桥梁桩基检测方法

1、低应变反射波法

1.1 目的与适用范围

（1）本方法适用于混凝土灌注桩和预制桩等刚性材料桩的桩身完整性检测。

（2）本方法是通过分析实测桩顶速度响应信号的特征来检测桩身的完整性，判定桩身缺陷位置及影响程度，判断桩端嵌固情况。

（3）使用本方法时，被检桩的桩端反射信号应能有效识别。

1.2 仪具与材料技术要求

本方法需要下列仪具及材料：

（1）信号采集及处理仪：

数据采集装置的模-数转换器不得低于12位；

采样间隔宜为10~500 s ? ，可调；

单通道采样点不少于1024 点；

放大器增益宜大于60dB，可调，线性度良好，其频响范围应满5Hz~5kHz。

（2）传感器：

传感器宜选用压电式加速度传感器或磁电式速度传感器，频响曲线的有效范围应覆盖整个测试信号的频带范围；

加速度传感器的电压灵敏度应大于l00mV/g，电荷灵敏度应大于20PC/g，上限频率不应小于5kHz，安装谐振频率不应小于6 kHz，量程应大于l00g；

速度传感器的固有谐振频率不应大于30Hz，灵敏度应大于200mV/cm·s

-1 ，上限频率不应小于1.5 kHz，安装谐振频率不应小于1.5 kHz。

（3）激振设备：根据桩型和检测目的，宜选择不同材质和质量的力锤或力棒，以获得所需的激振频率和能量。

（4）专用附件。

1.3 方法与步骤

（1）准备工作：

检测前应对被检工程进行现场调查，搜集其工程地质资料、基桩设计图纸和施工记录、监理日志等，了解施工工艺及施工过程中出现的异常情况。

根据现场实际情况选择合适的激振设备、传感器及检测仪，检查测试系统各部分之间是否连接良好，确认整个测试系统处于正常工作状态。

桩顶应凿至新鲜混凝土面，并用打磨机将测点和激振点磨平。桩头不要破碎、不要有杂物、不要有水。

应测量并记录桩顶截面尺寸。

混凝土灌注桩的检测宜在成桩14d以后进行。

打入或静压式预制桩的检测应在相邻桩打完后进行。

（2）传感器安装：

传感器的安装宜采用石膏、黑色黄油（或粘性好的黄油）、粘性好弹性差橡皮泥等藕合剂，粘结应牢固，并与桩顶面垂直。

对混凝土灌注桩，传感器宜安装在距桩中心1/2~2/3 半径处，且距离桩的主筋不宜小于50mm。当桩径不大于1000mm 时不宜少于2个测点；当桩径大于1000mm 时不宜少于4个测点。

对混凝土预制桩，当边长不大于600mm时不宜少于2个测点；当边长大于600mm时不宜少于3个测点。

对空心桩的测试，锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上，传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。

对预应力混凝土管桩不应少于2个测点。

（3）激振应符合下列要求：

混凝土灌注桩、混凝土预制桩的激振点宜在桩顶中心部位；预应力混凝土管桩的激振点和传感器安装点与桩中心连线的夹角不应小于45°。

激振锤和激振参数宜通过现场对比试验选定。短桩或浅部缺陷桩的检测宜采用轻锤短脉冲激振；长桩、大直径桩或深部缺陷桩的检测宜采用重锤宽脉冲激振，也可采用不同的锤垫来调整激振脉冲宽度。

采用力棒激振时，应自由下落；采用力锤敲击时，应使其作用力方向与桩顶面垂直。

（4）检测工作应符合下列要求：

采样频率和最小的采样长度应根据桩长和波形分析确定。

各测点的重复检测次数不应少于3 次，且检测波形具有良好的一致性

当干扰较大时，可采用信号增强技术进行重复激振，提高信噪比；当信号一致性差时，应分析原因，排除人为和检测仪器等干扰因素，重新检测。

对存在缺陷的桩应改变检测条件重复检测，相互验证。

1.4 计算

（1）桩身完整性分析宜以时域曲线为主，辅以频域分析，并结合施工情况、岩土工程勘察资料和波型特征等因素进行综合分析判定。

（2）混凝土灌注桩采用时域信号分析时，应结合有关施工和岩土工程勘察资料，正确区分由扩径处产生的二次同相反射与因桩身截面渐扩后急速恢复至原桩径处的一次同相反射，以避免对桩身完整性的误判。

