混凝土结构无损检测.doc

9混凝土结构无损检测9.1无损检测的概述9.1.1无损检测的意义当混凝土工程发生涉及安全使用的质量事故，或因自然灾害，使混凝土结构受到损害，或因为其它需要，需要探测混凝土结构内部缺陷，如空洞、孔隙、裂缝等情况,还有可能要测定混凝土本体的强度,同时在进行测定时还不能损害混凝土结构,这就需要用到无损检测技术。混凝土结构无损检测技术主要是根据混凝土结构特点，利用超声波、应力波、电磁波以及力学上的碰撞反弹等原理，通过测试这些物理力学参数来间接获得有关结构内部缺陷或者强度的信息，达到不损害结构或轻微损害结构的前提下测试混凝土结构的完整性及强度的目的。9.1.2无损检测的分类无损检测就是用力学、声学、电磁、放射等方法所测得的物理特征来检测、分析结构的性质,并且在检测过程中对结构没有兵损害或损害极轻微。按物理学来分类，可分为力学法、声学法、电磁法、放射法以及两种或两种以上的综合法。各种方法测定的物理特征，适用范围及优缺点见表9.1表9.1无损检测方法分类表方法测定的物理特征适用范围优缺点力学法印痕直径、体积、射入深度、拔出力、局部压碎力、回弹值测定抗压强度测试简易，有一定精度，很少受构件形状大小限制。不可同点测试，要求混凝土表层与内部质量基本一致。射入法、拔出法、局部压碎法需要事后修补构件声学法共振频率、纵波、横波或表面波的速度测定抗压强度、裂缝深度，孔洞或不密实区的大小、位置、混凝土的动态特性有一定精度，共振法限于试验室内使用。超声法不受构件形状大小的限制。可同点测试，可测全截面质量，但仪器性能和测试技术要求较高电磁法电阻、电导率、电位、磁场的变化测定混凝土的厚度、密度、含水率、钢筋的直径、位置，混凝土的腐蚀情况测试简易，可同点测试，但对密集钢筋及深位钢筋的探测有困难，精度不高放射法放射线透过率、衰减率测定内部裂缝、孔洞、不密实及钢筋的大小及位置，混凝土的含水率，单位水泥用量精度较高，直观，但设备复杂，使用时需要保护措施综合法回弹值，声速，波辐衰减率，动弹性系数测定抗压强度测定精度较高，仪器性能和测试技术要求较高其 他微波吸收法、表面吸水法、水化度法、空隙率法、声发射法及光纤维法等9.2回弹法检测混凝土强度9.2.1基本原理用于测定普通混凝土的中型回弹仪，是一种直射锤击式仪器。它借助于已获得一定拉力的弹簧所连接的弹击锤，冲击弹击杆后，弹击锤向后弹回，计算弹回的距离和冲击前弹击锤距弹击杆的距离之比，即得回弹值。回弹值的大小，取决于与冲击能量有关的回弹能量，而回弹能量取决于被测混凝土的弹塑性性能。即在能量损耗的诸多因素中，弹回距离（即回弹值）主要取决于混凝土的塑性变形。当能量一定时，混凝土的塑性变形愈大，消耗于产生塑性变形的功也愈大，弹击锤所获得的回弹功能愈小,回弹距离相应也小(即回弹值也小)。在正常情况下，混凝土强度的检验与评定应按现行国家标准混凝土结构工程施工及验收规范及混凝土强度检验评定标准执行。但是，当出现标准养护试件或同条件试件数量不足或未按规定制作试件时，或其他原因需要对结构混凝土强度进行检测时，可采用回弹法进行检测,回弹结果也可以对混凝土强度进行检验评定。由于回弹法是通过回弹仪检测混凝土表面硬度从而推算混凝土强度的方法，因此不适用于表面与内部质量有明显差异或内部存在缺陷的混凝土结构或构件的检测。9.2.2回弹仪9.2.2.1率定在回弹仪使用过程中，在洛氏硬度(HRC)为60±2的标准钢砧上，将仪器垂直向下进行弹击，其平均回弹值值应为80±2，这时可称回弹仪率定合格,可以用于试验检测；否则应整修后再率定，直至合格为止。回弹仪在检测前后,应在钢砧上作率定试验。率定试验宜在干燥、室温为535的条件下进行，钢砧应稳固地平放在刚度大的物体（如混凝土地面等）上。测定回弹值时，取连续向下弹击三次的稳定回弹平均值。弹击杆应分四次旋转，每次旋转宜为90°。弹击杆每旋转一次的率定平均值应为80±2。9.2.2.2保养当回弹仪有下列情况之一时，应进行常规保养：l 弹击超过2000次；l 对测试值有怀疑时；l 率定试验不合要求。常规保养方法如下：1) 使弹击锤脱钩后取出机芯，然后卸下弹击杆，取出里面的缓冲压簧，并取出弹击锤、弹击拉簧和拉簧座；2) 用清洗剂清洗机芯各零部件，重点清洗中心导杆、弹击锤和弹击杆的内孔和冲击面。