课题二钻挖孔灌注桩检测.docx

课题二钻挖孔灌注桩检测.docx

《课题二钻挖孔灌注桩检测.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《课题二钻挖孔灌注桩检测.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

课题二钻挖孔灌注桩检测

第九章钻孔灌注桩检测

【内容提要】

教学内容：

1、施工过程检测.

2、混凝土钻孔灌注桩完整性检测.

教学要求：

应知：

混凝土钻孔灌注桩施工过程检测项目.

应会：

混凝土钻孔灌注桩检测方法.

钻（挖）孔灌注桩的检验，主要包括三个方面：

一是施工前的检验（原材料检验、配合比检验、施工机具检验），二是施工过程检验，三是桩完整性检验。

原材料与配合比检验在《公路建筑材料》书中讲述，本课题重点介绍施工过程的一些检测项目与方法及桩完整性检测。

第一节施工过程检测

由于钻（挖）孔灌注桩是采用不同的钻孔（或挖孔）方法，在土中形成一定直径的井孔，达到设计标高后，将钢筋骨架吊人井孔中，灌注混凝土（或水下混凝土）成为桩基础的一种施工工艺，目前虽然有比较成熟的施工方法，但是，由于地质复杂或其他原因，容易出现质量事故，因此其检测项目较多。

（一）施工筑岛

1．筑岛面积应按钻孔方法、机具大小等要求决定；

2．筑岛高度应高于最高施工水位0.5～1.0m；

3．筑岛材料及岛面与地基承载力应满足设计要求；

4．平台须牢靠稳定，能承受工作时所有静、动荷载；

（二）护筒

1．护筒内径宜比桩径大200～400mm；

2．护筒中心竖直线应与桩中心线重合，除设计另有规定外，平面允许误差为50mm，竖直线倾斜不大于1%，干处可实测定位，水域可依靠导向架定位；

3．护筒高度宜高出地面0.3m或水面1.0～2.0m。

当钻孔内有承压水时，应高于稳定后的承压水位2.0m以上。

若承压水位不稳定或稳定后承压水位高出地下水位很多，应先做试桩，鉴定在此类地区采用钻孔灌注桩基的可行性。

当处于潮水影响地区时，应高于最高施工水位1.5～2.0m，并应采用稳定护筒内水头的措施。

4．护筒埋置深度应根据设计要求或桩位的水文地质情况确定，一般情况埋置深度宜为2～4m，特殊情况应加深以保证钻孔和灌注混凝土的顺利进行。

有冲刷影响的河床，应沉入局部冲刷线以下不小于1.0～1.5m。

5．护筒连接处要求筒内无突出物，应耐拉、压，不漏水。

（三）成孔质量检验及质量标准钻、挖孔在终孔和清孔后，应进行孔位、孔深、孔径、孔形和倾斜度等检查。

1．孔位

复测桩位时，桩位测点选在新鲜桩头面的中心点，然后测量该点偏移设计桩位的距离，并按坐标位置，分别标明在桩位复测平面图上。

测量仪器选用精密经纬仪或全站仪。

2．孔深

可根据钻机的钻杆或钢丝绳下钻锥达到的深度确定，亦或采用测深仪或测锤检测。

用测锤检测时，测锤的形状一般采用锥形锤，锤底直径13～15cm，高20～22cm，质量4～6kg，绳具用标准测绳。

3．孔径与孔形、倾斜度

孔径、孔形和倾斜度宜采用专用仪器测定，当缺乏专用仪器时，可采用外径为钻孔桩钢筋笼直径加100mm（不得大于钻头直径），长度为4～6倍外径的钢筋检孔器吊入钻孔内检测。

