基桩的声波透射法检测.doc

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1、基桩的声波透射法检测报告一、工 程 概 况桥梁长度约1140km，占正线长度86.5%；隧道长度约16km，占正线长度1.2%；路基长度162km，占正线长度12.3%；全线铺设无碴正线约1268公里，占线路长度的96.2%。有碴轨道正线约50公里，占线路长度的3.8%。全线用地总计5000km2。铁路桥梁基桩进行声波透射法检测。二、检测依据1. 工程设计文件及施工图；2.铁路工程基桩无损检测规程TB10218-99三、检测方法和适用范围检测方法检测目的适用范围桥梁基桩检测声波透射法检测混凝土灌注桩桩身缺陷及其位置、范围和程度，判定桩身完整性类别一般桩长50m或桩径2m的基桩；特殊结构桥梁的基

2、桩；地质条件复杂的基桩；设计有特殊要求的基桩或抗滑桩。1声波透射法检测声波透射法检测基桩结构完整性的基本原理是：由超声脉冲发射源在混凝土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混凝土内传播过程中表现的波动特征；当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能量明显降低；当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化及波形畸变程度等特性，可以获得测区范围内混凝土的声学参数。测试记录不同测试剖面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内混凝土的参考

3、强度和内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。 在基桩施工前，根据桩直径的大小预埋一定数量的声测管，作为换能器的通道。测试时每两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器发射出去，在另一根声测管中的声测管接收信号，声波检测仪测定有关参数并采集记录储存。换能器由桩底同时从下往上依次检测，遍及各个截面。声波透射法测桩的特点：检测全面、细致，现场操作简便，迅速，不受桩长、长径比的限制，一般也不受场地限制。声波透射法基桩质量检测工作程序框图声波发射与接收换能器检测仪器1非金属超声波检测仪材质与埋设声测管声测管成桩后互相平行2收集受检桩相关资料检测前准备检查测试系统工作状态标定仪器延时

4、，计算声时修正值3测量管口标高和声测管间净距声测管内注满清水，检查声测管畅通情况换能器置于声测管中，到管底同一高度现场检测设置仪器参数，进行检测（同步提升换能器）4实时显示和记录接收信号桩身质量可疑测点，进行复测声学参数计算资料整理绘制（V-Z）（Ap-Z）（f-Z）曲线5桩身砼缺陷判定桩身完整性类别综合判定2检测仪器1)声波发射与接收换能器应符合下列要求： 圆柱状径向振动，沿径向无指向性； 外径小于声测管内径，有效工作面轴向长度不大于150mm； 谐振频率宜为3060kHz； 水密性满足1MPa水压不渗水。2)声波检测仪应符合下列要求： 具有实时显示和记录接收信号的时程曲线以及频率测量或频谱

5、分析功能； 声时测量分辨力优于或等于0.5S,声波幅值测量相对误差小于5，系统频带宽度为1200kHz，系统最大动态范围不小于100dB。 声波检测仪应采用具有自动记录功能的仪器。3声测管埋设桩基施工单位必须高度重视和严格声测管埋设工作，监理要加强事前教育和过程检查，检测单位要向施工单位进行事先提示。确保声测管埋设一次合格。杜绝声测管堵塞现象。 沿直径布置 呈三角形布置 呈四方形布置D800mm 800mmD2000mm D2000mm图25 声测管布置示意图(注：图中阴影为声波的有效检测范围示意)1)材质与埋设 声测管应采用金属管，内径不宜小于40mm，管壁厚不应小于3.0mm。 声测管应下

6、端封闭，上端加盖，管内无异物；声测管采用绑扎方式与钢筋笼连接牢固（不得焊接）；每节声测管连接应积极采用丝扣（套筒）连接（不宜焊接），连接处应光滑过渡，不漏水；管口应高出桩顶100mm 以上，且各声测管管口高度应一致。2)保证声测管在成桩后相互平行。声测管应沿桩截面外测呈对称形状布置，如图25 布置并编号：沿直径布置 呈三角形布置 呈四方形布置D800mm 800mmD2000mm D2000mm图25 声测管布置示意图(注：图中阴影为声波的有效检测范围示意)检测剖面编组分别为：1-2；1-2，1-3，2-3；1-2，1-3，1-4，2-3，2-4，3-4。4. 现场检测前准备工作应符合如下规定