清洗后应在中心导杆上薄薄涂抹钟表油，其他零部件均不得抹油；3) 清洗机壳内壁，卸下刻度尺，并应检查指针，其摩擦力应为0.50.8N；4) 不得旋转尾盖上已定位紧固的调零螺丝；5) 不得自制或更换零部件；6) 仪器保养后进行应进行率定，率定合格才可以使用。9.2.2.3检定回弹仪具有下列情况之一时应送检定单位检定：l 新回弹仪启用前；l 超过检定有效期限（半年）；l 累计弹击次数超过6000次；l 经常规保养后率定不合格；l 遭受严重撞击或其他损害。 回弹仪应送法定部门检定。9.2.3影响回弹法测定混凝土强度的各种因素回弹试验测定混凝土强度是测定其表面硬度后推算混凝土抗压强度的。混凝土是由多种材料及不同条件的情况下组成的，因此有多种因素会影响试验结果，在此做一简单介绍。1) 原材料的影响：普通混凝土抗压强度的大小取决于水泥砂浆的强度、粗骨料的强度以及二者的粘结力；但回弹值与混凝土的表面硬度有关。混凝土表面硬度与表面层厚度、是否有大的粗骨料有关，表面水泥水化产物是否碳化及碳化深度有关。而碳化深度是可以测定的，并且它的影响最为明显，有规律可循，因此在推算强度时加以修正。而粗骨料的影响是随机的，可通过在检测过程中恰当地布置测区来避免粗骨料的影响。2) 测定表面湿度的影响：混凝土强度较低时，回弹值受湿度影响较大。如测试时不能避免湿度的影响，宜建立专用测强曲线来进行测定。3) 测试角度的影响：由于回弹仪中弹击锤的重力作用，使同一构件（指强度相同）在不同角度测试时，测得的回弹值不同，应按规程修正。这也可在推算强度时来消除。4) 测试面的影响：从试验得知，在结构浇筑方向的表面较侧面的回弹值低5%10%；而底面则较侧面高10%20%，因此测试时应尽可能选择侧面，若条件不允许时，所测得的表面或底面的回弹值，应按规程规定进行修正，从而消除这种影响。5) 其他因素的影响：测试时的大气温度、构件的曲率半径、厚度、刚度和一定的应力以及测试技术等都在不同程度上影响回弹法测强的精度。9.2.4测区布置每一结构或构件的测区应符合下列要求：1) 每一结构或构件测区数不应少于10个，对某一方向小于4.5m且另一方向尺寸小于0.3m的构件，其测区数量可适当减少，但不应少于5个；2) 相邻两测区的间距应控制在2m以内，测区离构件端部或施工缝边缘的距离不宜大于0.5m，且不应小于0.2m；3) 测区应选在使回弹仪处于水平方向检测混凝土浇筑侧面。当不能满足这一要求时，可使回弹仪处于非水平方向检测混凝土浇筑侧面、表面或底面；4) 测区宜选在构件的两个对称可测面上，也可选在一个可测面上，且应均匀布置。在构件的重要部位及薄弱部位必须布置测区，并应避开预埋件；5) 测区的面积不宜大于0.04；6) 检测面必须为混凝土原浆面，混凝土表面应清洗、平整，不应有疏松层、浮浆、油垢、涂层以及蜂窝、麻面。必要时可用砂轮清除疏松层和杂物，且不应有残留的粉末和碎屑；7) 对于薄壁小型构件，回弹时可能会产生颤动，造成回弹能量的损失，使检测结果偏低。对结构构件应加以固定方可进行检测。9.2.5测强曲线9.2.5.1统一测强曲线用全国有代表性的材料以及成型、养护工艺配制的混凝土试件，通过大量的破损与非破损试验所建立的回弹值与混凝土的相关曲线。该曲线平均相对误差不大于15.0%，适用全国大多地方。使用统一测强曲线时，还应符合下列条件：1) 普通混凝土采用的材料、拌和用水符合现行国家有关标准；2) 不掺外加剂或仅掺非引气型外加剂；3) 采用普通成型工艺；4) 采用符合现行国家标准混凝土结构工程施工及验收规范GB50204规定的钢模、木模及其他材料制作的模板；5) 自然养护或蒸汽养护出池后经自然养护7d以上，且混凝土表层为干燥状态；6) 龄期为141000d；7) 抗压强度为1060MPa。当有下列情况之一时，测区混凝土强度值不得采用统一测强曲线换算，但可制定专用测强曲线或通过试验进行修正：l 粗集料最大粒径大于60mm；l 特种成型工艺制作的混凝土；l 检测部位曲率半径小于250mm；l 潮湿或浸水混凝土。9.2.5.2地区测强曲线用本地区常用的材料、成型、养护工艺配制的混凝土试件，通过较多的破损与非破损试验所建立的回弹值与混凝土的相关曲线。该曲线平均相对误差不大于14.0%，适用于当地使用。