孔径检测是在桩孔成孔后、下钢筋笼前进行的，是根据设计桩径制作笼式井径器入孔检测。

笼式井径器用φ8～φ12的钢筋制作，其外径等于钻孔的设计孔径，长度等于孔径的3—4倍（如正、反循环回转钻成孔法）或4—6倍（如冲击钻成孔法）。

检测时，将井径器吊起，使笼的中心、孔的中心与起吊钢绳保持一致，慢慢放人孔内，上下通畅无阻表明孔径大于给定的笼径；遇阻则有可能在遇阻部位有缩径或孔斜现象。

孔形检测目前常采用的方法是开挖检查和超声波检测。

开挖检测一般在工程试桩结束，直接观察桩身形状在相应土层中的变化，为工程桩施工控制孔形提供直观依据。

超声波检测是近年来采用的新方法，已研制出了专门的超声波孔壁检测仪。

具体方法此处略。

孔的倾斜度可采用专用仪器检测，当缺乏检测仪器时，可采用钻杆测斜或圆球测斜法。

（四）沉淀土厚度的检测方法

孔底沉淀厚度的大小，极大影响着桩端承载力的发挥（特别对于支承桩）和混凝土的灌注质量，所以在施工过程中要严格控制孔底沉淀厚度。

目前所采用的方法有取样盒检测法、测锤法、电阻率法、电容法、声纳法等几种。

（1）取样盒检测法

这是较为通行的方法。

具体做法是在清孔后用取样盒（即开口铁盒）吊到孔底，待到灌注混凝土前取出，测量沉淀在盒内的渣土厚度。

（2）测锤法

测锤法是惯用的简单方法。

使用测量水下混凝土灌注高（深）度的测锤，慢慢地沉人孔内，凭人的手感探测沉渣顶面的位置，其施工孔深和测量孔深之差，即为沉淀土厚度。

（五）泥浆性能指标检测

钻孔泥浆一般由水、粘土（或膨润土）和添加剂按适当配合比配制而成。

1．相对密度γx

泥浆的相对密度是泥浆与4℃时同体积水的质量之比。

相对密度可用泥浆相对密度计测

定。

将泥浆装满泥浆杯，加盖并洗净从小孔溢出的泥浆，然后置于支架上，移动游码，使杠杆呈水平状态（即气泡处于中央），读出游码左侧所示刻度，即为泥浆的相对密度。

如工地无以上仪器，可用一个口杯先称其质量，设为ml，再装满清水称其质量为m2，再倒去清水，装满泥浆并擦去杯周溢出的泥浆，称其质量为m3；则γx=（m3—m1）／（m2—m1）。

．

2．粘度η

粘度是液体或混合液体运动时各分子或颗粒之间产生的内摩阻力。

工地用标准漏斗粘度

计测定，粘度计如图4-2-1所示。

用两端开口量杯分别量取200mL和500mL泥浆，通过滤网滤去大砂砾后，将泥浆700mL均注入漏斗，然后使泥浆从漏斗流出，流满500mlL量杯所需时间（s），即为所测泥浆的粘度。

校正方法：

漏斗中注入700mL清水，流出500mL，所需时间应是15s，其偏差如超过±1s，测量泥浆时应校正。

3．含砂率（％）

含砂率是泥浆内所含的砂和粘土颗粒的体积百分比。

工地用含砂率计（如图4-2-2所示）测定。

量测时，把调制好的泥浆50mL倒进含砂率计，然后再倒450mL清水，使总体积为500mL，将仪器口塞紧，摇动lmin，使泥浆与水混合均匀，再将仪器竖直静放3min，仪器下端沉淀物的体积（由仪器上刻度读出）乘2即为含砂率（％）（有一种大型的含砂率计，容积1000Ml。

从刻度读出的数不乘2即为含砂率）。

4．胶体率（％）

胶体率是泥浆静止后，其中呈悬浮状态的粘土颗粒与水分离的程度，以百分比表示。

反映泥浆中土粒保持悬浮状态的性能。

测定方法为将lOOmL的泥浆放人干净的量杯中，用玻璃板盖上，静置24h后，量杯上部的泥浆可能澄清为透明的水，量杯底部可能有沉淀物。

假如测量出透明水的体积为5mL，则胶体率为100-5=95，即95％。

5．失水量（mL／30min）和泥皮厚（mm）

失水量是泥浆在钻孔内受内外水头压力差的作用在一定时间内渗入地层的水量，以mL/30min为单位。

工地可用滤纸法测定，用一张120mmXl20mm的滤纸，置于水平玻璃板上，中央画一个直径30mm的圆圈，将2mL的泥浆滴于圆圈中心，30min后，量算湿润圆圈的平均半径，减去泥浆坍平成为泥饼的平均半径（mm）即失水量。

