1、橋梁灌注樁超聲波法和反射波法檢測技術概述 超聲波法和反射波法超聲波法和反射波法的優缺點 靜荷載試驗法 概述灌注樁的質量檢測格外重要。目前工程中常用的鉆孔灌注樁質量的檢測方法主要分為兩大類：基樁承載力檢測和基樁完整性檢測關于基樁承載力檢測 承載力檢測的方法有靜荷載試驗法、高應變法、動參數法、機械阻抗法(穩態、瞬態和隨機激振)、水電效應激振頻譜法和共振法。靜荷載試驗法稱之為靜力檢驗法，其它方法均稱之為動力檢驗法。國內外工程實踐證明，用靜力檢驗法測試單樁豎向承載力，盡管有很多不利的因素，但還是不可替代的，其試驗結果的可靠性也是無容質疑的。 而對于動力檢驗法確定單樁豎向承載力，無論是高應變法還是低應變

2、法，均是近幾十年來國內外發展起來的新的測試手段，目前仍處于發展和繼續完善階段?；鶚稒z測方法分類靜載試驗靜載試驗動載試驗 (大應變和小應變)另一類是灌注樁完整性檢測。 灌注樁樁身完整性的檢測方法主要有低應變法和超聲波法，這兩種方法優勢獨特，也正好彌補了靜力檢驗法的不足。尤其是在大型的灌注樁工程中，不能也不可能在一個工程中做大量的靜載試驗。 目前，在全國各地的橋梁建設中，橋梁樁基實行普查，有的地區采用反射波法，有的地區采用超聲波法，也有的地區根據具體情況以上兩種方法都采用，并規定了兩種方法的使用比例。超聲波法和反射波法超聲波法和反射波法以其設備輕便靈巧、現場工作量小、檢測效率高、檢測費用低等優點得

3、到了廣泛應用。2.1、超聲法（CECS 21:2000）超聲脈沖波檢測混凝土缺陷的原理 超聲脈沖波在混凝土中遇到缺陷時產生繞射，可根據聲時及聲程的變化，判別和計算缺陷的大??； 超聲脈沖波在缺陷界面產生散射和反射，到達接收換能器的聲波能量(波幅)顯著減小，可根據波幅變化的程度判斷缺陷的性質和大小； 超聲脈沖波中各頻率成份在缺陷界面衰減程度不同，接收信號的頻率明顯降低，可根據接收信號主頻或頻率譜的變化分析判別缺陷情況； 超聲脈沖波通過缺陷時，部分聲波會產生路徑和相位變化，不同路徑或不同相位的聲波疊加后，造成接收信號波形畸變，可參考畸變波形分析判斷缺陷。 檢測方式 根據聲測管埋置的不同情況，可以有如

4、下三種檢測方式：（1）雙孔檢測（2）單孔檢測（3）樁外孔檢測 以上三種方式中，雙孔檢測是公路橋梁樁基檢測中普遍采用的基本形式，其他兩種方式只作為特殊情況下的補救措施。測前準備和要求 (1)預埋檢測管 （2) 現場檢測前測定聲波檢測儀發射至接收系統的延遲時間，并應按下式計算聲時修正值： （3）在檢測管內應注滿清水。 （4）將每2根檢測管編為一組，并測量每一組檢測管中心間的距離。檢測方法 首先將裝設有扶正器的接收及發射換能器置于檢測管內，調試儀器的有關參數，直至顯示出清晰的接收波形，且使最大波幅達到顯示屏的三分之二左右為宜； 然后宜由檢測管底部開始，將發射與接收換能器置于同一標高，測取聲時、波幅或