9.2.5.3专用测强曲线用与结构或构件混凝土相同的材料、成型、养护工艺配制的混凝土试件，通过一定数量的破损与非破损试验所建立的回弹值与混凝土的相关曲线。该曲线平均相对误差不大于12.0%，适用于与制定该类测强曲线条件相同的混凝土进行强度推算。地区和专用测强曲线制定并批准实施使用后,应注意其使用范围只能在制定该曲线时的试件条件范围内,例如龄期、原材料、外加剂、强度区间等，不允许超过该使用范围。此外，应经常抽取一定数量的同条件试件进行校核，如发现误差较大时，应停止使用并应及时查找原因。应优先选用专用测强曲线和地区测强曲线。制定专用测强曲线的试件应与预测结构或构件在原材料（含品种、规格）的成型工艺与养护方法等方面条件相同。试件的制作、养护应符合下列条件：1) 按最佳配合比设计5个强度等级，每一强度等级每一龄期制作6个150mm立方体试件，同一龄期试件宜在同一天内成型完毕；2) 成型后的第二天，应将试件移至与被测结构或构件相同的条件养护，试件拆模日期宜与结构或构件的拆模日期相同。具体制作方法可参见回弹法检测混凝土抗压强度技术规程JGJ/T23。9.2.6混凝土强度的评定为使混凝土强度推定值的保证率达到95%的要求,从数理统计的理论出发,对于构件测区数多的(10个测区)，可按数理统计的理论进行评定，计算平均值（mf）和标准差（sf），按下式计算混凝土推定值：fcu，e= mf-1.645sf当构件的测区数量少于或等于10个时，不能用数理统计的方法进行推算，为保证结构安全，将构件中最小测区混凝土强度换算值作为构件混凝土评定值。9.3超声法检测混凝土强度及内部缺陷9.3.1基本原理超声波法是通过测定超声波在混凝土中传播时的波形变化及声时参数的变化来推算混凝土的强度及判定内部结构的完整性。9.3.1.1波形及其参数l 声波是物体机械振动时迫使周围介质也发生振动并使振动向外传播而形成的一种波动。将接收换能器置于某点接收由声源传过来的声波，实际上就是接收该点在声波作用下的振动过程。振动大小和相位随时间而变化的过程曲线就称为波形。l 波形参数：周期T相位相同的相邻的波之间所经历的时间称为周期。频率f周期的倒数称为频率，单位赫芝或千赫芝（Hz，kHz）混凝土超声检测使用频率一般在20200kHz之间。振幅A波动的幅度，表征波的强弱，通常以分贝（db）或直接以屏幕上波高度的毫米数表示。波长声波波动波动一次所传播的距离。振幅 ATA波速v单位时间波传播的距离，以m/s或km/s表示。时间t图9.1波形图波长、频率、波速间有如下关系：9.3.1.3测试原理超声波检测仪工作原理见图9.2。在同一种介质中，不同种类的波具有不同的传播速度。同一种类型的波，在同一种介质中，因为不同的边界条件，其传播速度也不相同。混凝土内部缺陷或空洞等等原因会使波阻抗发生变化。波在的传播过程中如果遇到波阻抗发生变化，则会发生反射和折射，波形就可能发生畸变，而且声时参数也会发生变化，通过这些变化值，可以分析混凝土结构内部的缺陷情况。发射系统扫描系统时标系统波形显示控制系统接收系统数字显示测试面发射探头接收探头图9.2超声波检测仪工作原理用超声波也可以测试混凝土的强度。超声波在混凝土内部的传播速度与混凝土密度及弹性模量有关，强度和密度有一定的关联关系，因而可以建立波速和强度之间的关系，然后利用这个关系就可以测定混凝土的强度。但是由于混凝土的强度与密度之间没有明确的关系，也无规律可循。因此，不可能有统一的强度波速关系，故在测定强度时，就要针对特定的材料、配合比及施工工艺，建立专有的强度波速关系曲线。用超声波测定强度的方法不宜用于测定强度等级大于C30以上的混凝土强度，也不能用于在超声波传播方向钢筋布置过密的混凝土结构的测定。这是因为，超过C30强度等级的混凝土，其强度与密度之间的关系更不明显，这时，混凝土的强度与骨料强度、砂浆与骨料的界面强度、砂浆内部细小孔隙的直径、直径分布等其它原因有关，而这时密度已没有多少变化，但强度可能会有极大的变化。钢筋布置过密的位置，可能会使超声波沿钢筋传播，从而不会带上混凝土结构内部的信息。9.3.2超声仪9.3.2.1校验使用前应检验仪器及换能器是否正常, 将发射与接收换能器放置于间距为100mm的常温空气中，增益调至最大,调节衰减器,观察接收波幅的变化是否与衰减值相对应;缓慢调节油标脉冲或移动两个换能器的相对位置，检验各方位数字显示是否符合十进制递变，如不符合，应进行调整或检修。