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

根据声测管埋置的不同情况，可以有如下三种检测方式：（1）双孔检测（2）单孔检测（3）桩外孔检测

以上三种方式中，双孔检测是公路桥梁桩基检测中普遍采用的基本形式，其他两种方式只作为特殊情况下的补救措施。测前准备和要求

(1)预埋检测管

（2)现场检测前测定声波检测仪发射至接收系统的延迟时间，并应按下式计算声时修正值：

（3）在检测管内应注满清水。（4）将每2根检测管编为一组，并测量每一组检测管中心间的距离。检测方法

首先将装设有扶正器的接收及发射换能器置于检测管内，调试仪器的有关参数，直至显示出清晰的接收波形，且使最大波幅达到显示屏的三分之二左右为宜；

然后宜由检测管底部开始，将发射与接收换能器置于同一标高，测取声时、波幅或频率，并进行记录；

第三，发射与接收换能器应同步升降，测量点距20～40cm，各测点发射与接收换能器累计相对高差不应大于2cm，并应随时校正；发现读数异常时，应加密测量点距。检测数据的处理与桩身完整性判定

（1）概率法

（2）PSD判据法正态分布①小误差比大误差出现的机会多，即小误差的概率大。②大小相等而符号相反的误差出现的概率相等，故误差分布曲线对称于纵。③极大的正负误差出现的概率非常小。故大误差一般不会出现。标准误差越小，曲线中部升得越高，两旁下降得越快，曲线突起，说明观测值集中，相反，当标准误差大时，曲线变得越加扁平，说明观测值分散。所以标准误差标志着一组数据的观测精度，越小则精度越高，越大则精度越低。（3）波幅(衰减量)判据法波幅(衰减量)比声速对缺陷反应更灵敏，可采用接收信号能量平均值的一半作为判断缺陷临界值。波幅值以衰减器的衰减量q表示，波幅判断的临界值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桩身完整性类别判定

Ⅰ类桩：各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值，波形正常。Ⅱ类桩：某一声测剖面个别测点的声速、波幅略小于临界值，但波形基本正常。Ⅲ类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值小于临界值，PSD值变大，波形畸变。Ⅳ类桩：某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值明显小于临界值，PSD值突变，波形严重畸变。

反射波法

反射波法源于应力波理论，适用于检测桩身混凝土的完整性，推定缺陷类型及其在桩身中的位置，也可以对桩长进行校核，对桩身混凝土强度等级作出估计。基本原理：在桩顶进行竖向激振，弹性波沿着桩身向下传播，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)或桩身截面积变化(如缩径或扩径)部位，将产生反射波。经接收、放大滤波和数据处理，可识别来自桩身不同部位的反射信息。据此计算桩身波速、判断桩身完整性和混凝土强度等级。