5、頻率，并進行記錄； 第三，發射與接收換能器應同步升降，測量點距2040cm，各測點發射與接收換能器累計相對高差不應大于2cm，并應隨時校正；發現讀數異常時，應加密測量點距。 檢測數據的處理與樁身完整性判定 （1）概率法 （2）PSD判據法正態分布小誤差比大誤差出現的機會多，即小誤差的概率大。大小相等而符號相反的誤差出現的概率相等，故誤差分布曲線對稱于縱。極大的正負誤差出現的概率非常小。故大誤差一般不會出現。標準誤差越小，曲線中部升得越高，兩旁下降得越快，曲線突起，說明觀測值集中，相反，當標準誤差大時，曲線變得越加扁平，說明觀測值分散。所以標準誤差標志著一組數據的觀測精度，越小則精度越高，越大則

6、精度越低。 （3）波幅(衰減量)判據法 波幅(衰減量)比聲速對缺陷反應更靈敏，可采用接收信號能量平均值的一半作為判斷缺陷臨界值。波幅值以衰減器的衰減量q表示，波幅判斷的臨界值qd有下列關系： -波幅臨界值（dB） -波幅平均值（dB） 1倍 610倍 20 100倍 40100萬倍 120樁身完整性類別判定 類樁：各聲測剖面每個測點的聲速、波幅均大于臨界值，波形正常。類樁：某一聲測剖面個別測點的聲速、波幅略小于臨界值，但波形基本正常。類樁：某一聲測剖面連續多個測點或某一深度樁截面處的聲速、波幅值小于臨界值，PSD值變大，波形畸變。類樁：某一聲測剖面連續多個測點或某一深度樁截面處的聲速、波幅值明

7、顯小于臨界值，PSD值突變，波形嚴重畸變。 反射波法 反射波法源于應力波理論，適用于檢測樁身混凝土的完整性，推定缺陷類型及其在樁身中的位置，也可以對樁長進行校核，對樁身混凝土強度等級作出估計?；驹恚?在樁頂進行豎向激振，彈性波沿著樁身向下傳播，在樁身存在明顯波阻抗界面(如樁底、斷樁或嚴重離析等部位)或樁身截面積變化(如縮徑或擴徑)部位，將產生反射波。經接收、放大濾波和數據處理，可識別來自樁身不同部位的反射信息。據此計算樁身波速、判斷樁身完整性和混凝土強度等級。 反射波法檢測系統檢測方法 1.首先鑿去被測樁樁頭浮漿，平整樁頭，切除樁頭外露過長的主鋼筋，將傳感器穩固地安置在樁頭上；2.然后檢查

8、儀器設備，進行激振方式和接收條件的選擇試驗，確定最佳激振方式和接收條件，設置有關參數；3.最后進行多次重復激振與接收，出現異常波形應在現場及時研究，排除影響測試的不良因素后再重復測試，重復測試的波形與原波形應具有相似性。 實測曲線分析與判定 （1）反射波波形規則，波列清晰，樁底反射波明顯，易于讀取反射波到達時間及樁身混凝土平均波速較高的樁為完整性好的單樁。（2）反射波到達時間小于樁底反射波到達時間，且波幅較大，往往出現多次反射，難以觀測到樁底反射波的樁，系樁身斷裂。（3）樁身混凝土嚴重離析時，其波速較低，反射波幅減少，頻率降低。（4）縮徑與擴徑的部位可按反射歷時進行估算，類型可按相位特征進行判

9、別，同相為縮徑，反相為擴徑。（5）當有多處缺陷時，將記錄到多個相互干涉的反射波組，形成復雜波列。此時應仔細甄別，并應結合工程地質資料、施工原始記錄進行綜合分析。有條件時尚可使用多種檢測方法進行綜合判斷。 （6）樁體淺部斷裂的定性評價，可通過橫向激振，比較同類樁橫向振動特征之間的差異進行輔助判斷。 （7）在上述時域分析的基礎上，尚可采用頻譜分析技術，利用振幅譜進行輔助判斷。 （8）樁身混凝土的強度等級可依據波速來估計。波速與混凝土抗壓強度的換算系數，應通過對混凝土試件的波速測定和抗壓強度對比試驗確定。樁身完整性類別 類樁：樁端反射較明顯，無缺陷反射波，振幅譜線分布正常，混凝土波速處于正常范圍。