在滤纸上量出泥饼厚度（mm）即为泥皮厚。

泥皮愈平坦、愈薄，则泥浆质量愈高，一般不宜厚于2～3mm。

（六）钻、挖孔灌注桩的混凝土质量检测

1．桩身混凝土抗压强度应符合设计规定；每根桩取混凝土抗压强度试件组数、检验结果应满足混凝土质量检验要求。

2．检验方法和数量应符合设计要求。

（七）钻、挖孔灌注桩质量评定实测项目

钻孔灌注桩实测项目

项次

检查项目

规定值或允许偏差

检查方法和频率

规定分

1

混凝土强度（MPa）

在合格标准内

35

2

桩位（mm）

群桩

100

用经纬仪检查

纵、横方向

15

排架桩

50

3

钻孔倾斜度

1％

查灌注前记录

20

4

沉淀厚度（mm）

摩擦桩

符合设计要求

查灌注前记录

20

支承桩

不大于设计要求

5

钢筋骨架底面高程（mm）

土50

查灌注前记录

10

挖孔桩实测项目

项次

检查项目

规定值或允许偏差

检查方法和频率

规定分

1

混凝土强度（MPa）

在合格标准内

见课题三

35

2

桩位（mm）

群桩

100

用经纬仪检查

纵、横方向

25

排架桩

50

3

孔的倾斜度

0．5％

查灌注前记录

25

4

钢筋骨架底面高程（mm）

±50

查灌注前记录

15

第二节混凝土钻孔灌注桩完整性检测

桩身完整性检测：

就是对桩身是否存在有夹泥、嵌岩、断裂、缩径、扩径、混凝土离析及桩顶混凝土密实性较差等常见的缺陷的检测。

桩身完整性检测方法有应力波反射法、超声波透射法。

一、应力波法

（一）基本原理

反射波法源于应力波理论，基本原理是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号。

据此计算桩身波速、判断桩身完整性和混凝土强度等级。

（二）仪器设备及要求

反射波法检测系统基本组成见图，由传感器、放大器、滤波器、记录、处理、监测系统以及激振设备和专用附件组成。

反射波法使用的激振设备形式有杆锤（力棒）、手锤、落球、电火花等方式；材质有铜质、铝质、木质等；质量有的不足lkg，有的重达5kg。

此外，激振时采用不同材质的垫板，可以改变激振的频谱。

在一定的条件下，激振方式的选择是能否采集到有效信息的决定性因素。

（三）现场检测及注意事项

（1）被测桩应凿去浮浆，桩头平整。

（2）检测前应对仪器设备进行检查，性能正常方可使用。

（3）每个检测工地均应进行激振方式和接收条件的选择试验，确定最佳激振方式和接收条件。

（4）激振点宜选择在桩头中心部位，传感器应稳固地安置在桩头上，对于大直径的桩可安置两个或多个传感器。

（5）当随机干扰较大时,可采用信号增强方式,进行多次重复激振与接收。

（6）为提高检测的分辩率，应使用小能量激振，并选用高截止频率的传感器和放大器。

（7）判别桩身浅部缺陷，可同时采用横向激振和水平速度型传感器接收，进行辅助判定。

（8）每一根被检测的单桩均应进行二次及以上重复测试。

出现异常波形应在现场及时研究，排除影响测试的不良因素后再重复测试，重复测试的波形与原波形具有相似性。

（四）实测曲线判读解释的基本方法

由于桩身缺陷种类复杂，实测曲线判读人员的技术水平所限，实测资料的解释是一项较为困难的工作。

1.缺陷存在可能性的判读

判断桩身缺陷存在与否，需要分辨实测曲线中有无缺陷的反射信号及分辨桩底反射信号。

这对缺陷的定性及定量解释是有帮助的。

桩底反射明显，一般表明桩身完整性好，或缺陷轻微、规模小。

2.多次反射及多层反射问题

当实测曲线中出现多个反射波至时，应判别它为同一缺陷面的多次反射，还是桩间多处缺陷的多层反射，前者即缺陷反射波在桩顶面与缺陷面间来回反射，主要特征是：

反射波至时间成倍增加（倍程），反射波能量有规律递减。

后者往往杂，不具有上述规律性。

