桥梁下部结构检测新技术课件

桥梁下部结构检测新技术桥梁下部结构检测新技术1 1w桥梁下部结构包括桥墩、桥台、基础。w桩基础能有效降低建筑物沉降，提高地基承载力。据不完全统计，我国年均桩基用量达300万根。桩基是结构的主要承重部分，同时又是隐蔽工程，因此，对桩基质量的检测尤为重要。本文主要研究桩基检测技术。w检测内容集中在完整性检测和承载力检测两方面。2国外桩基检测研究进展及现状 早在100多年以前就有人将桩假定为刚体模型，根据牛顿碰撞定律导出动力打桩公式，通过锤击能量、贯入度和一些经验常数估算单桩承载力。w上世纪30年代，应力波理论就被应用在打桩分析上。w60年代A.Smith提出了在桩基中应用的波动方程的差分数值解法。w从1964年到1975年，美国Case技术学院G.G.Goble领导的研究小组进行了桩基应力波检测测量技术和理论分析的系统研究，取得了丰富成果。w70年代中后期，美国PDI(PileDynamics,Inc.)根据波动方程半经验解析解原理，开始产生以PDA打桩分析仪为名的高应变动力试桩专用仪器。w其后又把桩作为连续模型，采用波动方程程序（CAPWAPC程序）对桩侧摩阻分布、端阻和桩身缺陷进行实测波形的拟合法分析。荷兰、法国等研制出了自己的桩基动测设备和相应分析程序。3国内桩基检测研究进展及现状 我国的桩动力检测理论研究与实践开始于20世纪70年代，包括两部分内容：一是研究开发具有我国特色的方法，二是对国外刚开始流行的高应变动测技术进行尝试。这些早期的探索与实践加速了动测技术的推广普及。20世纪80年代开始，以波动方程为基础的高应变法进入了快速发展期，但其检测仪器及其分析软件非常昂贵，功能和分析操作复杂。国内近十家单位相继从瑞典、美国引进了打桩分析仪PDA，其中少数单位同时引进了波形拟合软件CAPWAP。此后几年间，几乎在国内所有用桩量大的地区均展开了高应变法（也包括各种低应变法）的适用性、可靠性研究，动测设备的软硬件研制也取得了长足发展。4桩基检测概论桩基检测概论桩基检测技术是保证桩基质量的重要手段桩基检测技术是保证桩基质量的重要手段施工前的检测、施工中的检测、施工后的检测；施工前的检测、施工中的检测、施工后的检测；常规方法：常规方法：1 1、单桩竖向抗压静载试验；、单桩竖向抗压静载试验；2 2、单桩竖向抗拔静载试验；、单桩竖向抗拔静载试验；3 3、单桩水平静载试验；、单桩水平静载试验；4 4、钻芯法；、钻芯法；7 7、动力触探法；、动力触探法；5 5、高应变动测；、高应变动测；8 8、声波透射法；、声波透射法；6 6、低应变动测；、低应变动测；5静荷载试验法静荷载试验法w 基本原理及检测目的 桩基静荷载试验法是指在桩顶施加荷载，了解在荷载施加过程中桩土间的作用，最后通过QS曲线（即沉降曲线）判别桩的施工质量及确定桩的承载力。w适用范围 （1）适用于检测单桩的竖向抗压承载力。（2）可将桩加载至破坏，为设计提供单桩承载力数据，作为设计依据。6钻孔取芯法钻孔取芯法w基本原理及检测目的 钻孔取芯法主要是采用钻孔机对桩基进行抽芯取样，根据取出芯样，可对桩基的长度、混凝土强度、桩底沉渣厚度、持力层情况等作清楚的判断。w适用范围 钻孔取芯法适用于需要检测桩基长度、混凝土强度、桩底沉渣厚度、持力层情况等，在对嵌岩桩的检测中经常使用。7w基本原理：基本原理：w 该方法是使用小锤敲击桩顶，通过粘结在桩顶的传感器接收来自桩身的应力波信号，采用应力波理论来研究桩土的动态响应，反演分析实测速度信号、频率信号，从而获得桩的完整性结论。低应变动力检测低应变动力检测8桩基低应变检测技术桩基低应变检测技术9w检测目的 (1)检测桩身缺陷及扩颈位置。(2)判定桩身完整性类别。所谓完整性类别就是缺陷的程度，缺陷占桩截面多大比例，会不会影响桩身结构承载力的正常发挥。桩基动测实测曲线桩基动测实测曲线10基本原理：基本原理：用用重重锤锤冲冲击击桩桩顶顶，使使桩桩土土产产生生足足够够的的相相对对位位移移，以以充充分分激激发发桩桩周周土土阻阻力力和和桩桩端端支支承承力力，通通过过安安装装在在桩桩顶顶以以下下桩桩身身两两侧侧的的力力和和加加速速度度传传感感器器接接收收桩桩的的应应力力波波信信号号，应应用用应应力力波波理理论论分分析析处处理理力力和和速速度度时时程程曲曲线线，从从而而判判定定桩桩的的承承载载力力和和评评价桩身质量完整性价桩身质量完整性.