10、類樁：樁端反射較明顯，但有局部缺陷所產生的反射信號，混凝土波速處于正常范圍。 類樁：樁端反射不明顯，可見缺陷二次反射波信號，或有樁端反射但波速明顯偏低。 類樁：無樁端反射信號，可見因缺陷引起的多次強反射信號，或按平均波速計算的樁長明顯短于設計樁長。 反射波法和超聲波法比對檢測 反射波法和超聲波法目前在全國應用都比較普遍，但由于各地的地質條件不同、樁長樁徑變化較大、加之對這兩種方法的優缺點認同度差異，各地采用這兩種方法比例差別較大。 比較典型樁的測試分析結果 報告格式及內容見 JTG/T F81-01-2004工程名稱渭南樁基檢測基地樁 編 號5測試樁長13.4m設計樁徑0.6m砼 標 號C20

11、灌注日期年 月 日檢測日期2005年 04月15日地質概況 015m,粘土；實測反射波曲線波形分析 樁身完整，樁底反射明顯，混凝土質量良好，與超聲法檢測結果基本一致。備 注 標準試驗樁，反射波形也比較標準。表1 反射波法檢測曲線分析表 工程名稱長安大學橋梁實驗室試驗樁樁 編 號1#測試樁長14.50m設計樁徑1.40m砼 標 號C25灌注日期2001年 06 月 08 日檢測日期2005年04月16日地質概況 016.00m粘土；實測反射波曲線波形分析 樁身完整，樁底反射明顯，混凝土質量良好，與超聲法檢測結果基本一致。備 注 標準試驗樁，反射波形也比較標準。表2 反射波法檢測曲線分析表 工程名

12、稱長安大學橋梁實驗室試驗樁樁 編 號2#測試樁長15.10m設計樁徑1.40m砼 標 號C25灌注日期2001年 06 月 08 日檢測日期2005年04月16日地質概況 016.00m,粘土；實測反射波曲線波形分析 樁身完整，樁底反射明顯，在7.8處樁身有縮徑反射信號（預埋砂袋），混凝土質量良好，超聲法未檢測出縮徑，其他二者檢測結果基本一致。備 注 標準試驗樁，反射波形也比較標準；對于輕微縮徑（當縮徑范圍在聲測管之外時），超聲法不能檢測出。表3 反射波法檢測曲線分析表 工程名稱鄭少高速公路寺泉溝中橋樁 編 號1-2測試樁長15.50m設計樁徑1.2m砼 標 號C25灌注日期2002年08月0

13、8日檢測日期2002年08月20日地質概況大卵石土層。實測反射波曲線波形分析 該樁超聲波法檢測結果為類樁，樁身在6.7-9.5m之間全斷面裹夾泥砂蜂窩；反射波法檢測結果為樁身在7.0、9.8m處有缺陷反射信號，樁底反射信號不明顯。備 注該樁反射波形比較復雜，多處反射信號很難判定，現場應結合地質資料、施工記錄綜合分析，否則容易誤判。表10 反射波法檢測曲線分析表 寺泉溝中橋1-2樁在7.38.1m處取出的芯樣 工程名稱新鄭高速公路劉江互通式立交橋樁 編 號7-5測試樁長55.50m設計樁徑1.5m砼 標 號C30灌注日期2002年07月07日檢測日期2002年08月23日地質概況1.00-12.