将发射与接收换能器相互对准，以间距为50mm、100mm、150mm、200mm依次放置的常温空气中,在保持首波幅度一致的条件下，读取各间距所对应的声时值t1、t2、t3tn。同时测量空气的温度Tk，测点数不少于10个，据此用回归分析法求出“时距”回归直线方程：回归直线方程的回归系数b即为空气声速的实测值vs，将该值与由下式计算出的空气声速标准值比较：其中：Tk为空气的绝对温度值。空气声速实测值vs与空气声速标准值Vc之间的相对误差er按下式计算：其相对误差er应不大于±0.5%，否则仪器计时系统不正常。9.3.2.2保养仪器和换能器在使用和搬运过程中不得有强烈震动；注意防尘、防潮、电源电压应稳定在190230V；连续使用时注意通风散热。长时间内不使时，要定期给仪器通电。9.3.3影响强度fcu波速V关系曲线的因素影响强度fcu波速V关系曲线的因素主要有：1）石子的品种、粒径、用量的影响由于混凝土中石子所占的体积最大，所以石子的情况对fcuV关系曲线影响最大。首先是石子的品种。不同的石子，其材质不同，声速也就不同，因而用不同石子制作的同配合比混凝土，其声速也有差异。而用不同的石子，只要水灰比相同，混凝土的强度是一致的。这就造成不同石子的混凝土，其fcuV关系曲线各不相同，有的甚至差别很大。其次，石子的粒径也对fcuV关系曲线有影响，石子粒径越大，其声速越高。另外，在强度相同的情况下，单位体积混凝土的石子用量越多，其声速也越高。2）混凝土养护方式的影响不同的养护方式对fcuV关系曲线也形成明显的影响。混凝土强度一致的前提下，超声波的声速以水中养护最大，标准养护次之，自然养护的最小。9.3.4建立fcuV关系曲线用超声波测定混凝土强度时，可以采用获得批准的地区曲线；若无地区曲线或所测混凝土与地区曲线所代表的混凝土差异较大，则应专门建立专用曲线。建立专用fcuV关系曲线的方法如下：1)制作不少于10组的混凝土试件，试件尺寸一般为150mm×150mm×150mm。当骨料最大粒径不超过40mm时，试件尺寸不于200mm×200mm×200mm。试件的原材料、配合比、振捣方法、养护条件应与被测建筑物混凝土一致。为了使同一批试件的强度、波速在较大范围内变化，可采用以下两种方法：如旨在检验建筑物混凝土强度时，可采用固定水泥、砂、石比例，使水灰比在一定范围内上下波动，并在同龄期时测定；如旨在了解混凝土硬化过程中强度的变化时，可采用固定混凝土的配合比和水灰比，在各龄期进行测试。2)每个试件的测试位置见图9.3。测试时，在测点处涂上耦合剂，将换能器压紧在测点上，调整增益，使所有被测试件接收信号第一个半波的幅度降至相同的某一幅度，读取时间读数。每个试件以五点测值的算术平均值作为试件混凝土中超声波传播时间t（s）的测量结果。以不大于1mm的误差沿超声传播方向测量试件各边长，取平均值作为传播距离L（m），按下式计算波速：抗压测试方向超声测试方向b/4b/4b浇注方向图9.3试件的测试位置抗压强度测试按照混凝土立方体抗压强度试验执行。结果整理：波速或强度均取一组三个试件测值的平均值作为一个数据，以强度为纵坐标，波速为横坐标，绘制fcuV关系曲线。也可根据实测数据，进行回归分析求得关系曲线的方程。9.3.5现场测试及结果处理按照相关规程对建筑物进行超声波测试，由于fcu波速V关系曲线是在小尺寸的素混凝土试件测定的，用于实际测定大尺寸结构时，需对实测结果进行修正后方能得出推定值。主要修正以下几方面：1) 钢筋对波速影响的修正：声波在钢中的传播速度比混凝土快，在钢筋中的传播速度达5900m/s，而混凝土的传播速度为4000m/s5000m/s，由于测定声时时，我们总以首先到达的波来计时，所以当在声波的传播路径上遇到钢筋时，有时会使所测声速增大。图9.5平行钢筋的影响DBCL dA钢筋的影响分两种情况：图9.4垂直钢筋的影响l 垂直钢筋的影响。一些构件，如梁，上下有成排的主筋（图9.4）。如果我们测量梁的混凝土波速时，换能器正好对准钢筋，这时，声波穿钢筋而过，将使所测波速略有提高。随钢筋排列的密度不同波速会增大1%5%。这时，您只需要将换能器向上移开钢筋35cm，这种影响就没有了。l 平行钢筋的影响。