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1、混凝土灌注桩检测本讲稿第一页，共四十七页第一篇第一篇 混凝土灌注桩检测技术概述混凝土灌注桩检测技术概述n灌注桩检测按测试手段可分为动力测试、静载试验和钻芯试验三大类。n按测试目的可分为承载力测试和完整性测试二大类n常用的检测方法有静载荷试验、高应变、钻芯试验、低应变、声波透射。本讲稿第二页，共四十七页第一章第一章 静载试验静载试验n单桩静载试验又可分为单桩竖向抗压静载试验、单桩竖向抗拔静载试验、单桩水平静载试验本讲稿第三页，共四十七页第一节 单桩竖向抗压静载试验n单桩竖向抗压静载试验就是对桩顶施加竖直向下的压力，并同时观测桩顶的沉降。n单桩竖向抗压静载试验是采用接近于竖向抗压桩的实际工作条件的
2、方法，确定单桩的竖向抗压承载力。n单桩竖向抗压静载试验图幻灯片 36本讲稿第四页，共四十七页n单桩竖向静载试验提供反力的方式有堆载、锚桩、堆载锚桩相结合三种方式n优点：试验直观，测试结果可靠n缺点：试验时间长，易受场地条件限制，成本高。本讲稿第五页，共四十七页第二节 单桩竖向抗拔静载试验n试验原理同抗压静载试验，不同的是施加的是竖直向上的力n反力采用反力桩或天然地基提供n可测量桩侧抗拔摩阻力分布或上拔量本讲稿第六页，共四十七页第三节 单桩水平静载试验n采用接近于水平受荷桩实际工作条件的试验方法，确定单桩水平临界荷载和极限荷载，推定土抗力参数，或对工程桩的水平承载力进行检验和评价本讲稿第七页，共
3、四十七页第二章 高应变检测n高应变是通过在桩顶施加一定的打击力，从而在桩顶产生一定能量的激振，用力传感器和加速度传感器接收振动波在桩身传播的信息，然后根据波动论计算桩的测试承载力大小，并能定量分析桩身完整性。n高应变测试结果计算方法有CASE法和拟合法n高应变检测示意图如下幻灯片 35本讲稿第八页，共四十七页第三章 钻芯法检测n钻芯法用来检测灌注桩的桩长、混凝土强度、桩底沉渣厚度和桩身完整性，还能判定或鉴别桩底端持力层岩土性状n在完整性检测类别中，钻芯法最直观最准确，常用来验证其它检测手段的检测结果。本讲稿第九页，共四十七页第四章 低应变检测n低应变检测原理跟高应变检测相同n跟高应变不同之处是
4、激振能量小几个数量级，桩身产生的应变量也小几个数量级n低应变只能检测桩身完整性，所以桩顶不需安装力传感器n低应变检测示意图幻灯片 34n低应变现场检测操作简单，检测速度快，适宜对工程中的基桩普遍检测，故在中小型桩的完整性检测中应用很广本讲稿第十页，共四十七页第二篇第二篇 声波透射法检测声波透射法检测 第一章第一章 检测设备检测设备n混凝土灌注桩超声波检测设备主要有三大部分:换能器、超声仪、提升装置。本讲稿第十一页，共四十七页 第一节 换能器n换能器的工作原理幻灯片 37n换能器的种类n 换能器有径向换能器和平面换能器，基桩检测中用的是径向换能器n换能器的性能要求幻灯片 38n 谐振频率要求n
5、指向性n 尺寸要求n 水密性要求n 频带宽度本讲稿第十二页，共四十七页n超声仪是声波检测的主机部分，现在常用的声测仪主要有以下五个部分组成：高压发射与控制、程控放大与衰减、A/D转换与采集、计算分析与存贮、信息输入与输出。其有关的性能参数要求如下幻灯片 39n声波发射脉冲、电压要求n接收放大器频带宽度和增益范围要求第二节 超声仪本讲稿第十三页，共四十七页n采集器精度及频率要求n计时显示系统要求n其它要求本讲稿第十四页，共四十七页第三节 提升装置n按深度记录方式来分，可分为人工记录换能器深度和仪器自动记录换能器深度两种装置。n人工记录深度应要求测绳上有清晰的长度标志，刻度最小单位宜与测试步距相等