（3）对于嵌岩桩，当桩端反射信号为单一反射波且与锤击脉冲信号同相时，应结合岩土工程勘察和设计等有关资料以及桩端同相反射波幅的相对高低来推断嵌岩质量，必要时采取其他合适方法进行核验。

（4）桩身完整性的分析当出现下列情况之一时，宜结合其他检测方法：

超过有效检测长度范围的超长桩，其测试信号不能明确反映桩身下部和桩端情况；

桩身截面渐变或多变，且变化幅度较大的混凝土灌注桩；

当桩长的推算值与实际桩长明显不符，且又缺乏相关资料加以解释或验证；

实测信号复杂、无规律，无法对其进行准确的桩身完整性分析和评价；

对于预制桩，时域曲线在接头处有明显反射，但又难以判定是断裂错位还是接桩不良。

1.5 结果判定

桩身完整性类别应按下列原则判定：

（1）I类桩：桩端反射明显，无缺陷反射波，振幅谱线分布正常，混凝土波速处于正常范围。

（2）Ⅱ类桩:桩端反射较明显，但有局部缺陷所产生的反射信号，混凝土波速处于正常范围。

（3）Ⅲ类桩:桩端反射不明显，可见缺陷二次反射波信号，或有桩端反射但波速明显偏低。

（4）Ⅳ类桩:无桩端反射信号，可见因缺陷引起的多次强反射信号，或按平均波速计算的桩长明显短于设计桩长。

1.6 报告

报告应包含如下内容：

（1）桩身混凝土波速值；

（2）桩身完整性描述，包括缺陷位置、性质及类别；

（3）时域曲线图，并注明桩底反射位置；

（4）桩位编号及平面布置示意图，地质柱状图。

2、高应变动测法

2.1 目的与适用范围

（1）本方法适用于检测混凝土灌注桩、预制桩和钢桩的单桩轴向抗压极限承载力和桩身完整性；监测混凝土预制桩和钢桩打入时桩身应力和锤击能量传递比，为选择沉桩工艺参数及桩长选择提供依据。

（2）进行单桩的轴向抗压极限承载力检测应具有相同条件下的动-静试验对比资料和现场工程实践经验。

（3）超长桩、大直径扩底桩和嵌岩桩不宜采用本方法进行单桩的轴向抗压极限承载力检测。

（4）当采取落锤上安装加速度传感器的方式实测锤击力时，可参考《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2014）要求。

2.2 仪具与材料技术要求

本方法需要下列仪具及材料：

（1）信号采集器：

信号采样点数不应少于1024点，采样间隔宜取100~200s 。当用曲线拟合法推算被检桩的极限承载力时，信号记录长度应确保桩端反射后不小于20ms或达到5L/c。

信号采集器的采样频率应可调，其模-数转换精度不应低于12位，通道之间的相位差不应大于50s ；

（2）传感器：

力信号宜采用工具式应变传感器测量，其安装谐振频率应大于2kHz，在1000 ?? 范围内的非线性误差不应大于±1%；

速度信号宜采用压电式加速度传感器测量，其安装谐振频率应大于l0 kHz，且在1~3000 Hz范围内灵敏度变化不大于±5% ，在冲击加速度量程范围内非线性误差不大于±5 %。

传感器的灵敏度系数应计量检定。

（3）激振设备：激振宜采用由铸铁或铸钢整体制作的自由落锤。锤体应材质均匀、形状对称、底面平整，高径比不得小于1。检测单桩轴向抗压承载力时，激振锤的重量不得小于基桩极限承载力的1.2%。