有时也会遇到钢筋的方向正好与声波的传播方向平行，如图9.5。当发射换能器A发出一束超声波，其中一部分在混凝土中传播，直接由A到达D。同时，也有一部分超声波从A出发，斜向传播到钢筋上的B点，然后沿着钢筋以较快的速度传播到C点，再从C到达接收换能器D。如果A、D换能器离开钢筋的距离d小到一定程度，那么完全有可能声波经折线AB-BC-CD传播的时间还短于经AD直接传播的时间。这时，我们仍然以测距L来计算波速，结果计算出的波速就高于混凝土真正的波速。梁、柱等的主筋在测试时可以通过移动测点而避开影响。但箍筋，往往平行于测试方向，并且数量多，无法避开。因此有必要讨论影响的大小。通常所称的超声波在钢中的传播速度5940m/s，那是指在超声波在半无限大介质中的传播速度。当声波沿着钢筋传播时，边界条件变有了极大的变化，可近似地认为超声波是在杆件中传播，此时速度将变小（而混凝土的尺寸相对于钢筋完全可以认为是无限大介质）。钢筋越细，波速越小。6mm的钢筋波速甚至低于一般混凝土的波速。所以箍筋对声时参数的影响可不予考虑。2) 测距对波速影响的修正：随着测距增大，所测声速会减小。由于超声脉冲波随着传播距离增加将逐渐衰减，所以随着测距的增加接收波的频率也随之下降。超声脉冲波频率的下降正是引起所测声速下降的根本原因。为了使在实体结构上测得的波速与在150mm试件上测得的波速一致，根据上述试验结果制作了不同测距波速修正表。表中以150mm测距为准，凡测距大于150mm者，可将测得的波速乘上表9.3所示的修正系数。 表9.3不同测距波速修正表 测距（cm）1550100200300400500修正系数11.0031.0151.0231.0271.0301.031注：表中相邻点之间的数值可以用线性插值法确定 3) 换能器频率对波速影响的修正fcuV关系曲线所用的换能器频率较高，而实测时因种种原因可能要用较低频率的换能器，这就造成测试条件和结果的不一致。为使二者测试结果一致可采取如下措施：l 如果实测距离在1m以内，如梁、板、柱，则测定试件时用的什么频率换能器(例如50100kHz)，实体测试也用它。l 50kHz换能器通用性较强，可用来测试试件，实体测试中也可测试测距在23m的混凝土。l 当实体结构尺寸较大，例如45m以上，需要采用较低频的换能器时，宜在试件上比较二种换能器测值的差异，以修正测试结果。将现场测得的波速加以必要是修正后，按fcuV关系曲线换算出各测点处的混凝土强度。9.3.6结果评定 测得各测点的强度值后，可按相关标准进行混凝土强度评定。9.4超声回弹综合法检测混凝土强度9.4.1概述回弹法测试混凝土强度时，由于只涉及到混凝土结构表面，对于混凝土内部未涉及。事实上，混凝土的强度不仅仅是由表面决定的，因此，单用回弹法测定混凝土强度时，隐含的前提是假设混凝土内部、外部是相一致的。这个前提在各种标准的行文中并不明显。由于施工中的种种原因，混凝土结构有可能内外质量不一致。而单用超声波法，从原理上就有缺陷，因此使用起来受到很大的限制。超声回弹综合法结合了这两种方法的优点，声速值的测定是针对混凝土本体的，它必定会对混凝土内外情况有所反映，以此作为参数，在用回弹值推算强度时进行修正，比单用一种方法的误差小。与回弹法比较，超声回弹综合法具有如下优点：内外结合，既减少了由于混凝土内外质量不一致引起的误差，也能在较低或较高强度区间相互弥补各自的不足；提高测试精度。9.4.2综合法测强曲线综合法测强曲线也分为通用曲线、地区曲线和专用曲线。应优先采用专用或地区测强曲线，若无该类测强曲线，经验证后也可采用通用测强曲线。在这一点上，要求与回弹法一致。9.4.2.1通用测强曲线：用全国有代表性的材料，相同的成型、养护工艺配制的混凝土试件，通过大量的破损与非破损试验所建立的回弹值、声速值与混凝土强度的相关曲线。该曲线平均相对误差不大于15.0%，适用于无地方或专用测强曲线、且通过验证、并符合下列条件的混凝土进行强度换算：1) 普通混凝土采用的材料、拌和用水符合现行国家有关标准；2) 掺或不掺减水剂或早强剂；3) 采用普通成型工艺；4) 采用符合现行国家标准混凝土结构工程施工及验收规范GB50204规定的钢模、木模及其他材料制作的模板；5) 自然养护；6) 龄期为7730d，如超过此龄期，可钻取混凝土芯样进行修正；7) 抗压强度为1050MPa。