反射条波法饶检测贡系统检测方舒法1.首先凿怨去被测听桩桩头定浮浆，洪平整桩灿头，切甘除桩头蝇外露过态长的主坚钢筋，捉将传感貌器稳固址地安置兴在桩头奸上；2.然后检辟查仪器择设备，穴进行激盼振方式裙和接收应条件的乔选择试者验，确仪定最佳脊激振方前式和接摩收条件储，设置团有关参膏数；3.最后进梅行多次角重复激养振与接浩收，出离现异常践波形应膊在现场干及时研呜究，排封除影响钱测试的象不良因踏素后再废重复测顺试，重露复测试蜂的波形罩与原波尘形应具刑有相似液性。实测曲营线分析封与判定（1）反射肆波波形具规则，瞧波列清础晰，桩秋底反射粘波明显葛，易于漫读取反察射波到迈达时间久及桩身鬼混凝土补平均波界速较高运的桩为路完整性菜好的单劫桩。（2）反射涛波到达热时间小支于桩底指反射波嗓到达时滋间，且堪波幅较份大，往逼往出现旷多次反础射，难造以观测飞到桩底恢反射波仆的桩，崇系桩身慈断裂。（3）桩身撤混凝土踪蝶严重离邻析时，鹿其波速墙较低，节反射波栽幅减少而，频率信降低。（4）缩径摆与扩径克的部位辛可按反魂射历时遵进行估禾算，类彩型可按锈相位特绘征进行蚊判别，愉同相为喜缩径，波反相为兵扩径。（5）当陈有多害处缺领陷时满，将爆记录查到多利个相汁互干妥涉的庄反射降波组纸，形路成复吸杂波偿列。相此时排应仔垫细甄勤别，帽并应决结合宰工程泽地质跪资料堂、施剃工原福始记虎录进凭行综干合分喷析。哗有条汪件时柿尚可座使用转多种舱检测雕方法华进行美综合圈判断权。（6）桩体絮浅部断利裂的定她性评价炼，可通问过横向岸激振，闹比较同阿类桩横寸向振动等特征之渣间的差尤异进行畏辅助判裁断。（7）在上水述时域墨分析的鼠基础上忽，尚可榴采用频老谱分析你技术，铺利用振换幅谱进妇行辅助床判断。（8）桩身鞋混凝土眼的强度港等级可值依据波饼速来估稿计。波变速与混摊凝土抗谁压强度除的换算沃系数，仰应通过单对混凝葡土试件冠的波速孩测定和租抗压强荒度对比您试验确育定。桩身贞完整散性类债别Ⅰ类桩：桩端反层射较明选显，无剑缺陷反跳射波，权振幅谱慕线分布蒜正常，鹊混凝土霉波速处直于正常袋范围。Ⅱ类桩争：桩端协反射特较明用显，别但有附局部咐缺陷犁所产却生的垃反射燃信号航，混帽凝土羊波速惯处于贝正常肝范围漂。Ⅲ类桩：桩端反因射不明尖显，可薪见缺陷外二次反揭射波信腿号，或芹有桩端挺反射但诸波速明端显偏低奖。Ⅳ类桩：无桩怜端反押射信争号，绵可见佳因缺粗陷引肠起的菠多次废强反沿射信络号，旺或按躲平均遵波速膛计算胖的桩扔长明嚷显短拴于设监计桩充长。反射波卫法和超臭声波法惜比对检扰测反射波灯法和超困声波法浮目前在性全国应肌用都比箭较普遍唇，但由矛于各地拐的地质婆条件不蒸同、桩妇长桩径铃变化较至大、加虾之对这宋两种方估法的优已缺点认客同度差部异，各奴地采用箩这两种都方法比支例差别偿较大。比较典己型桩的舰测试分奔析结果报告格告式及内夏容见JTG控/T醒F81蹄-01刻-20夜04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反射突波法患检测顽曲线插分析俭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反射波亩法检测姓曲线分馅析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反射波化法检测叹曲线分罩析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反射波积法检测挺曲线分佛析表寺泉级沟中礼桥1-2桩在7.3～8.1侍m处取出职的芯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反射波昼法检测角曲线分彩析表刘江互肃通立交明桥7-5桩在6.6受m处取出脖的芯样典型勇缺陷装桩反射波挎法和超织声波法意的优缺向点研究4.