6、，一般为20cm或25cm。本讲稿第十五页，共四十七页第二章第二章 检测数据分析与判定检测数据分析与判定第一节第一节 现场检测现场检测n一、前期准备工作一、前期准备工作n 声测管埋设要点及埋置数量n 检测声测管畅通情况n二、现场准备 本讲稿第十六页，共四十七页n 搜集备检基桩的成桩参数n 检查声测管内是否注满清水n 测试系统零声时设定幻灯片 41本讲稿第十七页，共四十七页n三、仪器参数设定n 设置基桩参数n仪器常见状态参数设定幻灯片 44n采样间隔n采样点数n延迟时间n发射脉宽n频带宽度n零声时本讲稿第十八页，共四十七页四、现场测试示意图本讲稿第十九页，共四十七页第二节第二节 检测数据分析与判
7、定检测数据分析与判定n声测时根据接收波形可测得的声学参数有声时t、声幅A、频率fn声速可以根据收发间距和声时计算出来n判定桩身混凝土缺陷需要给制声速-深度曲线、波幅-深曲线，k.T曲线和频谱分析可作为辅助异常判据。n声速异常点、波幅异常点均应作为可疑缺陷区本讲稿第二十页，共四十七页一、声速判据n混凝土中有缺陷区时，声速最容易出现异常。n声速异常点的判别计算方法二、波幅判据 混凝土有缺陷时，波幅也常常会出现异常。波幅异常点的判别计算方法本讲稿第二十一页，共四十七页n三、PSD判据nKT曲线的含义nkT曲线上PSD值的计算方法幻灯片 30n四、波形分析。n 更进一步确定可疑缺陷的影响程度可借助测点
8、波形分析。幻灯片 31本讲稿第二十二页，共四十七页n五、斜测n平测发现某个测面有缺陷时斜测可确定缺陷的精确范围n斜测确定缺陷方法示意图幻灯片 46本讲稿第二十三页，共四十七页第三节 数据分析计算实例n有一根桩某一测面换能器收发间距为960mm,该测试系统零声时为25us。测读出的数据如下表,试通过计算判断该测面混凝土有无异常点。本讲稿第二十四页，共四十七页序号深度m波幅dB声时us序号深度m波幅dB声时us10.10 84.33 211143.35 91.05 19520.35 83.46 212153.60 90.66 19830.60 82.50 208163.85 92.78 19940
9、.85 81.97 211174.10 90.95 20351.10 83.46 212184.35 91.51 20361.35 81.70 207194.60 88.13 20671.60 82.50 208204.85 86.02 20081.85 65.85 235215.10 91.33 20692.10 76.48 241225.35 87.86 204102.35 80.50 212235.60 93.31 204112.60 91.33 204245.85 93.16 209122.85 89.49 209256.10 89.71 209133.10 90.56 201266.
10、35 89.60 209本讲稿第二十五页，共四十七页1、声速-深度曲线上声速低于临界值的测点为声速异常点 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 Vd=v 2vn声速平均值和正常混凝土声速标准差按如下公式求得本讲稿第二十六页，共四十七页本讲稿第二十七页，共四十七页波幅平均值减6dB作为波幅监界值，当实测波幅低于波幅监界值时，应将其作为可疑缺陷区。混凝土中有缺陷时,波幅出现异常比声速异常更为敏感.本讲稿第二十八页，共四十七页理论和实线都证明,K.T曲线作为辅助异常判据的作用非常明显.尤其是当声速离散性较大时,根据PSD值的大小可以进一步判断出是混凝土缺陷还是声测管不平行造成的。P
11、SD值用如下公式求得本讲稿第二十九页，共四十七页根据前面三种判据方法能判定可疑缺陷区，更进一步确定可疑缺陷的影响程度可借助测点波形分析。波形分析包括分析波形是否有畸变和对波形进行频谱分析 波形突然产生畸变说明混凝土中有缺陷存在，畸变的严重程度根缺陷的严重程度密切相关。在其它参数相同的前提条件下，如果混凝土是匀质的，各测点接收到的波形的主频应该是相近的。如果声波传播的混凝土中有缺陷，声波会有频散现象产生，接收到的声波主频会显著下降。对可疑测区的测点波形进行频谱分析也能辅助判定缺陷的严重程度。规则波形与畸变波形典型图例如下图。本讲稿第三十页，共四十七页本讲稿第三十一页，共四十七页本讲稿第三十二页，