（4）贯入度测量仪：桩的贯入度应采用精密仪器测定。

2.3 方法与步骤

（1）检测混凝土预制桩和钢桩的极限承载力的最短休止期应满足下列条件：砂土7d， 粉土10d，非饱和粘性土15d，饱和粘性土25d。

（2）检测混凝土灌注桩的极限承载力时，其桩身混凝土强度等级应达到设计要求。

（3）检测前的桩头处理：

桩顶面应平整，桩头高度应满足安装锤击装置和传感器的要求，锤重心应与桩顶对中。

加固处理桩头时应满足下列要求：

第一，新接桩头顶面应平整且垂直于被检桩轴线，侧面应平直，截面积应与被检桩相同，所用混凝土的强度应高于被检桩的强度；

第二，被检桩主筋应全部接至新接桩头内，并设置间距不大于150mm的箍筋及上下间距不应大于120mm的2~3层钢筋网片。

（4）检测时在桩顶面应铺设锤垫。锤垫宜由10~30mm厚的木板或胶合板等匀质材料制作，垫面略大于桩顶面积。

（5）传感器的安装：

桩顶下两侧面应对称安装加速度传感器和应变传感器各1只，其与桩顶的距离不应小于1.5倍的桩径或边长。传感器安装面应平整，所在截面的材质和尺寸与被检桩相同。

应变传感器与加速度传感器的中心应位于同一水平线上，同侧两种传感器间的水平距离不宜大于l00mm。传感器的中轴线应与桩的轴线保持平行。

在安装应变式传感器时，应对初始应变进行监测，其值不得超过规定的限值。

（6）激振应符合下列要求：

采用自由落锤为激振设备时，宜重锤低击，锤的最大落距不宜大于2.0m。

对于斜桩，应采用相应的打桩机械或类似装置沿桩轴线激振。

实测桩的单击贯入度应确认与所采集的振动信号相对应。用于推算桩的极限承载力时，桩的单击贯入度不得低于2mm且不宜大于6mm。

检测桩的极限承载力时，锤击次数宜为 2～3击。

（7）检测桩身完整性和承载力时，应及时分析实测信号质量、桩顶最大锤击力和动位移、贯入度以及桩身最大拉（压）应力、桩身缺陷程度及其发展情况等，并由此综合判定本次采集信号的有效性。每根被检桩的有效信号数不应少于2组。

（8）出现下列情况之一时，采集的信号不得作为有效信号：

传感器安装处混凝土开裂或出现严重的塑性变形，使力信号最终未归零；

信号采集后发现传感器已有松动或损坏现象；

锤击严重偏心，一侧力信号呈现严重的受拉特征。

（9）试打桩用于评价其承载力时，应按桩端进入的土层逐一进行测试；当持力层较厚时，应在同一土层中进行多次测试。

（10）桩身锤击应力监测应包括桩身最大锤击拉应力和最大锤击压应力两部分。桩身锤击拉应力宜在预计桩端进入软土层或桩端穿过硬土层进入软夹层时测试；桩身锤击压应力宜在桩端进入硬土层或桩侧土阻力较大时测试。

2.4 计算与判定

（1）锤击信号选取与调整应符合下列规定:

分析被检桩的承载力时，宜在第一和第二击实测有效信号中选取能量和贯入度较大者。

桩身波速平均值可根据已知桩长、力和速度信号上的桩端反射波时间或下行波上升沿的起点到上行波下降沿的起点之间的时差确定。

传感器安装位置处原设定波速可不随调整后的桩身平均波速而改变。确有合理原因需作调整时，应对传感器安装处桩身的弹性模量按式（58）重新设置，且应对原实测力信号进行修正。

力和振动速度信号的上升沿重合性差时，应分析原因，不得随意调整。

（2）推算被检桩的极限承载力前，应结合工程地质条件和设计参数，利用实测信号特征对桩的荷载传递性状、桩身缺陷程度和位置及连续锤击时缺陷的逐渐扩大或闭合情况进行定性判别。