14、30m，亞粘土；12.30-14.20m，亞砂土；14.2-24.0m，細砂；24.0-37.20m，中砂；37.20-41.80m，亞粘土；41.80-52.00m，中砂；52.0-60.00m，細砂；60.0-61.80m，亞粘土；61.80-65.00m，中砂。實測反射波曲線波形分析 該樁超聲波法檢測結果為類樁，樁身在6.0-10.0m處有離析、夾泥等缺陷；反射波法檢測結果為樁底無反射信號，樁身8.0m左右有明顯缺陷反射信號。備 注 將該樁反射波信號與同工地正常樁反射波信號比較，可明顯看出該樁質量較差，樁身上部有缺陷存在。表11 反射波法檢測曲線分析表 劉江互通立交橋7-5樁在6.6m處

15、取出的芯樣 典型缺陷樁反射波法和超聲波法的優缺點研究4.1超聲波法的優缺點優點 （1）判定樁身缺陷的準確性高，這其中包括缺陷的性質（斷樁、夾雜、混凝土離析、混凝土密實度差等）和缺陷的位置（距樁頂高度、在樁身截面分布）以及缺陷的大??； （2）當一條樁在不同高度和不同截面位置有多處缺陷時，檢測過程互不影響，可以分別準確檢測出來； （3）對樁身缺陷的判定與地質地貌無任何關系，只與實測聲學參數有關，這就使缺陷性質的判定比較容易； （4）適用于檢測樁徑大于0.8米以上的各種類型灌注樁，對樁長沒有限制，因此是長大樁完整性檢測的唯一最有效的方法。 缺點 （1）需要預埋聲測管，這既增加了工程造價，又給施工帶來

16、了許多麻煩； （2）當聲測管由于各種原因堵塞后，檢測無法進行； （3）現場檢測工作量大，工作效率低； （4）數據處理工作量大，必須借助相應分析處理軟件。4.2 反射波法的優缺點 優點（1）現場檢測工作量小，工作效率高；（2）對樁的施工過程不增添任何工序，不需要預埋聲測管，因此不會增加工程造價；（3）數據處理比較快捷；（4）當樁身缺陷位置不很深時（其深度與地質情況比較密切），反射波法能檢測出缺陷的存在。 缺點 （1）僅測出廣義波阻抗的相對變化，可以區分縮頸類與擴頸類，也可以計算缺陷位置，但卻不能確定缺陷性質、缺陷方位； （2）缺陷程度的定量分析很難達到理想效果，目前定量分析仍僅僅停留在指導階段，

17、缺陷程度也只能定性給出； （3）波速與振源頻率和混凝土強度間的關系無法準確給出，尚無理想的波速計算公式，而依據施工樁長計算波速的辦法存在很多具體問題，因此缺陷位置的判斷仍有10%左右的誤差； （4）加速度計對于長徑比超過一定限度的樁、極淺部或太小的缺陷，應力波反射法無法正確測量。現有的測試理論和技術都難以解決這些問題。高頻信號傳不下去，測試范圍有限；低頻信號分辨率不夠，容易形成繞射，漏判缺陷等等； （5）樁身存在多個缺陷時，互相干擾，深部缺陷容易誤判。 同一工地樁身波速平均值的獲取方法 同一工地完整樁樁身波速平均值的準確取值，是檢測分析樁身質量和樁身缺陷的可靠前提。當某根樁露出地面且具有一定高

18、度時，可沿樁長方向且滿足量測精度要求的間隔距離安置兩個振動傳感器，測出該樁段的波速值，并可作為該樁波速的參考取值；當無法獲取本工地實測樁身平均波速時，可按類似工程的檢測數據或經驗取值。 提高分析判定準確性的其他方法 結合地質資料、施工記錄分析基樁完整性。 樁型、施工工藝對基樁的完整性以及缺陷類型影響很大。預制樁、人工挖孔樁不可能縮頸，許多質量事故都發生在流水處或地層變化處，急劇變化的地層本身也會產生回波等等。查看地質資料對確定缺陷部位、排除地層影響很有必要。 綜合分析同一工程的所有被測樁。 單獨分析一根樁，不全面衡量整個工程情況，有時非常危險。同一工地的地質和施工狀態大多相似，尋找各被測樁之間