7、： 调查、收集待检工程及受检桩的相关技术资料和施工记录。包括：桩的类型、尺寸、标高、施工工艺、地质状况、设计参数、桩身混凝土参数、施工过程及异常情况记录等信息)。1） 将伸出桩顶的声测管切割到同一标高，测量管口标高，作为计算各测点高测量管口标高，作为计算各测点高程的基准；2） 将各声测管内注满清水，封口待检；3） 在放置换能器前，检查声测管畅通情况，以免换能器卡住或换能器电缆被拉断，造成损失；4） 准确测量桩顶面相应声测管之间外壁净距离，作为相应的两声测管间管距精确至1mm；5） 测试时径向换能器宜配置扶正器，保证换能器在管中居中，又保护换能器在上下提升中不致与管壁碰撞，损坏换能器。6） 桩身

8、强度应达到混凝土设计强度的70且不少于15Mpa。5现场检测现场检测过程宜分两个步骤进行，首先是采用平测法对全桩各个检测剖面进行普查，找出声学参数异常测点。然后，对声学参数异常的测点采用加密测试，必要时采用斜测或扇形扫测等细测方法进一步检测，这样一方面可以验证普查结果，另一方面可以进一步确定异常部位的范围，为桩身完整性类别的判定提供可靠依据。1) 将发射与接收声波换能器通过深度标志分别置于两根声测管中同一高度的测点处。2) 设置好仪器参数，进行检测。3) 发射与接收声波换能器应以相同标高或保持固定高差同步升降，测点间距不宜大于250mm。4) 实时显示和记录接收信号的时程曲线，读取声时、首波峰

9、值和周期值，宜同时显示频谱曲线及主频值。5) 将多根声测管以两根为一个检测剖面进行全组合，分别对所有检测剖面完成检测。6) 在桩身质量可疑的测点周围，应加密测点，或采用斜测、扇形扫测进行复测，进一步确定桩身缺陷的位置和范围。7) 在同一根桩的各检测剖面的检测过程中，声波发射电压和仪器设置参数应保持不变。8) 当声测管出现堵管情况时，按以下规定执行： 埋有两根或三根声测管，当某一根声测管桩底堵管采用斜测法时，两个换能器中点连线的水平夹角不应大于40o。 埋有四根声测管，当对角线上两根声测管堵管采用斜测法时，两个换能器中点连线的水平夹角不应大于40o，可采用斜测法检测。 其它情况下，在所堵声测管附

10、近钻芯，检测桩身混凝土完整性，并用钻芯孔作为通道进行声波透射法检测。此时应注意钻芯孔垂直度变化使发射和接受换能器间距变化对检测信号的影响。6资料处理1) 声学参数的计算和波形记录各测点的声时、声速v、波幅及主频f应根据现场检测数据，按下列各式计算，并绘制声速深度(v-z)曲线和波幅深度(z)曲线，需要时可绘制辅助的主频深度(f-z)曲线： 式中第i测点声时()； 第i测点声时测量值()； 仪器系统延迟时间()； 声测管及耦合水层声时修正值()； 每检测剖面相应两声测管的外壁间净距离(mm)； 第i测点声速(km/s)； 第i测点波幅值(dB)； 第i测点信号首波峰值(v)； 零分贝信号幅值(v