高应变动力检测高应变动力检测11如图采用美国如图采用美国PDIPDI公司公司PALPAL型基桩高应型基桩高应变动测仪检测桩基。变动测仪检测桩基。检测目的检测目的:、判定单桩竖向承载力是否满足设、判定单桩竖向承载力是否满足设计要求计要求、检测桩身缺陷及位置，判定桩身、检测桩身缺陷及位置，判定桩身完整性完整性、分析桩侧和桩端阻力、分析桩侧和桩端阻力 12超声波透射法w该方法是在结构混凝土声学检测技术的基础上发展起来的。尤其是近几十年桥梁建设和高层建筑的突飞猛进，超长大直径混凝土灌注桩的大量使用，为该方法的发展提供了广阔的空间。13 超声波透射检测超声波透射检测 基本原理：基本原理：桩内预埋若干检测管作为检测通道，将发射装置和接收探头置于声测管中，管内充满清水作为耦合桩内预埋若干检测管作为检测通道，将发射装置和接收探头置于声测管中，管内充满清水作为耦合剂。剂。由脉冲信号发射器发射周期电脉冲，再由换能器转化成超声脉冲，穿过待测桩体，再由接收器由脉冲信号发射器发射周期电脉冲，再由换能器转化成超声脉冲，穿过待测桩体，再由接收器接收，接收，转化成电脉冲。根据声时转化成电脉冲。根据声时（混凝土测距间传播时间）、（混凝土测距间传播时间）、声速、振幅、频率以及波形等声学参数，可以分析声速、振幅、频率以及波形等声学参数，可以分析出混凝土内部缺陷的性质、大小及位置。出混凝土内部缺陷的性质、大小及位置。14 特点特点 超声法检测灌注桩混凝土质量是近年来逐渐发展起来的一种检测方法。它具有以下优点：超声法检测灌注桩混凝土质量是近年来逐渐发展起来的一种检测方法。它具有以下优点：1 1）检测细致，结果准确可靠；）检测细致，结果准确可靠；2 2）不受桩长桩径限制；）不受桩长桩径限制；3 3）无盲区声测管埋到什么部位就可）无盲区声测管埋到什么部位就可检测什么部位，包括桩顶低强区和桩底沉渣厚度；检测什么部位，包括桩顶低强区和桩底沉渣厚度；4 4）毋须桩顶露出地面即可检测，方便）毋须桩顶露出地面即可检测，方便施工；施工；5 5）可估算混凝土强度。）可估算混凝土强度。正因为如此，虽然该方法需预埋声测管，费用较高，但仍然得到广泛采用，特别是桥梁、正因为如此，虽然该方法需预埋声测管，费用较高，但仍然得到广泛采用，特别是桥梁、特大型灌注桩的检测。特大型灌注桩的检测。15JLJLTVTV数字超声电视数字超声电视钻孔超声波自动连续扫描检测的国际领先设备钻孔超声波自动连续扫描检测的国际领先设备 16（1 1）基桩成孔后，灌注混凝土之前，在桩内预埋若干根声测管作为声波发射和接收换）基桩成孔后，灌注混凝土之前，在桩内预埋若干根声测管作为声波发射和接收换能器的通道。声测管的布置数量和位置由桩径（能器的通道。声测管的布置数量和位置由桩径（D D）决定。）决定。检测步骤D1000mm1000mmD2000mmD2000mm17（2）用声波检测仪沿桩的纵轴方向以一定的间距逐）用声波检测仪沿桩的纵轴方向以一定的间距逐点检测声波穿过桩身各截面的声学参数，然后对这点检测声波穿过桩身各截面的声学参数，然后对这些检测数据进行处理，分析和判断，以确定桩身混些检测数据进行处理，分析和判断，以确定桩身混凝土缺陷的位置、程度，从而推断桩身混凝土的完凝土缺陷的位置、程度，从而推断桩身混凝土的完整性。整性。1819超声波探测混凝土内部缺陷的原理超声波探测混凝土内部缺陷的原理 当当混混凝凝土土无无缺缺陷陷时时，混混凝凝土土是是连连续续体体，超超声声波波在在其其中中正正常常传传播播。当当换换能能器器正正对对着着缺缺陷陷时时，情情况况就就不不一一样样了了。由由于于缺缺陷陷（空空洞洞、蜂蜂窝窝区区）的的存存在在，混混凝凝土土连连续续性性中中断断，缺缺陷陷区区与与混混凝凝土土之之间间成成为为界界面面（空空气气与与混混凝凝土土）。在在这这界界面面上上，超超声声波波传传播播情情况况发发生生反反射射、散散射射与与绕绕射射。