工程结构检测技术(4)

《工程结构检测技术》《工程结构检测技术》教学内容(32学时）第1章序言(2学时）第2章应变测试技术(8学时）第3章桥梁检测、评定及力学性能试验(6学时）第4章桥涵工程基础检测(0学时）第5章桥梁上部结构检测(8学时）第6章桥梁荷载试验(6学时）第7章专题讲座(2学时）§4.1地基检测评定的目的§4.2地基承载力检测§4.3钻/挖孔灌注桩检测4桥涵工程基础检测本章教学内容桥梁基础综合评价基本内容：⑴基础结构的完整性；⑵基础结构的变形特征；⑶基础结构的承载能力。4桥涵工程基础检测§4.1桥涵检测评定的目的桥梁基础承载能力①类比法：在地质基本相同条件下，参照邻近结构物地基容许承载力；②试验法：根据现场荷载试验或触探资料；③计算法：按地基承载力理论公式计算；④规范法：按现行规范提供的经验公式计算。4桥涵工程基础检测§4.1地基检测评定的目的4桥涵工程基础检测§4.2地基承载力检测§4.2.1现行规范确定地基的容许承载力地基土分类（六类）确定地基土状态分类确定地基土容许承载力4桥涵工程基础检测§4.2地基承载力检测§4.2.2荷载板试验荷载板试验是原位测试方法之一。荷载板：①外形：圆形或方形②面积：2500或50002cm2cm4桥涵工程基础检测§4.2地基承载力检测§4.2.2荷载板试验荷载板试验是原位测试方法之一。原位测试是指在岩土体原有的位置上，在保持土的天然结构、天然含水量以及天然应力状态条件下测定岩土性质。4桥涵工程基础检测§4.2地基承载力检测§4.2.2荷载板试验荷载板试验原理荷载板试验是在待试验土层表面放置一定规格的方形或圆形承压板，逐级加载，记录荷载及沉降量；加载至总沉降量为25mm，或达到加载设备的最大设计值为止。区别：地基设计承载力、地基试验承载力、加载设备最大设计值。4桥涵工程基础检测§4.2地基承载力检测§4.2.2荷载板试验P-S曲线①压密阶段（0a段—接近直线）比例界限Pr；②剪切阶段（ab段）,极限荷载Pu；③破坏阶段（bc段）。4桥涵工程基础检测§4.2地基承载力检测§4.2.2荷载板试验加载方式：①堆载②反力梁加载原则：①加载、卸载简便安全；②对沉降量测量无影响。注：①百分表与千分表的区别；②百分表的安装。4桥涵工程基础检测§4.3钻/挖孔灌注桩检测§4.3.1桩基检测内容嵌岩桩与灌注桩（两类桩的受力机理不同，设计方法亦不同）。⑴灌注桩成孔质量检测；⑵灌注桩孔底沉渣厚度检测；⑶桩身质量检测。4桥涵工程基础检测⑴桩位偏差检查；⑵孔径检查；⑶桩倾斜度检查；⑷孔底沉淀渣土厚度检测：①锤球法、②电阻率法、③电容法§4.3钻/挖孔灌注桩检测§4.3.2成孔质量检测4桥涵工程基础检测§4.3.3.1桩身完整性①夹泥②断裂③缩颈④扩径⑤混凝土离析⑥桩底混凝土密实较差等§4.3钻/挖孔灌注桩检测§4.3.3桩身质量检测4桥涵工程基础检测§4.3.3.2桩身质量检测方法①钻芯检验法②振动检验法敲击法与锤击法、稳态激励机械阻抗法、瞬态激励机械阻抗法、水电效应法③超声脉冲检验法④射线法§4.3钻/挖孔灌注桩检测§4.3.3桩身质量检测4桥涵工程基础检测§4.3.3.3应力波反射法⑴基本原理：在桩顶竖向激励下，弹性波沿桩身传播，在明显存在波阻抗界面（如桩底、断桩、离析等部位）或桩身截面变化（缩颈、扩径）部位，将产生反射波。§4.3钻/挖孔灌注桩检测§4.3.3桩身质量检测4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念波：电磁波与机械波电磁波：无线电波、紫外线、伦琴射线、可见光等机械波：水波、声波、超声波机械波的频率表征声波：20Hz≤f≤20kHz次声波：f＜20Hz超声波：f＞20kHz4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念超声波的应用：①医疗诊断；②钢筋探伤；③混凝土检测等。混凝土检测：①混凝土强度推定；②混凝土内部缺陷测定。原理：通过发射的超声波在待检测混凝土中的传播，所接收的超声波的波速、振幅、频率和波形等波动参数与所检测混凝土的力学参数（弹性模量、泊松比、剪切模量）有直接关系；同时，与混凝土内部缺陷性质（断裂、空洞等）有关。4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念振动与波振动：是波动产生的能源；波动：是振动传播的过程。