通用测强曲线的方程如下：卵石混凝土：碎石混凝土：9.4.2.2地区测强曲线：由本地区常用的材料，常用的成型、养护工艺配制的混凝土试件，通过较多的破损与非破损试验所建立的回弹值、声速值与混凝土强度的相关曲线。该曲线平均相对标准误差不大于14.0%，适用于与制定该类测强曲线条件相同的混凝土进行强度换算。9.4.2.3专用测强曲线：由与结构或构件混凝土相同的材料、成型、养护工艺配制的混凝土试件，通过一定数量的破损与非破损试验所建立的回弹值、声速值与混凝土强度的相关曲线。该曲线相对标准误差不大于12.0%，适用于与制定该类测强曲线条件相同的混凝土进行强度换算。地区和专用测强曲线制定并批准实施后,应注意其使用范围只能在制定该曲线时的试件条件范围内,例如混凝土龄期、原材料、外加剂、强度区间等，不允许超过该使用范围。此外，应经常抽取一定数量的同条件试件进行校核，如发现误差较大时，应停止使用并应及时查找原因。制定综合法专用测强曲线的方法与制定超声法专用曲线的方法类似。所不同的是试件除了要测量声速外还要测量回弹值（最好还要测量混凝土碳化层厚度），以声速、回弹值（和碳化层厚度值）与混凝土强度值建立关系，进行回归分析。具体制作方法可参见超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程CECS02：88。9.4.4现场测试和强度评定 回弹值的测定与回弹试验相同，声速测定与超声法相同。经推算得的强度值，可按相关标准要求进行评定。9.5拔出法检测混凝土强度9.5.1概述拔出法分为两种：一类是预埋拔出法；另一类是后装拔出法。预埋拔出法是在混凝土表层以下一定距离处预先埋入一个钢制锚固件，混凝土硬化后，通过锚固件施加拔出力。当拔出力增至一定限度时，混凝土破裂，破裂面呈圆锥面，拔出体为类圆锥体。当荷载达到峰值时，记录极限拔出力读数，再根据提供的测强曲线，换算出混凝土的抗压强度。预埋拔出法需事先做好计划，不能在施工后使用来检测混凝土强度。后装拔出法是在已硬化的混凝土表面钻孔、磨槽、嵌入锚固件并安装拔出仪进行拔出试验，测定极限拔出力，根据预先建立的拔出力与混凝土强度之间的相关关系检测混凝土强度。被检测混凝土的强度不应低于10.0MPa。与回弹法、超声回弹综合法以及钻芯法相比，后装拔出法具有如下特点： l 拔出法所测定的拔出力与砼强度具有很好的相关关系，从而大大提高了测强精度，尤其适合于高强砼的强度检测。l 虽然对构件有微小损伤，但比钻芯法所造成的损伤小得多，对钢筋无影响。可以进行大范围测试。l 测试简单，速度快。l 但它也与回弹法一样，有一个隐含的假设，就是假设混凝土内外质量均匀。9.5.2仪器及保养拔出仪是专用的仪器，在使用期间应注意保养；每年标定一次，如遇下列情况之一时，应重新标定：1) 更换液压油后；2) 更换测力装置后；3) 经维修后；4) 拔出仪出现异常时。9.5.3建立专用测强曲线的基本要求1) 拔出试验装置应符合相关规程的有关规定。2)混凝土所用水泥应符合现行国家标准硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥的规定；混凝土所用的砂、石应符合行业标准普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法和普通混凝土用砂质量标准及检验方法的规定。3)建立测强曲线试验用混凝土，不宜少于 6 个强度等级，每一强度等级混凝土不应少于 6 组，每组由 1 个至少可布置 3 个测点的拔出试件和相应的 3 个立方体试块组成。4)每组拔出试件和立方体试块，应采用同盘混凝土，在同一振动台上同时振捣成型，同条件自然养护。5）拔出试验应按下列步骤进行：拔出试验的测点应布置在试件混凝土成型侧面；在每一拔出试件上，应进行不少于 3 个测点的拔出试验，取平均值为该试件的拔出力计算值 F(kN)，精确至 0.1kN。6）测强曲线应回归分析的方法获得。将每组试件的拔出力计算值及立方体试块的抗压强度代表值汇总，按最小二乘法原理进行线性回归分析。专用测强曲线仅限在建立曲线所试验的范围内使用，不得外推。9.6基桩检测9.6.1基桩检测一般规定基桩的检测方法有很多，各自有不同的使用范围。