12、共四十七页n低应变检测意图锤 桩 身桩基动测仪打 印计算机分析处理传感器本讲稿第三十三页，共四十七页本讲稿第三十四页，共四十七页本讲稿第三十五页，共四十七页换能器是一种可以将机械能和电能互换的装置。在超声波检测时，超声仪施加给发射换能器电压，发射换能器产生振动形成机械波，另一端的接收换能器接收到声波的振动后产生电压传给超声仪。换能器的工作原理示意图动画本讲稿第三十六页，共四十七页1、谐振频率要求。宜在25kHz50kHz之间，频率过高时，声波在混凝土中的穿透能力下降，接收信号微弱；频率过低时，对缺陷敏感性降低。2、指向性。径向水平面应无指向性。3、尺寸要求。在满足前面2条的前提下，换能器外径越
13、小越好，长度越短越好。（有利于其在声测管中上下顺利移动）。一般要求外径不宜大于32mm，长度不宜大于25cm。4、水密性要求。在1MPa水压下能正常工作，对应测试桩长为100m。水密性好坏直接影响换能器使用寿命.5、接收换能器带有前置放大器时，频带宽度宜为560kHz。本讲稿第三十七页，共四十七页1、声波发射应采用高压阶跃脉冲或矩形脉冲，电压最大值不小于1000V,且可调分档。2、接收放大器的频带宽度为5200kHz，增益不应小于100dB，放大器的噪声有效值不大于2V；波幅测量范围不小于80dB,测量误差小于1dB。3、采集器模-数转换精度不低于8bit，采样频率不小于10MHz,最大采样长
14、度不小于32kB。本讲稿第三十八页，共四十七页4、计时显示范围应大于2000V，精度优于0.5V，计时误差不应大于2%。5、为了适应建筑工程的快节奏，达到高效率和高精度的标准，建设部规范尚要求超声仪具有实时显示和记录信号的时程曲线的功能，并有频率测量或频谱分析的功能。现在的主流超声仪也都具有此项功能。返回 第二节 超声仪本讲稿第三十九页，共四十七页系统零声时包括两部分：仪器系统延迟时间t0、声时修正值t 仪器系统延迟时间t0包括电脉冲从触发器到换能器之间的传输时间、换能器的电能声能互换时间、声波在换能器壳体间的传播时间三部分。本讲稿第四十页，共四十七页n声时修正值t的产生 看如下示意图，我们可
15、以把声波在两个换能器之间传播的路径分为s1、s2、s3三段，s2是声波在桩身砼中的行程，s1和s3是声波在声测管壁和声测管中的清水中的行程，s1和s3大小相等，t就是声波在s1和s3段中的传播时间，故应该把t从测读出的声时中剔除。本讲稿第四十一页，共四十七页本讲稿第四十二页，共四十七页n采样间隔 采样间隔设定越大，屏幕上显示波形横向越窄，反之越宽，为了仪器自动判读方便，波形显示不宜太宽太窄，一般采样间隔为1us左右。n采样点数,一般512点已能够满足声波检测。n延迟时间，延迟时间可以这样理解，超声仪在t1时刻发射脉冲后，产生的声波首波经过时间t1后被接收到，让仪器在t1时刻后经过t2才开始采集
16、接收到信号，只要t2 t1，就不影响接收信号信息的完整性。而且可以方便声时声幅的判读，在有限的屏幕范围内显示更多的有用的采样信息。本讲稿第四十三页，共四十七页n发射脉宽,一般为10us，发射脉宽过大会使接收波形产生畸变。n发射电压 常见的有500V1000V两个档，当收发间距较长或信号衰减较快时可用高电压。n通频带 根据规范要求，设置的频带范围宜在560kHz，设置的低通截止频率如果过高，会使本可以忽略的缺陷也被放大，显得过于苛刻。高通截止频率过高，使应该反映的缺陷不能客观反映出来，形成漏判。n零声时 根据仪器标定的系统零声时和现场测定的声时修正值，二者之和即是。设好仪器零声时后，仪器在计算时自动将读出的声时减掉仪器零声时。本讲稿第四十四页，共四十七页本讲稿第四十五页，共四十七页本讲稿第四十六页，共四十七页本讲稿第四十七页，共四十七页