多次反射现象出现，一般表明缺陷在浅部：

或反射系数较大（如断桩），它是桩身存在严重离析或断裂（断层）的有力证据。

多层反射不只表明缺陷可能有多处，而且由下层缺陷反射波在能量上的相对差异，可推测上部缺陷的性质及相对规模。

（五）影响基桩质量检测波形的因素分析

1.露出于桩头的钢筋对波形的影响

克服这一影响的方法是，将检波器用细砂或粘土屏蔽起来，使检波器收不到声波信息。

2.桩头破损对波形的影响

削弱了桩间及桩底反射信息，影响了波形的识别。

有效途径是：

将破损处或松散处铲去。

影响基桩质量检测波形的因素较多，工作中应逐一排除，以便桩间、桩底反射信息的识别，避免产生误判.

（六）声波透射法

1、基本知识

钻孔灌注桩超声脉冲检测法的基本原理与超声测缺和测强技术基本相同，即对混凝土各种内部缺陷的性质、大小、位置做出判断，并给出混凝土总体均匀性和强度等级的评价指标。

为了使超声脉冲能横穿各不同深度的横截面，必须使超声探头深入桩体内部，为此，须事先预埋声测管作为探头进入桩内的通道。

根据声测管埋置的不同情况，可以分几种方法，最常用的为双孔检测法。

双孔检测是在桩内预埋两根以上的管道，把发射探头和接收探头分别置于两根管道中，检测时超声脉冲穿过两管道之间的混凝土，实际有效范围为超声脉冲从发射换能器到接收换能器所穿过的范围。

随着两换能器沿桩的纵轴方向同步升降，使超声脉冲扫过桩的整个纵剖面，从而得到各项声参数沿桩的纵剖面的变化数据。

为了扩大在桩横截面上的有效检测控制面积，必须使声测管的布置合理。

双孔测量时，根据两探头相对高程的变化，可分为平测、斜测、扇形扫测等方式，在检测时视实际需要灵活掌握。

2.判断桩内缺陷的基本物理量：

（1）声时值：

声时即超声脉冲穿过混凝土所需的时间。

如果两声测管基本平行，则当混凝土质量均匀，没有内部缺陷时，各横截面所测得的声时值基本相同。

当存在缺陷时，由于缺陷区的泥、水、空气等内含物的声速远小于完好混凝土的声速，所以使穿越时间明显增大，而且当缺陷中的物质与混凝土的声阻抗不同时，界面透过率很小，声波将绕过缺陷继续传播，波线呈折线状，由于绕行声程比直达声程长，因此，声时值也相应增大，所以声时值是缺陷的重要判断参数。

（2）波幅（或衰减）：

当波束穿过缺陷区时，部分声能被缺陷内含物所吸收，部分声能被缺陷的不规则表面反散和散射，到达接收探头的声能明显减少，使接收波的波幅明显下降。

实践证明，波幅对缺陷的存在非常敏感，也是判断缺陷的重要参数。

（3）接收信号的频率变化：

当超声脉冲穿过缺陷区时，声脉冲中的高频部分首先被衰减，导致接收信号主频下降，即所谓频漂，其下降百分率与缺陷的严重程度有关。

接收频率的变化实质上是缺陷区声能衰减作用的反映，它对缺陷较敏感，测值也较稳定，因此，是桩内缺陷判断的重要依据。

（4）接收波形畸变：

由于超声脉冲在缺陷界面的反射和折射，形成波线不同的波束，这些波束的前锋到达接收探头的时间参差不齐，相位也不尽一致，叠加后造成接收波形的畸变。

但波形畸变的原因很多，波形信息处理方法目前尚未能解决，只能将波形畸变作为缺陷定性分析的依据及判断缺陷的参考指标。

检测时，探头在声测管中逐点测量各深度的声时、波幅（或衰减）、接收频率及波形畸变位置等，然后绘出”声时一深度曲线”，”波幅一深度曲线”及”接收频率变化率一深度曲线”等，供分析使用。

3.钻孔灌法桩超声脉冲检测法主要设备

目前常用的检测装置有两种。

一种是用一般超声检测仪和发射及接收探头所组成。

探头在声测管内的移动由人工操作，数据读出后再输入计算机处理。

这套装置与一般超声检测装置通用，但检测速度慢、效率较低。

另一种是全自动智能化测桩专用的检测装置。

它由超声发射及接收装置、探头自动升降装置、测量控制装置、数据处理计算机系统等四大部分所组成。

（1）声波检测仪的技术性能应符合规定要求.