可根据不同的要求按表9.4的要求选择检测方法。表9.4检测方法及检测目的检测方法检 测 目 的单桩竖向抗压静载试验确定单桩竖向抗压极限承载力；判定竖向抗压承载力是否满足设计要求；通过桩身内力及变形测试，测定桩侧、桩端阻力；.验证高应变法的单桩竖向抗压承载力检测结果单桩竖向抗拔静载试验确定单桩竖向抗拔极限承载力；判定竖向抗拔承载力是否满足设计要求；通过桩身内力及变形测试，测定桩的抗拔摩阻力单桩水平静载试验确定单桩水平临界和极限承载力，推定土抗力参数；判定水平承载力是否满足设计要求；通过桩身内力及变形测试，测定桩身弯矩和挠曲 钻芯法检测灌注桩桩长、桩身混凝土强度、桩底沉渣厚度，判定或鉴别桩底岩土性状，判定桩身完整性类别低应变法检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别高应变法判定单桩竖向抗压承载力是否满足设计要求；检测桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别；分析桩侧和桩端土阻力声波透射法检测灌注桩桩身混凝土的均匀性、桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性类别 桩身完整性宜采用两种或两种以上的检测方法进行检测，并进行相互验证。这是因为用应力波、超声波进行缺陷检测时，均是根据所得波形进行反演过程，而反演时，条件不足，是一个不定问题，虽然还要结合施工记录等资料，但在理论上，条件是不足的，因此可能判断错误。故用两种及以上的方法进行相互验证，是保证测试准确性的好方法。检测开始时间应符合下列规定：l 当采用低应变法或声波透射法检测时，受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。l 当采用钻芯法检测时，受检桩的混凝土龄期达到28d或预留同条件养护试块强度达到设计强度。若有多项检测要求时，宜先进行工程桩的桩身完整性检测，后进行承载力检测。当基础埋深较大时，桩身完整性检测应在基坑开挖至基底标高后进行。9.6.2低应变法低应变法主要用于基桩的完整性检验。桩身质量按完整性分为四类，见表9.5的规定，并按相关技术所规定的技术内容划分。表9.5 桩身完整性分类表桩身完整性类别分类原则类桩桩身完整类桩桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥类桩桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响类桩桩身存在严重缺陷注：类桩应进行处理。9.6.2.1基本原理    低应变法是在桩顶给桩作用一小的动荷载（不会引起桩、土的振动，只会产生弹性波，在桩身内传播，这就是小应变的含义），动荷载可以是瞬态冲击力或稳态激振力。用不同功能的传感器可以在桩上量测到不同的动力响应信号，如位移、速度或加速度响应信号。通过对信号的波形分析，可以判定桩身的完整性。图9.3为低应变完整性测试法的基本原理测试图。 图9.6 低应变完整性测试法的基本原理测试图9.6.2.2现 场 检 测1）检测时，应满足下列条件：l 桩头的材质、强度、截面尺寸应与桩身基本等同。l 桩顶面应平整、密实，并与桩轴线基本垂直。2）测试参数设定应符合下列规定：l 时域信号分析的时间段长度应在2L/c时刻后延续不少于5ms；幅频信号分析的频率范围上限不应小于2000Hz。l 设定桩长应为桩顶测点至桩底的施工桩长，设定桩身截面积应为施工截面积。l 桩身波速可根据本地区同类型桩的测试值初步设定。l 采样时间间隔或采样频率应根据桩长、桩身波速和频域分辨率合理选择。3）传感器的设定值应按计量检定结果设定。4）传感器安装和激振操作应符合下列规定：l 传感器安装应与桩顶面垂直；用耦合剂粘结时，应具有足够的粘结强度。l 实心桩的激振点位置应选择在桩中心，传感器安装位置宜为距桩中心2/3半径处；空心桩的激振点与测量传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成的夹角宜为90°，激振点和测量传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。