19、的共性，再回頭分析每一根樁是提高分析效果的有效手段。有條件的單位甚至可以在每個工程施工時監督完成一根按嚴格要求施工的標準樁，用于校核各種分析用數據，提高分析準確性。 其他注意問題由于樁身缺陷種類復雜，實測曲線的解釋是一項較為困難的工作，與判讀人員的技術水平和經驗密切相關，因此檢測人員必須善于總結經驗，最好能在有試驗樁的單位實測已知不同缺陷的試驗樁，體會不同缺陷的反射波曲線特征。靜荷載試驗法基樁靜載試驗-自平衡法JT/T 738-2009一、鉆芯法（CECS 03:88）灌注樁取出的芯樣二、回彈法（JGJ/T 23-2001）三、超聲法（CECS 21:2000）觀測項目、測點布置及量測儀器 撓

20、度 應變 裂縫 荷載試驗時橋梁坍塌2006年12月9日下午2時40分，北京市順義區臥龍環島北側一條橫跨減河的景觀懸索步行橋在測重時坍塌，10輛用來測重的卡車隨橋身墜下后報廢，一名司機在事故中骨折，另有兩人輕傷。據了解，這座橋全長120米，2004年11月開工，今年9月建成。荷載試驗時橋梁坍塌 橋體與路基間裂縫達一尺寬 試驗數據分析及橋梁承載力評定 一、試驗數據分析 規律性、異常值、測值修正應變測值修正 支點沉降影響的修正溫度影響修正 試驗數據分析及橋梁承載力評定二、荷載試驗成果分析與承載能力評定 1結構工作狀況 (1)校驗系數 校驗系數是評定結構工作狀況、確定橋梁承載能力的一個重要指標。 橋梁

21、類型應變(或應力)校驗系數撓度校驗系數鋼筋混凝土板橋0.200.400.200.50鋼筋混凝土梁橋0.400.800.500.90預應力混凝橋0.600.900.701.00圬 工 拱 橋0.701.000.801.00二、荷載試驗成果分析與承載能力評定 (2)實測值與理論值的關系曲線 (3)相對殘余變位(或應變) 不大于20 (4)動載性能 2結構的強度及穩定性 當荷載試驗項目比較全面時，可采用荷載試驗主要撓度測點的效驗系數來評定結構的強度和穩定性。 3地基與基礎 當試驗荷載作用下墩臺沉降、水平位移及傾角較小，符合上部結構檢算要求，卸載后變位基本回復時，認為地基與基礎在檢算荷載作用下能正常工

22、作。 二、荷載試驗成果分析與承載能力評定4結構的剛度要求試驗荷載作用下，主要測點撓度校驗系數應不大于1。各點的撓度不超過“橋規”規定的允許值，即圬工拱橋：一個橋范圍內正負撓度的最大絕對值之和不大于L/1000，履帶車和掛車要驗算時提高20。鋼筋混凝土橋 梁橋主梁跨中： 梁橋主要懸臂端： 桁架、拱橋： 二、荷載試驗成果分析與承載能力評定 5裂縫 結構類別 裂縫部位允許最大縫寬 (mm) 其 他 要 求 鋼筋混凝土梁 主筋附近豎向裂縫 0.25 腹板斜向裂縫 0.30 組合梁結合面 0.50 不允許貫通結合面 橫隔板與梁體端部0.30 支座墊石0.50預應力混凝土梁梁體豎向裂縫不允許梁體縱向裂縫0.20 結構類別 裂縫部位允許最大縫寬 (mm) 其 他 要 求磚、石、混凝土拱拱圈橫向0.30裂縫高小于截面高一半拱圈縱向0.50裂縫長小于跨言拱波與拱肋結合處0.20墩 臺墩臺帽0.30墩臺身經常受浸蝕性有筋0.20環境水影響無筋0.30不允許貫通墩臺身截面一半常年有水，但有筋0.25無侵蝕