兵1超声梯波法飘的优氧缺点优点（1）判定首桩身缺陷陷的准危确性高升，这其傲中包括笑缺陷的授性质（直断桩、店夹杂、职混凝土央离析、知混凝土惜密实度填差等）术和缺陷隶的位置帽（距桩怎顶高度衣、在桩趴身截面玩分布）快以及缺森陷的大补小；（2）当一毅条桩在妇不同高行度和不摸同截面蹦位置有立多处缺天陷时，太检测过末程互不析影响，蔬可以分敢别准确稻检测出装来；（3）对肝桩身吸缺陷绍的判锦定与壮地质拖地貌陪无任茅何关芹系，棋只与网实测仰声学箭参数锈有关权，这期就使修缺陷趟性质夸的判温定比躺较容滨易；（4）适厘用于含检测帅桩径夏大于0.8米以上寇的各种予类型灌辱注桩，灿对桩长结没有限肝制，因汽此是长些大桩完烫整性检球测的唯殊一最有罢效的方激法。缺点（1）需敞要预贷埋声挡测管庄，这顺既增扯加了吧工程尊造价制，又丑给施冻工带迹来了歉许多拌麻烦迁；（2）当联声测饭管由血于各雷种原捡因堵削塞后拔，检努测无月法进旱行；（3）现场足检测工证作量大幸，工作址效率低撤；（4）数据股处理工终作量大头，必须法借助相域应分析器处理软居件。4.2反射灵波法鞭的优排缺点优点（1）现场娇检测工叠作量小果，工作承效率高冤；（2）对访桩的躬施工盲过程丹不增柳添任钳何工吗序，仗不需四要预旗埋声条测管回，因卷此不线会增浙加工己程造型价；（3）数据护处理比桂较快捷被；（4）当响桩身充缺陷就位置徐不很减深时泳（其其深度汤与地撞质情拆况比尼较密慨切）骂，反赛射波件法能帮检测诉出缺夸陷的端存在仆。缺点（1）仅帅测出前广义译波阻无抗的祸相对舌变化鞭，可较以区警分缩绒颈类滔与扩皂颈类税，碍也可肃以计万算缺抖陷位农置，叫但却纱不能摄确定蔬缺陷跃性质葛、缺架陷方别位；（2）缺陷遇程度的菠定量分手析很难亿达到理抛想效果证，目前虾定量分闻析仍仅流仅停留依在指导沫阶段，瞧缺陷程贞度也只窃能定性煌给出；（3）波露速与蚊振源缺频率化和混差凝土鼻强度割间的袭关系备无法丈准确头给出陡，尚浸无理蒸想的材波速近计算趟公式惰，而怕依据黑施工雨桩长蜻计算慰波速虽的办也法存戚在很闲多具同体问楼题，烤因此梳缺陷鹿位置佳的判纺断仍家有10%左右的尸误差；（4）加疫速度乱计对些于长悔径比授超过经一定绘限度扭的桩快、极智浅部俭或太过小的温缺陷同，应申力波虑反射迫法无欢法正倚确测抢量。鱼现有迈的测宗试理砌论和眼技术厚都难讨以解蚁决这堂些问逢题。娘高频坝信号夜传不慈下去且，测醒试范该围有虫限；柱低频刚信号胶分辨岂率不半够，糠容易涉形成平绕射汤，漏狗判缺贸陷等钳等；（5）桩毙身存肺在多穷个缺惕陷时佳，互醒相干粉扰，片深部胖缺陷羞容易气误判缺。同一工侮地桩身醋波速平终均值的植获取方胡法同一枝工地抢完整长桩桩也身波针速平设均值创的准投确取毒值，圆是检炊测分数析桩纵身质树量和旷桩身逆缺陷封的可臣靠前键提。嘱当某住根桩隔露出渔地面隔且具晌有一跨定高焦度时寒，可和沿桩藏长方路向且荐满足易量测智精度烦要求羡的间树隔距端离安次置两夏个振判动传读感器堪，测盘出该研桩段携的波活速值冰，并棵可作饲为该棍桩波降速的愚参考爬取值宇；当钞无法盼获取论本工定地实迫测桩侦身平苦均波缎速时茶，可脖按类醉似工举程的信检测毯数据怪或经甘验取鬼值。提高分做析判定规准确性叛的其他阿方法结合像地质团资料枪、施西工记往录分逗析基长桩完慨整性雀。桩型用、施悠工工象艺对刷基桩渐的完皆整性纳以及童缺陷肌类型宅影响旨很大聪。预榜制桩嫩、人潮工挖竭孔桩幼不可齐能缩珠颈，捎许多酱质量均事故册都发偏生在烧流水数处或蹲地层舱变化提处，悄急剧跌变化音的地枝层本姻身也骡会产老生回餐波等锤等。下查看违地质裙资料猪对确妇定缺精陷部赴位、爽排除赶地层到影响财很有灯必要和。综合分馋析同一纸工程的星所有被志测桩。单独分社析一根遵桩，不岭全面衡迁量整个兵工程情厦况，有圣时非常垮危险。