低应变、声波透射、热法桩身完整性测试实测数据对比
发布时间:2020-03-04


检测桩基完整性的方法很多,主要方法有钻芯法、低应变法、高应变法、声波透射法,以及最新的热法桩身完整性检测等。

低应变法和声波透射法是目前使用较多,开展较为广泛的桩身完整性检测方法。而热法桩身完整性检测是近两年最新推出的混凝土灌注桩检测方法。

 

低应变检测法

低应变法是采用低能量瞬态或稳态激振方式在桩顶激振,实测桩顶部的速度时程曲线或速度导纳曲线,通过波动理论进行时域分析或频域分析,对桩身完整性进行判定的检测方法。

 

声波透射法

声波透射法指在预埋声测管之间发射并接收声波,通过实测声波在混凝土介质中传播的声时和波幅衰减等声学参数的相对变化,对桩身完整性进行检测的方法。

 

热法桩身完整性测试

热法桩身完整性测试,通过测量整个桩身在浇筑混凝土24小时内,水泥水化过程中温度升高来确定桩身完整性。而混凝土释放的总热能,取决于水泥含量和总混凝土量,因此通过这种方法可评估桩的横截面尺寸和混凝土的质量。

 

测试方法各有不同,为测试三种检测方法的差异。欧美大地联合PDI公司及检测机构,在同一桩上分别采用低应变法、声波透射法及热法桩身完整性测试进行缺陷检测对比。



测试模型设计

桩径:Φ800

桩长:10m

混凝土标号:C25

钢筋笼:直径600mm,主筋12根(用于绑热电缆和声测管),箍筋若干

预埋声测管:3根,采用直径50mm的钢管

测试桩设计

 

 
 
 
 
 

缺陷设置

 

缺陷1:模拟钢筋笼覆盖不好

桩顶以下2.0~2.5m处在钢筋笼外部绑砂袋。

缺陷2:模拟夹泥

桩顶以下5.5~6m处,钢筋笼内部绑砂袋。

缺陷3:模拟沉渣过厚

清孔后,在钢筋笼底部绑砂袋。

 

现场人为缺陷设置

 

缺陷1:桩顶以下2.0~2.5m范围,钢筋笼外侧捆绑3袋泥土,模拟钢筋笼外夹泥,覆盖不好。位于2#和3#声测管之间。

缺陷2:桩顶以下5.5~6.0m范围,钢筋笼内预埋捆绑3袋泥土(1#声测管处绑扎1袋,左右各绑扎1袋,缺陷影响到3-1、1-2剖面,不影响2-3剖面),模拟明显夹泥。

缺陷3:3袋泥土绑扎在钢筋笼底部焊好的托架上,模拟桩底沉渣。泥土为现场钻孔取出的泥浆,大小尺寸约40cm长,18cm直径的圆柱体。


测试选用设备
 

PIT-QFV型低应变桩身完整性测试仪

PIT-QFV型桩身完整性测试仪是快速、便捷评估钻孔桩及打入桩桩身完整性的利器。该产品用于检测各种灌注桩和打入桩的桩身完整性判定桩身缺陷的程度及位置是进口设备中最小巧轻便的桩身完整性测试仪。

  • 可实现单通道或双通道的加速度信号采集,并积分为速度信号

  • 单通道为传统检测模式;双通道可实现瞬态阻抗法及双速度法检测功能

  • 预设信号放大、滤波等功能

  • 可对多个信号进行平均处理

 

CHAMP-Q 声波透射法检测仪

采用跨孔声波透射法(CSL)评价钻孔桩、地下连续墙、螺旋桩以及其他基础建构筑物的混凝土质量及其一致性。

  • 可一次完成6个剖面(4根声测管)的测试,提高数据采集的效率。

  • 4个探头分配不同的颜色,便于识别。

  • CHAMP-Q主机可现场呈现实时分析结果(瀑布图),数据导入电脑后,可使用CHA-W软件进行进一步分析。

  • 提供PDI-TOMO软件,可建立桩身三维模型,更生动直观地展示桩身可能存在的问题。(注:该软件非标配软件)

  • 满足ASTM D6760,JGJ106-2014等多国规范要求。

 

TIP热法桩身完整性测试仪

热法桩身完整性测试仪用于评价混凝土灌注桩桩身质量。TIP热法桩身完整性测试仪是利用水泥固化(水化能)产生的热来评价混凝土灌注桩的桩身质量的,可应用于钻孔桩、螺旋桩等。

  • 测试时间早,混凝土浇筑后48-72小时即可完成测试;

  • 覆盖桩身整个截面,无盲区;

  • 可准确计算桩身实际直径,钢筋笼混凝土保护层厚度;

  • 三维模拟图像呈现,形象直观。

 

 
 
 
 
 

桩身缺陷检测

 

低应变与跨孔超声检测

采用PDI低应变检测仪PIT和声波透射法检测仪CHAMP,进行现场测试。

 
 

低应变检测结果

 

低应变检测我们使用两种锤子,一种较大较软的力棒,一种PDI原装的玻璃锤。

先尝试使用重锤(软头的力棒,模拟用锤不当情况),得到下面2条曲线,可以看出:

  • 10m处桩底反射清晰,测得桩长10m。

  • 桩身全长未发现明显缺陷,极易误判为Ⅰ类桩(实际上,桩身上有多处缺陷)。

重锤锤击,输入波的宽度大(本次达到4m),在桩身上传播远,但会掩盖缺陷。因此输入波的宽度会影响判断。

然后使用小锤(PDI原装3磅玻璃锤),得到下面3条原始曲线。

为分析桩身缺陷尺寸,采用PIT-W软件中的profile analysis侧剖面分析功能,分析过程如下:

  • 如果只是想看到桩底,没有必要对该信号进行指数放大。然而,为分析桩身中、下部缺陷的尺寸,需使用指数放大系数MA=6(考虑桩阻尼与土阻力),使桩底反射信号幅值与入射脉冲幅值相等。

  • 选择几个记录进行平均。

  • 在profile analysis侧剖面分析界面中,使用起跳点—起跳点方法(rise to rise)显示时间。

  • 设定WS = 3800 m/s 。

  • 下图中红色的点划线,反映了土阻力的影响.