l 激振点与测量传感器安装位置应避开钢筋笼的主筋影响。l 激振方向应沿桩轴线方向。l 瞬态激振应通过现场敲击试验，选择合适重量的激振力锤和锤垫，宜用宽脉冲获取桩底或桩身下部缺陷反射信号，宜用窄脉冲获取桩身上部缺陷反射信号。l 稳态激振应在每一个设定频率下获得稳定响应信号，并应根据桩径、桩长及桩周土约束情况调整激振力大小。5）信号采集和筛选应符合下列规定：l 根据桩径大小，桩心对称布置24个检测点；每个检测点记录的有效信号数不宜少于3个。l 检查判断实测信号是否反映桩身完整性特征。 l 不同检测点及多次实测时域信号一致性较差，应分析原因，增加检测点数量。l 信号不应失真和产生零漂，信号幅值不应超过测量系统的量程。9.6.2.3检测数据分析与判定1）桩身波速平均值的确定应符合下列规定：当桩长已知、桩底反射信号明确时，在地质条件、设计桩型、成桩工艺相同的基桩中，选取不少于5根类桩的桩身波速值，按下式计算其平均值：式中cm桩身波速的平均值（m/s）；ci 第i根受检桩的桩身波速值（m/s），且cicm/cm5%；L 测点下桩长（m）；T 速度波第一峰与桩底反射波峰间的时间差（ms）；f 幅频曲线上桩底相邻谐振峰间的频差（Hz）；n 参加波速平均值计算的基桩数量(n5)。当桩长未知或桩底反射信号不明确时，波速平均值可根据本地区相同桩型及成桩工艺的其他桩基工程的实测值，结合桩身混凝土的骨料品种和强度等级综合确定。2）桩身缺陷位置应按下列公式计算：式中：x 桩身缺陷至传感器安装点的距离（m）； tx速度波第一峰与缺陷反射波峰间的时间差（ms）；c受检桩的桩身波速（m/s），无法确定时用cm值替代；f 幅频信号曲线上缺陷相邻谐振峰间的频差（Hz）。3）桩身完整性类别应结合缺陷出现的深度、测试信号衰减特性以及设计桩型、成桩工艺、地质条件、施工情况，按表9.5的规定和表9.6所列实测时域或幅频信号特征进行综合分析判定。表9.6桩身完整性判定类别时域信号特征幅频信号特征2L/c时刻前无缺陷反射波；有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差fc/2L2L/c时刻前出现轻微缺陷反射波；有桩底反射波桩底谐振峰排列基本等间距，其相邻频差fc/2L，轻微缺陷产生的谐振峰与桩底谐振峰之间的频差 f >c/2L有明显缺陷反射波，其他特征介于类和类之间2L/c时刻前出现严重缺陷反射波或周期性反射波，无桩底反射波；或因桩身浅部严重缺陷使波形呈现低频大振幅衰减振动，无桩底反射波。缺陷谐振峰排列基本等间距，相邻频差f >c/2L，无桩底谐振峰；或因桩身浅部严重缺陷只出现单一谐振峰，无桩底谐振峰注：对同一场地、地质条件相近、桩型和成桩工艺相同的基桩，因桩端部分桩身阻抗与持力层阻抗相匹配导致实测信号无桩底反射波时，可参照本场地同条件下有桩底反射波的其他桩实测信号判定桩身完整性类别。4）对于混凝土灌注桩，采用时域信号分析时应区分桩身截面渐变后恢复至原桩径并在该阻抗突变处的一次反射，或扩径突变处的二次反射，结合成桩工艺和地质条件综合分析判定受检桩的完整性类别。必要时，可采用实测曲线拟合法辅助判定桩身完整性或借助实测导纳值、动刚度的相对高低辅助判定桩身完整性。5）对于嵌岩桩，桩底时域反射信号为单一反射波且与锤击脉冲信号同向时，应采取其他方法核验桩底嵌岩情况。9.6.3超声透射法9.6.3.1基本原理及方法正常的混凝土，声波在其中传播的一般是直线，当传播路径遇到混凝土有缺陷时，如断裂、裂缝、夹泥和密实度差等，声波会发生反射和折射，其传播路径将加长，同时在传播速度较慢的介质（如空洞）中通过的原因，会使测得的声速和波形发生异常，计算声速降低，波幅减小，波形畸变，利用超声波在混凝土中传播的这些声学参数的变化，可分析判断桩身混凝土质量。声波透射法检测桩身混凝土质量，是在桩身中预埋24根声测管。将超声波发射、接收探头分别置于2根导管中，进行声波发射和接收，使超声波在桩身混凝土中传播，用超声仪测出超声波的传播时间t、波幅A及频率f等物理量，就可判断桩身结构完整性。9.6.3.2适用范围声波透射法适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身完整性检测，判