（2）换能器

基桩完整性检测使用换能器由压电材料做成，目前推荐采用柱状径向振动的换能器，因为它在径向无指向性，可使两个测点之间的声场可以覆盖。

4.现场检测

（1）桩内声测管的预埋：

声测管是进行超声脉冲法检测时换能器进入桩体的通道，是灌注桩超声脉冲检测系统的重要组成部分，它在桩内的预埋方式及其在桩的横截面上的布置形式将直接影响检测结果。

因此，需检测的桩应在设计时将声测管的布置和埋置方式标入图纸，在施工时应严格控制埋置的质量，以确保检测工作顺利进行。

声波透射管的埋置见图4-2-10。

图4-2-10声波透射管的埋置

注:

图中数字为检测管埋位置

声测管的直径常用规格是内径φ48～φ60mm，当桩径小于lm时，沿直径布置2根，桩径1～2.5m时，呈等边三角形布置3根；桩径大于2.5m时，呈正方形布置4根。

（2）现场检测前测定声波检测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

：

（4-2-9）

式中：

——检测管外径，㎜；

——管内径，㎜；

——换能器外径，㎜；

——检测管壁厚度方向声速，km/s；

——水的声速，km/s；

——声时修正值，μs。

混凝土中声波的传播时间和速度按下式计算：

（4-2-10）

（4-2-11）

式中：

——混凝土中声波的传播时间，

；

——声时测读值，μs；

——声波检测仪发射至接收系统的延迟时间，μs；

——混凝土的声速，km/s；，

——声波传播的距离，称声程或声距，m。

（3）在检测管内应注满清水。

测量点距20～40cm，当发现读数异常时，应加密测量点距。

（4）一根桩有多根检测管时，应将每2根检测管编为一级，分组进行测试。

（5）每组检测管测试完成后，测试点应随机重复抽测10%～20%。

其声时及波幅异常的部位应重复抽测。

5．检测数据处理与判定

目前常用的缺陷分析判断方法可分为两大类：

第一类为数值判据法，即根据测试值，经适当的数学处理后，找出一个可能存在缺陷的临界值，作为判断的依据。

第二类为声场阴影区重叠法，即从不同的方向测出缺陷背面所形成的声阴影区。

这些声阴影的重叠区即为缺陷的所在位置。

通常用于数值判据粗略判断缺陷的存在之后，仔细测量缺陷的位置、大小和性质。

（1）概率法

计算桩各测点的平均值

及标准差

，然后计算临界值。

计算公式如下：

（4-2-12）

（4-2-13）

式中：

——代表声速、声时、波幅或频率等参数中某一项参数的平均值；

——某一项参数参与计算的实测值；

——参与计算的测点总数；

——某一项参数的标准差。

当统计数据为声时值时

（4-2-14）

式中：

——临界值；

——声时平均值；

——声时标准差；

—一异常值判定系数，见表4-2-6

。

当统计数据为声速、波幅或频率时

（4-2-15）

式中各项意义同前。

与n对应的Ka值表4-2-6

14

16

18

20

X

24

26

28

30

32

1.47

1.53

1.59

1.64

1.69

1.73

1.77

1.80

1.83

1.86

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

1.89

1.92

1.94

1.96

1.98

2.00

2.02

2.04

2.05

2.07

在所统计的

个声时值中，当某一个数大于或等于

时，则该数及大于该数的声时均为异常值。

在所统计的声速、波幅或频率值中，某一个数小于或等于

时，则该数及小于该数的值均为异常值。

各异常值所对应的测点即为缺陷可疑点。

（2）PSD判据

PSD判据是指声参数一深度曲线相邻两点之间的斜率与差值之积作为判据。

