某一声测剖面面个别测点的的声速、波幅幅略小于临界界值，但波形形基本正常。。Ⅲ类桩：某一声测剖面面连续多个测测点或某一深深度桩截面处处的声速、波波幅值小于临临界值，PSD值变大，波形形畸变。Ⅳ类桩：某一声测剖面面连续多个测测点或某一深深度桩截面处处的声速、波波幅值明显小小于临界值，，PSD值突变，波形形严重畸变。反射波法反射波法源于于应力波理论论，适用于检检测桩身混凝凝土的完整性性，推定缺陷陷类型及其在在桩身中的位位置，也可以以对桩长进行行校核，对桩桩身混凝土强强度等级作出出估计。基本原理：在桩顶进行竖向激振，弹性波沿着着桩身向下传传播，在桩身身存在明显波波阻抗界面(如桩底、断桩桩或严重离析析等部位)或桩身截面积积变化(如缩径或扩径径)部位，将产生生反射波。经接收、放放大滤波和数数据处理，可可识别来自桩桩身不同部位位的反射信息息。据此计算算桩身波速、、判断桩身完完整性和混凝凝土强度等级级。反射波法检测测系统检测方法1.首先凿去被测测桩桩头浮浆浆，平整桩头头，切除桩头头外露过长的的主钢筋，将将传感器稳固固地安置在桩桩头上；2.然后检查仪器器设备，进行行激振方式和和接收条件的的选择试验，，确定最佳激激振方式和接接收条件，设设置有关参数数；3.最后进行多次次重复激振与与接收，出现现异常波形应应在现场及时时研究，排除除影响测试的的不良因素后后再重复测试试，重复测试试的波形与原原波形应具有有相似性。实测曲线分析析与判定（1）反射波波形形规则，波列列清晰，桩底底反射波明显显，易于读取取反射波到达达时间及桩身身混凝土平均均波速较高的的桩为完整性性好的单桩。。（2）反射波到达达时间小于桩桩底反射波到到达时间，且且波幅较大，，往往出现多多次反射，难难以观测到桩桩底反射波的的桩，系桩身身断裂。（3）桩身混凝土土严重离析时时，其波速较较低，反射波波幅减少，频频率降低。（4）缩径与扩径径的部位可按按反射历时进进行估算，类类型可按相位位特征进行判判别，同相为为缩径，反相相为扩径。（5）当有多处缺缺陷时，将记记录到多个相相互干涉的反反射波组，形形成复杂波列列。此时应仔仔细甄别，并并应结合工程程地质资料、、施工原始记记录进行综合合分析。有条条件时尚可使使用多种检测测方法进行综综合判断。（6）桩体浅部断断裂的定性评评价，可通过过横向激振，，比较同类桩桩横向振动特特征之间的差差异进行辅助助判断。（7）在上述时域域分析的基础础上，尚可采采用频谱分析析技术，利用用振幅谱进行行辅助判断。。（8）桩身混凝土土的强度等级级可依据波速速来估计。波波速与混凝土土抗压强度的的换算系数，，应通过对混混凝土试件的的波速测定和和抗压强度对对比试验确定定。桩身完整性类类别Ⅰ类桩：桩端反射较明明显，无缺陷陷反射波，振振幅谱线分布布正常，混凝凝土波速处于于正常范围。。Ⅱ类桩：桩端反射较明明显，但有局局部缺陷所产产生的反射信信号，混凝土土波速处于正正常范围。Ⅲ类桩：桩端反射不明明显，可见缺缺陷二次反射射波信号，或或有桩端反射射但波速明显显偏低。Ⅳ类桩：无桩端反射信信号，可见因因缺陷引起的的多次强反射射信号，或按按平均波速计计算的桩长明明显短于设计计桩长。反射波法和超超声波法比对对检测反射波法和超超声波法目前前在全国应用用都比较普遍遍，但由于各各地的地质条条件不同、桩桩长桩径变化化较大、加之之对这两种方方法的优缺点点认同度差异异，各地采用用这两种方法法比例差别较较大。比较典型桩的的测试分析结结果报告格式及内内容见JTG/TF81-01-2004工程名称渭南桩基检测基地桩编号5测试桩长13.4m设计桩径0.6m砼标号C20灌注日期年月日检测日期2005年04月15日地质概况0～15m,粘土；实测反射波曲线波形分析

桩身完整，桩底反射明显，混凝土质量良好，与超声法检测结果基本一致。备注

标准试验桩，反射波形也比较标准。表1反射波法检测测曲线分析表表工程名称长安大学桥梁实验室试验桩桩编号1#测试桩长14.50m设计桩径1.40m砼标号C25灌注日期2001年06月08日检测日期2005年04月16日地质概况0～16.00m粘土；实测反射波曲线波形分析

桩身完整，桩底反射明显，混凝土质量良好，与超声法检测结果基本一致。备注

标准试验桩，反射波形也比较标准。表2反射波法检测测曲线分析表表工程名称长安大学桥梁实验室试验桩桩编号2#测试桩长15.10m设计桩径1.40m砼标号C25灌注日期2001年06月08日检测日期2005年04月16日地质概况0～16.00m,粘土；实测反射波曲线波形分析