超超声声波波经经过过缺缺陷陷后后接接收波声学参数将发生如下变化：收波声学参数将发生如下变化：20(1(1）空洞、松散等缺陷部位测得的声速要比正常部位小）空洞、松散等缺陷部位测得的声速要比正常部位小21(2）接收波振幅的变化接收波振幅的变化w 由由于于缺缺陷陷对对声声波波的的反反射射或或吸吸收收比比正正常常混混凝凝土土大大，所所以以当当超超声声波波通通过过缺缺陷陷后后，衰衰减减比比正正常常混混凝凝土土大大，即即接接收收波波的的振振幅幅将将减减少少。因因此此，和和声声时时（速速）一一样样，根根据据接接收收波波首首波波振振幅幅的的异异常变化也可以发现缺陷的存在。常变化也可以发现缺陷的存在。w 如如果果传传播播路路径径中中遇遇到到裂裂缝缝，由由于于裂裂缝缝对对声声波波的的强强烈烈反反射射，只只有有很很少少的的声声波波通通过过裂裂缝缝，接接收波振幅将大大降低，振幅的变化可以较灵敏地发现裂缝的存在。收波振幅将大大降低，振幅的变化可以较灵敏地发现裂缝的存在。2223(3)接收波波形的变化接收波波形的变化w当超声波通过混凝土内部缺陷时，由于混凝土的连续性已被破坏，使超声波的传播路径复当超声波通过混凝土内部缺陷时，由于混凝土的连续性已被破坏，使超声波的传播路径复杂化，直达波、绕射波等各类波相继到达接收换能器，它们具有不同的频率和相位，这些杂化，直达波、绕射波等各类波相继到达接收换能器，它们具有不同的频率和相位，这些波的叠加有时会造成波形的畸变。波的叠加有时会造成波形的畸变。2425桩身缺陷判定w桩身缺陷应根据声速临界值，波幅临界值及PSD判据进行综合判定。先绘制声时深度曲线，再用相邻两测点斜率K和两个声时差值t的乘积，绘制 h-K*t曲线（PSD判据）。w根据h-K*t曲线突变位置有缺陷的可能，初步判定缺陷位置，再根据声速深度曲线，波幅深度曲线及波形综合判定。26工程实例分析w被检测桩为K8+940 处某桥梁桩基础1 号 3 号,桩径1.2 m。桩底标高-27 m,C20 混凝土翻浆灌注,钢管声测管采用三角形布置方式（AB 剖面两声测管外壁距离75 cm,AC 剖面两声测管外壁距离78 cm,BC 剖面两声测管外壁距离80 cm）。换能器采用压电陶瓷式径向换能器,其长度约20 cm,检测所用声波仪为RSMSY5 非金属声波仪。27w通过检测数据的基本分析,对桩的质量进行初步判断,然后结合声时、声速和声幅的不同判断方法进行桩身质量的综合判断。w判断方法:当利用不同的判据得出各个测点的判据曲线均满足要求时,则在该测点处桩身质量完好;当利用声幅作为判据得出该测点处存在缺陷而利用声时、声速作为判据得出该处不存在缺陷时,可认为该处不存在缺陷。造成这种现象的原因是用声幅作为判据时,判据过于严格,往往会出现重判现象。当用不同的判据进行判断时,若均出现异常情况,则可断定该处存在缺陷。对于缺陷处应进行重复检测、分析和判断。28分析判断：w利用声幅作为判据可以看出在桩身的各个剖面均存在一定程度的缺陷,甚至个别测点处的缺陷还较为严重,而利用声时结合声幅作为判据时,可看出,除了在A B 剖面的0 m 3.2 m 左右的区域内存在缺陷外,在其他部分桩身是基本完好的。w根据规范 要求,该桩可判为二类桩。由现场钻芯取样并分析结果,上述的判断是基本正确的,因而该检测和分析方法是可行的,可以在实际工程中应用推广。29对基桩检测的几点建议w（1）对基桩检测的判定应综合分析各种条件、原因，单从曲线上获得数据是比较片面的，有时从曲线上不易判定。应综合各种分析方法，积累经验，提高检测水平，改善检测设备。w（2）低应变动测优点多，但也有不足之处，测试曲线具有多解性，少数桩因干扰因素波形有异常，但破坏的严重程度不够，用该方法很难测出。因此，可采用其他方法进行对比。30w（3）声学参数与缺陷类型有着某种对应关系，但目前不能根据声学参数明确判定缺陷类型，如能进一步研究，确定声学参数与缺陷类型的对应关系，对超声波检测方法具有重要意义。w（4）桩基是隐蔽工程，由于各种因素影响，桩身质量检测目前仍处于定性阶段，完全定量化更需要进行一个漫长的研究过程。因此，应深入研究，从而更加完善完整性桩身检测技术。31 32人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。33