批同一工午地的地盯质和施沙工状态皱大多相嫁似，寻登找各被孙测桩之残间的共眠性，再秘回头分苦析每一体根桩是录提高分计析效果苍的有效勺手段。向有条件功的单位衣甚至可响以在每送个工程缓施工时豆监督完踪蝶成一根卷按严格浇要求施码工的标奶准桩，去用于校菌核各种胀分析用效数据，狮提高分符析准确纽奉性。其他注迁意问题由于容桩身器缺陷现种类乖复杂显，实搁测曲犬线的软解释益是一福项较萍为困偿难的帅工作议，与星判读纳人员耗的技鞠术水异平和陪经验借密切斜相关涌，因息此检飞测人财员必懂须善论于总凑结经患验，都最好孟能在钥有试伯验桩武的单撞位实灶测已诊知不材同缺葡陷的才试验惹桩，闪体会贿不同研缺陷借的反百射波让曲线警特征喷。静荷载甜试验法基桩绵静载连试验-自平衡已法JT/钓T7示38-嚼200璃9一、幻玉钻芯坦法（CE嫁CS奖0俊3:飞88）灌注桩脾取出的驴芯样二、回摩弹法（JG币J/慰T各23洽-2浮00枣1）三、典超声严法（CE塌CS迈2辆1:汪20勉00）观测项腥目、测壁点布置秘及量测爆仪器挠度应变裂缝荷载垮试验讯时桥斯梁坍纵塌20英06年12月9日下果午2时40分，看北京吨市顺回义区境卧龙周环岛浅北侧恒一条鹊横跨社减河妹的景订观悬体索步码行桥确在测竹重时犁坍塌宅，10辆用灵来测艺重的鹿卡车征随桥铺身坠钱下后剪报废拿，一愉名司干机在边事故征中骨抬折，糟另有运两人造轻伤摆。据匙了解栏，这涨座桥萌全长12梯0米，20毒04年11月开工交，今年9月建量成。荷载试常验时桥旧梁坍塌桥体与桃路基间椅裂缝达惧一尺宽试验数喷据分析途及桥梁历承载力屠评定一、试倡验数据袭分析规律性惕、异常炭值、测遣值修正应变趟测值企修正支点顾沉降怨影响腿的修罚正温度影钥响修正试验揭数据弯分析挽及桥谦梁承邪载力管评定二、缎荷载乏试验往成果牙分析虹与承酷载能贤力评贿定1．结构磁工作状点况(1)校验系喊数校验疤系数股是评石定结弄构工蚊作状输况、工确定论桥梁抖承载梢能力纸的一亿个重蕉要指错标。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、荷射载试验龄成果分鞭析与承泄载能力洪评定(2疾)实测值个与理论停值的关注系曲线(3加)相对贤残余问变位(或应变)不大于20％(4坝)动载性横能2．结构台的强度辅及稳定扎性当荷台载试秀验项踪蝶目比培较全叉面时灿，可炕采用俱荷载鹊试验搜主要熊挠度腿测点运的效珍验系躬数η来评定圈结构的田强度和似稳定性羞。3．地基纯与基础当试炉验荷贝载作恰用下窑墩台调沉降草、水认平位认移及观倾角丽较小门，符蜂合上迎部结由构检朵算要僻求，片卸载饶后变晕位基瓜本回抄复时葡，认熟为地搂基与赚基础妙在检触算荷筋载作繁用下包能正钉常工您作。二、荷肌载试验蜓成果分灶析与承漏载能力党评定4．结给构的怪刚度麻要求试验垦荷载侵作用走下，闹主要两测点浮挠度戴校验英系数政应不江大于1。各点廉的挠度净不超过“桥规”规定妇的允恢许值岗，即有圬工跑拱桥学：一袖个桥恋范围垦内正五负挠宏度的肢最大废绝对椒值之支和不刷大于L/1挪000，履带驳车和挂锈车要验现算时提源高20％。钢筋房诚混凝躲土桥梁桥灿主梁彼跨中删：梁桥膜主要窃悬臂药端：桁架述、拱币桥：二、荷啄载试验杆成果分瞒析与承得载能力品评定5．裂打缝

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0.25无侵蚀性影响无筋0.35干沟或季节性有水河流0.40有冻结作用部份0.20三、颈静载丸试验底报告1.试验概楚况2.试验的仅目的3.试验杂方案丸设计4.试验惩日期泥及试羞验的杯过程5.各项博试验览达到叼的精稀度6.试验救成果通与分牢析7.试验谢记录作摘录8.技术结崖论9.经验剪教训10.有关终图表巴、照嗓片一、帅桥梁睁动载溉试验挠的测茅试仪脏器1.测振错传感升器振动扰参数瓜有位造移、趴速度贩和加柄速度毅。一、桥