（3）采用实测曲线拟合法推算被检桩的极限承载力应符合下列规定：

采用的桩和土的力学模型应能分别反映被检桩和地基土的物理力学性状；在各计算单元中，所用土的弹性极限位移不应超过相应桩单元的最大计算位移。

曲线拟合时间段长度在12 / t L c ? 后的延续时间不应小于20ms或3L/c中的较大值。

分析所用的模型参数应在岩土工程的合理范围内，可根据工程地质和施工工艺条件进行桩身阻抗变化或裂隙拟合。

拟合曲线应与实测曲线基本吻合，贯入度的计算值应与实测值基本一致，且整体曲线的拟合质量系数宜控制在合适的范围之内。

（4）采用凯司法推算单桩的极限承载力时，应符合下列规定：

只适用于桩侧和桩端土阻力均已充分发挥的摩擦型桩。

用于混凝土灌注桩时，桩身材质、截面应基本均匀。

（6）出现下列情况之一时，应按工程地质和施工工艺条件，采用实测曲线拟合法或其他检测方法综合判定桩身完整性：

桩身有扩径、截面渐变或多变的混凝土灌注桩。

桩身存在多处缺陷的桩。

力和速度曲线在上升沿或峰值附近出现异常，桩身浅部存在缺陷或波阻抗变化复杂的桩。

（7）试打桩分析时，桩端持力层的判定应综合考虑岩土工程勘察资料，并应对推算的单桩极限承载力进行复打校核。

2.5 报告

报告应包含如下内容：

（1）实测力和速度信号曲线及由加速度信号经两次积分后得到的桩顶位移信号曲线；拟合曲线、模拟的静荷载-沉降曲线、土阻力和桩身阻抗沿深度的变化曲线；

（2）凯司法中所取定的值；

（3）试打桩和打桩监控所采用的桩锤和锤垫类型，监测得到的锤击数、桩侧和桩端阻力、桩身锤击拉（压）应力、能量传递比等随入土深度的变化关系。

（4）试桩附近的地质柱状图及土的物理力学性能指标。

3、超声波法

3.1 目的与适用范

本方法适用于直径不小于 800mm 的混凝土灌注桩的完整性检测，包括跨孔透射法和单孔折射法。

3.2 仪具与材料技术要求

本方法需要下列仪具及材料：

（1）检测仪系统应包括信号放大器、数据采集及处理存储器、径向振动换能器等。

（2）检测仪应具有一发双收功能。

（3）声波发射应采用高压阶跃脉冲或矩形脉冲，其电压最大值不应小于 1000V，且分档可调。

（4）接收放大与数据采集器应符合下列规定:

接收放大器的频带宽度为 5~200kHz，增益不应小于 l00dB，放大器的噪声有效值不大于2 V ? ；波幅测量范围不小于 80 dB，测量误差小于 1 dB。

计时显示范围应大于 2000 s ? ，精度优于 0.5 s ? ，计时误差不应大于 2%。

采集器模-数转换精度不应低于8位， 采样频率不应小于10kHz， 最大采样长度不应小于32kB。

（5）径向振动换能器应符合下列规定：

径向水平面无指向性。

谐振频率宜大于 25 kHz。

在 1MPa 水压下能正常工作。

收、发换能器的导线均应有长度标注，其标注允许偏差不应大于 l0mm。

接收换能器宜带有前置放大器，频带宽度宜为 5~60 kHz。

单孔检测采用一发双收一体型换能器，其发射换能器至接收换能器的最近距离不应小于30mm，两接收换能器的间距宜为 20mm。

3.3 方法与步骤

（1）声测管的埋设应符合下列规定：

当桩径不大于 1500mm时，应埋设三根管；当桩径大于 1500mm 时，应埋设四根管。

声测管宜采用金属管，其内径应比换能器外径大 15mm，管的连接宜采用螺纹连接，且不漏水。

声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，且互相平行、定位准确，并埋设至桩底，管口宜高出桩顶面 300mm 以上。

声测管管底应封闭，管口应加盖。

声测管的布置以路线前进方向的顶点为起始点，按顺时针旋转方向进行编号和分组，每两根编为一组。

（2）检测前的准备应符合下列规定：

被检桩的混凝土龄期应大于 14d。

声测管内应灌满清水，且保证畅通。

标定超声波检测仪发射至接收的系统延迟时间0t 。

准确量测声测管的内、外径和两相邻声测管外壁间的距离，量测精度±lmm。

取芯孔的垂直度误差不应大于 0.5%，检测前应进行孔内清洗。

（3）检测方法应符合下列要求：

测点间距不宜大于 250mm。发射与接收换能器应以相同标高同步升降，其累计相对高差不应大于 20mm，并随时校正。

在对同一根桩的检测过程中，声波发射电压应保持不变。

对于声时值和波幅值出现异常的部位，应采用水平加密、等差同步或扇形扫测等方法进行细测，结合波形分析确定桩身混凝土缺陷的位置及其严重程度。

（4）对于混凝土声速和波幅值出现异常并判为可疑缺陷区的部位。

（5）对支承桩或嵌岩桩，宜同时采用低应变反射波法检测桩段的支承情况。

（6）桩身完整性类别判定:

I类桩:各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值，波形正常。

II类桩:某一声测剖面个别测点的声速、波幅略小于临界值，但波形基本正常。

III类桩:某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值小于临界值，PSD值变大，波形畸变。

IV类桩:某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值明显3.6 报告

报告应包含每根被检桩各剖面的声速-深度、波幅-深度曲线及各自的临界值，声速、波幅的平均值，桩身缺陷位置及程度的分析说明。

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