11、)； 第i测点信号主频值(kHz),也可由信号频谱的主频求得； 第i测点信号周期()。2) 判定依据桩身混凝土缺陷应根据下列方法综合判定： 声速低限值判据当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其视为可疑缺陷区。式中第i个测点声速值(km/s)； 声速临界值(km/s)。声速临界值采用正常混凝土声速平均值与2倍声速标准差之差，即： 式中 正常混凝土声速平均值(km/s)； 正常混凝土声速标准差； 第i个测点声速值(km/s)； n测点数。当检测剖面n个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用声速低限值判据。即实测混凝土声速值低于声速低限值时，可直接判定为异常。式中第i个测点声速值(km/s)；

12、 声速低限值(km/s)。声速低限值应由预留同条件混凝土试件的抗压强度与声速对比试验结果，结合本地区实际经验确定。 波幅判据波幅异常时的临界值判据应按下列公式计算： 式中 波幅平均值(dB)； n检测剖面测点数。当式上述成立时，波幅可判定为异常。 PSD判据当采用斜率法的PSD值作为辅助异常点判据时，PSD值应按下列公式计算：式中第i测点声时()；第i-1测点声时()；第i测点深度(m)；第i-1测点深度(m)；根据PSD值在某深度处的突变，结合波幅变化情况，进行异常点判定。当采用信号主频值作为辅助异常点判据时，主频深度曲线上主频值明显降低可判定为异常。3) 桩身完整性类别应结合桩身混凝土各声

13、学参数临界值、PSD判据、混凝土声速低限值以及桩身可疑点加密测试(包括斜测或扇形扫测)后确定的缺陷范围按下表的特征进行综合判定。桩身完整性判定类 别特 性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；两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常；局部混凝土声速出现低于低限值异常IV某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现明显异常；两个或两个以上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7.保证

14、声波透射检测结果可靠性技术措施为保证本次声波检测结果准确可靠，应们采取以下措施：为保证各测点质量，完成每组检测管测试后，测试点必须随机重复抽测10%-20%。应特别注意声时及波幅异常部位的重复抽测。测量的相对标准差可按下式计算：式中： 声时相对标准差；波幅相对标准差；第i个测点声时原始测试值(s)；第i个测点波幅原始测试值(dB)；第i个测点第j次抽测声时值(s)；第i个测点第j次抽测波幅值(dB)。以相对标准差作为评价测试可靠性的依据，声时相对标准差不应大于5%；波幅相对标准差不应大于10%。这时可认为该次测试是有效的。在运用上述数值判定桩内缺陷的大概位置、性质和大小后，还应在初定的缺陷区段

15、内采用声阴影重叠法仔细判定缺陷的确切位置、范围和大小。所谓声阴影重叠法，就是当超声脉冲波束穿过桩体并遇到缺陷时，在缺陷背面的声强减弱，形成一个声辐射阴影区。在声阴影区内，接收信号的波幅明显下降，同时声时值增大，甚至波形畸变。若采用两个方向检测，分别划出阴影区，则两个阴影区边界线交叉即为缺陷的范围。混凝土灌注桩检测中，当出现有缺陷的异常反应时，按上述方法排除偶然干扰后，对缺陷异常应采用各种测试方法进行认真、细致的检测，确切判定缺陷范围的大小和缺陷的性质，为资料解释和缺陷判断提供可靠的第一手测试数据。当基桩的测试结果出现异常现象后，应采取以下步骤进行缺陷检测：(1) 在大于异常区23倍范围内加密检

16、测点距，一般测点点距由原来的25cm，改为 5-l0cm，以达到较准确地确定缺陷范围的目的，即所谓缩小靶区。(2) 采用不同的超声透射方法，如高差同步法、扇形扫测法、声阴影重叠法等进行综合检测，其各类检测方法对不同的桩身中不同缺陷的应用方法如下所述：a.断桩位置的检测对于下图断桩位置检测结果是：当发射换能器固定发射，接收换能器在不同的。位置有不同的特征曲线：在位置1，接收的波形、波幅正常；位置2，波形不正常，一般情况下杂波干扰严重，波幅严重衰减；位置 3当为断桩时，接收器五接收信号出现。由此便判断位置2可能为断桩位置。但是为了精确判断断桩的可能性，还要将发射换能器固定于如图所示的不同的位置（发