  • 经初步分析,可以发现3处缺陷(见下图)。

  • 缺陷1(钢筋笼外),1.7m开始,2.5m结束(原来是2.0~2.5m,可能在小孔中插钢筋笼时受推挤影响)。需注意,PIT数据不能精确反应小缺陷的长度,因入射脉冲宽度影响反射脉冲宽度。缺陷2(钢筋笼内)从5.5m开始。缺陷2A(不是计划内的),将在跨孔声测法中讨论。

  • 桩底较强的正向反射,可能暗示有软底现象,但很难对桩底沉渣给出准确判断,更不能检测沉渣厚度

侧剖面分析的结果:

  • 速度曲线中红色的点划线是参考线,显示土阻力的影响。

  • 结果同时显示了Beta method(Beta 法) 和Profile Analysis(侧剖面分析法)的结果,由于理论背景不同,曲线位置与尺寸略有差别

 

跨孔超声检测结果

 

超声波跨孔透射法检测,采用CHAMP,检测发现缺陷及位置如下表:

由检测成果表可以看出:

  1. 实测桩长10m,与实际情况符合。

  2. 未能发现缺陷1,因该缺陷在钢筋笼外侧,是检测方法决定的。

  3. 发现缺陷2,在桩顶以下5.3~5.9m之间,影响到2个测试剖面(3-1与1-2剖面),与实际情况符合。

  4. 发现缺陷3,在桩底处,为全断面缺陷,判断为沉渣,沉渣厚度在0.2~0.4m之间,与实际情况符合。

  5. 另外发现缺陷2A,这未在计划内。与PIT测试结果呼应。

  6. 因为它与缺陷2几乎在相同的截面位置,我们认为,这可能是放置在 5.5 m 深处的3包砂袋下落1包引起的。下落的1包砂袋,不是圆的或方的,所以最终位置可能不会完全水平或垂直。

 

TIP热法桩身完整性检测

TIP数据采集盒,按照设定的采集频率,15分钟采集一次温度数据,连续采集24小时。整个采集过程TIP设备主机无需放在现场,只需要采集盒放在现场即可。主机只用于设置数据采集盒工作参数及读取数据。

热电缆上有热感应传感器,间隔30cm。现场把热电缆绑扎在主筋侧面,从桩底至桩顶,桩顶外伸部分的接头外接数据采集盒。
 


 

 TIP检测结果

 

通过24小时测试到的温度数据,绘制桩身各深度幅值温度分布图,可以看出:

  • 该试验桩水泥水化热没有发挥好,桩身温度未明显升高(初始温度19˚C,最大温度仅24˚C)。原因可能是低质量的混凝土配合比造成的。

  • 对应于2.0m、5.5m和底部有异常,温度急剧下降。约8.5m处,可看到小的温度降低,可能对应计划外的小异常(缺陷2A)。因为不能进行常规的TIP分析,我们尝试分析相对温度变化。

热传导电缆,温度初始值与温度峰值

  • 桩身混凝土浇筑过程中,最大温度变化是5˚C。2.5m、6.0m、8.5处温度变化分别为1˚C、0.6˚C、0.4˚C,约为总温度变化的20%、12%与8%,可用于估计缺陷尺寸。

 

 
 
 
 
 

结果比较分析

 

 

PIT低应变测试分析

 

对于此案例,似乎PIT对缺陷位置与大小给出更合理的成果(包括预先计划的、与计划外发生的),但需要注意:

  • 对于低应变检测,输入波的宽度会影响判断。合适的锤击,占桩身完整性检测技术的80%。

  • 桩只有10m长,且相对均匀,因此PIT容易看到桩底。

  • 缺陷1处(钢筋笼外),截面积仅减少17%,我们可以看到桩身中、下部以及桩底的异常。

  • 仅根据PIT数据,很难发现8m处的缺陷2A,因为该缺陷太小了。

  • 桩底较强的正向反射,可能暗示有软底现象,但很难对桩底沉渣给出准确判断,更不能检测沉渣厚度。

 

跨孔声测法测试分析

 

与PIT检测相比,我们通常认为,跨孔声测法能给出更多确凿的结论且容易分析,是一种可靠的测试方法,当然它花费大、操作耗时而且需要预先埋设声测管。

对于本次测试,结论如下:

  • 清晰的探测到所有钢筋笼内的缺陷(或异常),分别位于桩顶以下5.5m、8.0m与桩底。

  • 不能发现钢筋笼外的缺陷。

  • 采用3根声测管,不能精确估计缺陷尺寸,本案例中缺陷被明显夸大、高估了。

 

TIP测试分析

 
  • 本次测试在桩基浇筑后24小时进行,顺利找到各处缺陷(或异常)。只是该试验桩水泥水化热没有发挥好,原因可能是低质量的混凝土配合比造成的。

  • 桩身各深度幅值温度(peak temperature)的相对变化,确实与缺陷位置对应。采用相对温度变化的分析方法产生了合理的结果,对于低温混凝土可能是一项很好的选择

 

 

桩基检测中,各个检测手段各有其优劣势,需要配合使用,利用各自的特点和优势,按照实际情况,灵活运用,才能够对桩基进行全面准确的评价。




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