桩身完整，桩底反射明显，在7.8处桩身有缩径反射信号（预埋砂袋），混凝土质量良好，超声法未检测出缩径，其他二者检测结果基本一致。备注

标准试验桩，反射波形也比较标准；对于轻微缩径（当缩径范围在声测管之外时），超声法不能检测出。表3反射波法检测测曲线分析表表工程名称郑少高速公路寺泉沟中桥桩编号1-2测试桩长15.50m设计桩径1.2m砼标号C25灌注日期2002年08月08日检测日期2002年08月20日地质概况大卵石土层。实测反射波曲线波形分析

该桩超声波法检测结果为Ⅲ类桩，桩身在6.7-9.5m之间全断面裹夹泥砂蜂窝；反射波法检测结果为桩身在7.0、9.8m处有缺陷反射信号，桩底反射信号不明显。备注该桩反射波形比较复杂，多处反射信号很难判定，现场应结合地质资料、施工记录综合分析，否则容易误判。表10反射波法检测测曲线分析表表寺泉沟中桥1-2桩在7.3～8.1m处取出的芯样样工程名称新郑高速公路刘江互通式立交桥桩编号7-5测试桩长55.50m设计桩径1.5m砼标号C30灌注日期2002年07月07日检测日期2002年08月23日地质概况1.00-12.30m，亚粘土；12.30-14.20m，亚砂土；14.2-24.0m，细砂；24.0-37.20m，中砂；37.20-41.80m，亚粘土；41.80-52.00m，中砂；52.0-60.00m，细砂；60.0-61.80m，亚粘土；61.80-65.00m，中砂。实测反射波曲线波形分析

该桩超声波法检测结果为Ⅲ类桩，桩身在6.0-10.0m处有离析、夹泥等缺陷；反射波法检测结果为桩底无反射信号，桩身8.0m左右有明显缺陷反射信号。备注

将该桩反射波信号与同工地正常桩反射波信号比较，可明显看出该桩质量较差，桩身上部有缺陷存在。表11反射波法检测测曲线分析表表刘江互通立交交桥7-5桩在6.6m处取出的芯样样典型缺陷桩反射波法和超超声波法的优优缺点研究4.1超声波法的优优缺点优点（1）判定桩身缺缺陷的准确性性高，这其中中包括缺陷的的性质（断桩桩、夹杂、混混凝土离析、、混凝土密实实度差等）和和缺陷的位置置（距桩顶高高度、在桩身身截面分布））以及缺陷的的大小；（2）当一条桩在在不同高度和和不同截面位位置有多处缺缺陷时，检测测过程互不影影响，可以分分别准确检测测出来；（3）对桩身缺陷陷的判定与地地质地貌无任任何关系，只只与实测声学学参数有关，，这就使缺陷陷性质的判定定比较容易；；（4）适用于检测测桩径大于0.8米以上的各种种类型灌注桩桩，对桩长没没有限制，因因此是长大桩桩完整性检测测的唯一最有有效的方法。。缺点（1）需要预埋声声测管，这既既增加了工程程造价，又给给施工带来了了许多麻烦；；（2）当声测管由由于各种原因因堵塞后，检检测无法进行行；（3）现场检测工工作量大，工工作效率低；；（4）数据处理工工作量大，必必须借助相应应分析处理软软件。4.2反射波法的优优缺点优点（1）现场检测工工作量小，工工作效率高；；（2）对桩的施工工过程不增添添任何工序，，不需要预埋埋声测管，因因此不会增加加工程造价；；（3）数据处理比比较快捷；（4）当桩身缺陷陷位置不很深深时（其深度度与地质情况况比较密切）），反射波法法能检测出缺缺陷的存在。。缺点（1）仅测出广义义波阻抗的相相对变化，可可以区分缩颈颈类与扩颈类类，