17、射换能器-2）进行扇形扫测法进行检测。这样，既可以判断断桩的位置，还可以判断断桩的范围。断桩位置的判断检测方法：扇形扫测法 b.厚夹层位置的确定对于厚夹层上下界的定位,也可以采用上述方法进行检测。如下图厚夹层上下界面的定位，当固定发射换能器时，接收换能器位于位置1、位置2、位置3时，其波形特点分别为：在位置1，接收的波形、波幅正常；位置2，波形不正常，出现杂波干扰现象，波幅开始衰减；位置3，波形出现严重异常现象，杂波干扰严重，波幅衰减，严重时无波形出现。厚夹层上下界面的定位检测方法：扇形扫测法c.空洞、泥团、蜂窝等局部缺陷范围的判断对于空洞、泥团、蜂窝等局部基桩缺陷范围的判断，可以采用扇形扫测

18、法和高差同步法相结合的方法检测。如下图空洞、泥团、蜂窝等局部缺陷的判断中，图a)为扇形扫测法；图b)为高差同步法。根据一般的理论知识和检测经验可以知道：图a)中上下两接收换能器接收到的波形有轻微的减弱，波幅有所降低，会出现一定的杂波干扰；而中间的接收换能器接收到的波形和上下两接收换能器相比较，波形波幅显著降低，严重时甚至无波峰出现，波形杂乱无序。两图形综合分析可知异常是由如图所示空洞、泥团、蜂窝等缺陷引起。 空洞、泥团、蜂窝等局部缺陷范围的判断检测方法：a)扇形扫测法；b)高差同步法d.基桩缩径的判断基桩缩径现象是基桩工程施工过程中常见的缺陷类型之一，如何较准确的判断该类缺陷，也是基桩检测工作

19、中分析难度较大的问题。根据钻孔灌注桩施工的经验可知，由于采用泥浆护壁工艺，在混凝土水下灌注过程中，出现基桩缩径或泥浆包裹声测管等现象比较多见。因此，在基桩超声透射法检测中，在出现上述缺陷的情况下，应认真分析产生缺陷的类型，并采用各种有效的检测方法进行测试，进行综合分析判断后得出检测结论。缩径现象的判断，是采用高差同步法进行检测，桩中虚线部分波形出现异常，杂乱无章，波幅衰减；基桩中部实线部分波形正常。由此可以推知，桩中心完整，异常系由缩径引起。e.声阴影重叠法判断局部缺陷对于基桩在横截面上缺陷位置的判断，可采用在桩的缺陷处位置多测向叠加法确定，根据三边所确定的阴影部分，即可推算出缺陷在横截面上的

20、位置和范围。总之，对于缺陷桩的检测，应注意以下几个方面： 应制定较为合适的检测方案，尽可能作到各种检测方法综合使用，检测结果充分反映桩体实际缺陷类型。 在检测过程中应对检测数据进行及时的分析研究，对原检测方案中未预计到的问题及时补充修正。在数据分析时应充分利用声时、波幅和视频率等三个参数。一般情况下，缺陷部位相对于完整部位，声时大、波幅小，频谱分析结果主频不明显、频率成分较复杂；而完整部位却恰恰相反，声时小、波幅大，频谱分析结果主频明显，频率成分较简单。在分析判断过程中，注意搜集与工程施工有关的施工记录，工程地质、水文地质条件等，进行综合分析，对提高分析结果的精度，也是非常重要的。施工标段工程名称 墩台（号）填报人技术负责人填报日期填报单位监理单位基桩概况桩号设计桩径桩底/顶标高（m）强度等级桩型地质描述 墩桩位示意图 线 1 2 路 3 4 中 线 5 6 7 8 墩基桩施工情况桩 号混凝土 浇筑日期设计方量（m3）实际方量（m3）设计桩长（m）备注备注：（桩头尺寸及异常情况说明）