4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念连续波与脉冲波连续波脉冲波4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念波的分类1、纵波（L波，压缩波、疏密波）纵波可在任何弹性介质中（气体、液体、固体）传播4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念波的分类2、横波（T波、S波、切变波）在气体和液体中不能传播横波（形变而体积不变）4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念波的分类3、表面波（瑞利波、R波）介质表面的质点产生纵向振动和横向振动，形成椭圆轨迹的振动（其振幅随着深度的增加而迅速减小）。4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念波的分类4、板波（兰姆波、P波）无限长宽的弹性板状介质表面的质点产生纵向振动和横向振动，形成椭圆轨迹的振动（板厚与波长相当）。板波与表面波不同，其是在板状弹性介质中传播的弹性波；板波的传播受到两个界面的束缚，从而形成对称型（S型）和非对称型（A型）两种情况。4桥涵工程基础检测对称型非对称型4、板波（兰姆波、P波）5、其他波形弯曲波、爬波、楔波等4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念波动方程或由于波长、波速与频率的关系，则波数)(coscxtAyfc2c2ck)cos(kxtAy4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念波的形式：①平面波；②球面波；③柱面波4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念波的特性：1、波的叠加与干涉2、驻波3、波的衍射（惠更斯原理）4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念声场及其特征量1、声压（帕斯卡,)声压的量值表示：平均值、瞬时值、有效值、最大值等2、声阻抗3、声强度2/11mNPacvtAcp)cos(cZcpZpImm221224桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念声场及其特征量4、声压与声强的分贝表示声强级（Bel，贝尔）5、声速212110lglogIIIIIL)(lg1021dBIIIL/EKv4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念异质界面液体/固体；气体/液体；固体/固体等波的反射4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念波的折射4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念超声波传播过程的衰减因素①由声束扩散引起的衰减；②由声束散射引起的衰减；③由介质吸收引起的衰减。4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念超声波的获取电声换能器（直探头）1-金属盖2-绝缘柱3-接触座4-导线螺杆5-接线片6-晶片座7-金属外壳8-晶片9-保护膜10-接地铜圈11-吸收块4桥涵工程基础检测补充：机械波的基本概念超声波的获取电声换能器（斜探头、喇叭探头）4桥涵工程基础检测补充：机械波基本概念应力波：当介质的某个地方突然受到一种扰动，这种扰动产生的变形会沿着介质由近及远传播开去，这种扰动传播的现象称为应力波。波阻抗：式中：—密度；c—应力波速；A—桩横截面积。CAZ4桥涵工程基础检测补充：应力波在桩中的传播激励：手锤锤击桩端面（点振源）。传播介质：桩L远大于桩径D（一维直杆）。波传播：应力波以锤击点为中心半球向外传播，当应力波传播至桩身一定距离s后（一般s1D-2D），波振面才近似为平面。此时手锤锤击桩端认为是应力波在一维杆件中竖直方向的传播。