也可以以计算缺陷位位置，但却不不能确定缺陷陷性质、缺陷陷方位；（2）缺陷程度的的定量分析很很难达到理想想效果，目前前定量分析仍仍仅仅停留在在指导阶段，，缺陷程度也也只能定性给给出；（3）波速与振源源频率和混凝凝土强度间的的关系无法准准确给出，尚尚无理想的波波速计算公式式，而依据施施工桩长计算算波速的办法法存在很多具具体问题，因因此缺陷位置置的判断仍有有10%左右的误差；；（4）加速度计对对于长径比超超过一定限度度的桩、极浅浅部或太小的的缺陷，应力力波反射法无无法正确测量量。现有的测测试理论和技技术都难以解解决这些问题题。高频信号号传不下去，，测试范围有有限；低频信信号分辨率不不够，容易形形成绕射，漏漏判缺陷等等等；（5）桩身存在多多个缺陷时，，互相干扰，，深部缺陷容容易误判。同一工地桩身身波速平均值值的获取方法法同一工地完整整桩桩身波速速平均值的准准确取值，是是检测分析桩桩身质量和桩桩身缺陷的可可靠前提。当当某根桩露出出地面且具有有一定高度时时，可沿桩长长方向且满足足量测精度要要求的间隔距距离安置两个个振动传感器器，测出该桩桩段的波速值值，并可作为为该桩波速的的参考取值；；当无法获取取本工地实测测桩身平均波波速时，可按按类似工程的的检测数据或或经验取值。。提高分析判定定准确性的其其他方法结合地质资料料、施工记录录分析基桩完完整性。桩型、施工工工艺对基桩的的完整性以及及缺陷类型影影响很大。预预制桩、人工工挖孔桩不可可能缩颈，许许多质量事故故都发生在流流水处或地层层变化处，急急剧变化的地地层本身也会会产生回波等等等。查看地地质资料对确确定缺陷部位位、排除地层层影响很有必必要。综合分析同一一工程的所有有被测桩。单独分析一根根桩，不全面面衡量整个工工程情况，有有时非常危险险。同一工地地的地质和施施工状态大多多相似，寻找找各被测桩之之间的共性，，再回头分析析每一根桩是是提高分析效效果的有效手手段。有条件件的单位甚至至可以在每个个工程施工时时监督完成一一根按严格要要求施工的标标准桩，用于于校核各种分分析用数据，，提高分析准准确性。其他注意问题题由于桩身缺陷陷种类复杂，，实测曲线的的解释是一项项较为困难的的工作，与判判读人员的技技术水平和经经验密切相关关，因此检测测人员必须善善于总结经验验，最好能在在有试验桩的的单位实测已已知不同缺陷陷的试验桩，，体会不同缺缺陷的反射波波曲线特征。。静荷载试验法法基桩静载试验验-自平衡法JT/T738-2009一、钻芯法（（CECS03:88）灌注桩取出的的芯样二、回弹法（（JGJ/T23-2001）三、超声法（（CECS21:2000）观测项目、测测点布置及量量测仪器挠度应变裂缝荷载试验时桥桥梁坍塌2006年12月9日下午2时40分，北京市顺顺义区卧龙环环岛北侧一条条横跨减河的的景观悬索步步行桥在测重重时坍塌，10辆用来测重的的卡车随桥身身坠下后报废废，一名司机机在事故中骨骨折，另有两两人轻伤。据据了解，这座座桥全长120米，2004年11月开工，今年年9月建成。荷载试验时桥桥梁坍塌桥体与路基间间裂缝达一尺尺宽试验数据分析析及桥梁承载载力评定一、试验数据据分析规律性、异常常值、测值修修正应变测值修正正支点沉降影响响的修正温度影响修正正试验数据分析析及桥梁承载载力评定二、荷载试验验成果分析与与承载能力评评定1．结构工作状状况(1)校验系数校验系数是评评定结构工作作状况、确定定桥梁承载能能力的一个重重要指标。桥梁类型应变(或应力)校验系数挠度校验系数钢筋混凝土板桥0.20～0.400.20～0.50钢筋混凝土梁桥0.40～0.800.50～0.90预应力混凝桥0.60～0.900.70～1.00圬工拱桥0.70～1.000.80～1.00二、荷载试验验成果分析与与承载能力评评定(2)实测值与理论论值的关系曲曲线(3)相对残余变位位(或应变)不大于20％(4)动载性能2．结构的强度度及稳定性当荷载试验项项目比较全面面时，可采用用荷载试验主主要挠度测点点的效验系数数η来评定结构的的强度和稳定定性。3．地基与基础础当试验荷载作作用下墩台沉沉降、水平位位移及倾角较较小，符合上上部结构检算算要求，卸载载后变位基本本回复时，认认为地基与基基础在检算荷荷载作用下能能正常工作。。二、荷载试验验成果分析与与承载能力评评定4．结构的刚度度要求试验荷载作用用下，主要测测点挠度校验验系数应不大大于1。各点的挠度度不超过“桥规”规定的允许值值，即圬工拱拱桥：一个桥桥范围内正负负挠度的最大大绝对值之和和不大于L/1000，履带车和挂挂车要验算时时提高20％。钢筋混凝土桥桥梁桥主梁跨中中：梁桥主要悬臂臂端：桁架、拱桥：：二、荷载试验验成果分析与与承载能力评评定5．裂缝

结构类别

裂缝部位允许最大缝宽(mm)

其他要求

钢筋混凝土梁

主筋附近竖向裂缝0.25

腹板斜向裂缝0.30

组合梁结合面0.50

不允许贯通结合面

横隔板与梁体端部0.30

支座垫石0.50预应力混凝土梁梁体竖向裂缝不允许梁体纵向裂缝0.20

结构类别

裂缝部位允许最大缝宽(mm)

其他要求砖、石、混凝土拱拱圈横向0.30裂缝高小于截面高一半拱圈纵向0.50裂缝长小于跨言拱波与拱肋结合处0.20墩台墩台帽0.30墩台身经常受浸蚀性有筋0.20环境水影响无筋0.30不允许贯通墩台身截面一半常年有水，但有筋0