PSD判据法计算工作量很大，一般用计算机完成。

（3）声阴影重叠法

运用上述数值判据判定桩内缺陷的大概位置、性质和大小后，应在初定的缺陷区段内采用声阴影重叠法仔细判定缺陷的确切位置、范围和性质。

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。

在阴影区内，接收信号的波幅明显下降，声时值增大，甚至波形畸变。

双管对测时，各种缺陷的细测判断法示于图4-2-14～图4-2-17。

基本方法是将一个探头固定，另一探头上下移动，找出声时和波幅发生突变的位置，即声阴影所在边界位置。

然后交换测试，找出另一面的阴影边界，两组边界线的交叉范围内的声阴影重叠区，即为缺陷区。

a）扇形扫测;b）加密测点平地移扫测

图4-2-14孔洞大小及位置的细测判断

图4-2-15断层位置的细测判断

图4-2-16厚夹层上下界面的细测判断

图4-2-17颈缩现象的细测判断

在混凝土中，由于各种不均匀界面的漫反射及低频波的绕射等原因，使声阴影的边界十分模糊。

需通过声参数的综合运用方可定出其范围。

混凝土质量除用以上判据法外还有多因素概率分析法，此处不再赘述，可参阅有关资料。

6、桩内混凝土强度的测量

在检测实践中，设计和施工单位都希望能提供桩内混凝土强度的推定值，但要准确推定混凝土强度有一定的困难。

其原因是，桩内一般只能用声速单一指标推算混凝土强度，而“声速一强度”相关关系受混凝土配合比等多种因素的影响，桩内混凝土由于水下灌注往往离析严重，无法知道各段混凝土的实际配比，即无法知道桩内实际情况，也就无从修正。

即使事先制定了“声速一强度”基准曲线，推算误差仍然很大。

因此，将混凝土强度按以下情况分别处理。

（1）桩内混凝土总体平均强度的推算

当根据检测结果确认桩内混凝土均匀性较好时，可用平均声速推算平均强度。

事先以混凝土设计配比为基准，制作一系列不同水灰比的不同强度混凝土试块，测定这些试块的声速值与强度值，经回归处理求得“声速一强度”相关公式，然后对若干已知的影响因素进行修正。

目前常用的公式和修正系数为：

（4-2-28）

式中：

——全桩混凝土平均强度换算值；

——全桩混凝土平均声速（计算声速时应扣除to及声测管和耦合水的声时值）；

、

——经验系数；

——测距修正系数，当声测管间距（即声程）

当

时，

；

当

，

；

当

时，

；

当

时，

；

——含水量修正系数（一般地下饱和水状态，取0.98）；

——混凝土流动性修正系数（泵送混凝土取1.03）。

该法不宜用于均匀性较差的桩的强度推算，否则误差偏大。

（2）缺陷区强度的估算及桩纵剖面逐点强度的估算

若已确定缺陷内为夹砂等松散物，该区可作为无强度处理。

但如果缺陷为混凝土低强区或蜂窝状疏松区等，仍具有强度。

若能准确推定缺陷区内混凝土的强度，或绘出反映全桩强度分布的“强度一深度”曲线，则对缺陷桩的安全核算及确定修补方案具有重要意义。

但由于缺陷区混凝土配合比已不同于完好部位的混凝土配比，因此，要用声速单一指标推定缺陷区的混凝土强度有较大误差。

根据现有的研究成果，采用“声速一衰减”综合法效果较好。

该方法采用声速、衰减两项参数与强度建立相关公式，从而可消除因离析等原因对声速与强度相关性的影响，而且衰减系数易于测量。

其强度推算公式如下：

（4-2-29）

式中：

——各测点的推算强度；

——各测点的声速；

——各测点的衰减系数；

、

——经验系数；

、

、

——修正系数，意义同前。

采用该法时应预先配制一批模拟离析后不同粗骨料含量的试件，测定试件的声速与衰减系数及强度值，按上述的形式进行回归分析，求出A、B系数。

对均匀性较差的桩，以及缺陷桩，要检测各点强度时，不宜用单一声速法，使用“声速-衰减”综合法时，也应持慎重态度。