4桥涵工程基础检测补充：一维杆应力波波动方程022222xuctu0EC式中：C—应力波在桩身中的传播速度（一维波速）。Question:导出波动方程（Try)。4桥涵工程基础检测补充：应力波在自由端完整桩中的传播4桥涵工程基础检测补充：应力波在自由端完整桩中的传播反射波与入射波同相位(无障碍进入）TV4桥涵工程基础检测补充：应力波在自由端完整桩中的传播桩底反射与入射波同相位4桥涵工程基础检测补充：应力波在固定端完整桩中的传播4桥涵工程基础检测补充：应力波在固定端完整桩中的传播入射波与反射波反相位4桥涵工程基础检测补充：应力波在固定端完整桩中的传播桩底反射波与入射波反相位4桥涵工程基础检测补充：应力波在波阻抗减小桩中的传播4桥涵工程基础检测桩截面减小与桩底:反射波与入射波同相位补充：应力波在波阻抗减小桩中的传播TVL4桥涵工程基础检测缩径：反射波与入射波同相位；扩径：反射波与入射波反相位补充：应力波在波阻抗减小桩中的传播TVL4桥涵工程基础检测补充：应力波在波阻抗增大桩中的传播4桥涵工程基础检测补充：应力波在波阻抗增大桩中的传播TVL桩底与扩径：反射波与入射波反相位4桥涵工程基础检测补充：应力波在波阻抗增大桩中的传播缩颈与桩底：反射波与入射波同相位；扩径：反射波与入射波反相位TVL4桥涵工程基础检测补充：应力波在桩中的传播距离整桩平均波速C扩径位置L1扩径范围（L2－L1）TVLL1L2T1T2T3T4142TTLC2121TTCL2)(2312TTCLL4桥涵工程基础检测式中：υp—纵波在桩中传播速度；E—柱桩弹性模量；ρ—柱桩质量密度；L—柱桩长度；Δtp—接收桩底发射波的时间。bptlv2Evp§4.3.3桩身质量检测§4.3.3.3应力波反射法⑴基本原理4桥涵工程基础检测式中：Ls—缺陷截面距桩顶距离；υpm—同类柱桩纵波传播平均速度；Δtb—接收反射波的时间。2bpmstvL§4.3.3桩身质量检测§4.3.3.3应力波反射法⑵断桩截面位置检测sL4桥涵工程基础检测§4.3.3桩身质量检测§4.3.3.3应力波反射法⑶实测曲线判读基本方法4桥涵工程基础检测§4.3.3桩身质量检测§4.3.3.3应力波反射法⑶实测曲线判读基本方法4桥涵工程基础检测§4.3.3.3应力波反射法⑷应力反射法所能检测到的现象4桥涵工程基础检测§4.3.3.3应力波反射法⑸应力反射法不能检测到的现象4桥涵工程基础检测§4.3.3.3应力波反射法⑹应力反射法检测的优点①测桩轻便、速度快(50-200根/日)、价格便宜；②可以检测到距桩顶较近部位的缺陷(相比高应变)；③可以检测到轻微缺陷（相比高应变）；④准备简便；⑤操作简单；⑥经验丰富。4桥涵工程基础检测§4.3.3.3应力波反射法⑺应力反射法检测的局限性①测桩的长度受到一定限制（100m以内）；②桩身有多个缺陷时，一般只能检测到最上面的缺陷（对深部缺陷不易测出）；③难以对缺陷进行定量描述；④只能判断缺陷在某一截面的平均效应；⑤不能提供单桩承载力；⑥当桩侧阻力很大时，桩底反射难于看到；⑦无法检测桩底沉渣厚度。4桥涵工程基础检测§4.3.3.3应力波反射法⑻测试仪器设备速度传感器4桥涵工程基础检测§4.3.3.3应力波反射法⑻测试仪器设备组合手锤4桥涵工程基础检测§4.3.3.3应力波反射法⑻测试仪器设备RSM-PRT低应变仪4桥涵工程基础检测§4.3.3.3应力波反射法⑻测试仪器设备仪器采集界面4桥涵工程基础检测§4.3.3.3应力波反射法⑻测试仪器设备波形处理界面4桥涵工程基础检测§4.3.3桩身质量检测§4.3.3.3应力波反射法[实例]——锚杆长度测试Question:锚杆长度测试是否可用超声波？4桥涵工程基础检测双孔检测单孔检测桩外孔检测§4.3.3桩身质量检测§4.3.3.4超声波透射法⑴检测方式4桥涵工程基础检测§4.3.3桩身质量检测§4.3.3.4超声波透射法⑵检测设备联接4桥涵工程基础检测①声时值；②波幅；③接受信号的频率变化；④接受信号的畸变。§4.3.3桩身质量检测§4.3.3.4超声波透射法⑶桩基缺陷判断物理量注：信号波形与频率变化关系。4桥涵工程基础检测§4.3.3桩身质量检测§4.3.3.4超声波透射法⑷现场检测（声波覆盖区域）4桥涵工程基础检测§4.3.3桩身质量检测§4.3.3.4超声波透射法⑸混凝土内超声波传播时间计算式中：D—检测管外径(mm)；d—检测管内径(mm)；dT—换能器外径(mm)；vt—检测管传播