1、UDC 中华人民共和国行业标准TB P TB 10218-99 铁路工程基桩无损检测规程Specification for non-destructive testing of railway piles 1999-03-02 发布1999-06-01 实施中华人民共和国铁道部发布铁路工程基桩元损检测规程条文说明本条文说明系对重点条文的编制依据、存在的问题以及在执行中应注意的事项等予以说明。为了减少篇幅，只列条文号，未抄录原条文。1.0.1 随着高层建筑、铁路及公路桥梁、海港建设等工程的发展，桩基得到了越来越广泛的应用。传统的基桩质量检测方法是通过静荷载试验和钻芯取样法进行的。但是，随着灌注桩
2、桩径和桩长的日益增大和承载力的日益提高，静载试验方法已越来越难以适应。钻芯取样法也存在一定的局限性，不适用于普查，钻孔根数有限;钻孔截面占桩截面的比例很小;钻孔使桩身整体性受到破坏;长桩钻孔易发生偏钻现象，往往达不到质量检查的目的。另外，有资料表明，国外在现场灌注桩施工中桩身出现缺陷的慨率约为15%-20%。国内这一概率为20%左右。鉴于上述情况，常规的基桩检测方法已不能满足现代化施工质量检查和生产控制的需要，成为施工过程中的主要矛盾，故迫切需要寻找快速、经济、有效的基桩质量检测手段。目前，国内基桩检测的方法主要有超声波法(简称声测法)和振动法(包括阻抗法、电火花法、应力法等)。基桩检测队伍发
3、展也很快，但目前使用的仪器性能不一，技术能力参差不齐。过去铁路部门没有统一的技术标准，这些检测技术在应用过程中出现过一些不尽人意的地方。制定本规程的目的在于防止或减少误判，并促进提高基桩检测的质量。1.0.2 在桩径较小时，由于声波换能器与检测管的声鹊合会引 21 起较大的相对测试误差，故声波透射法只适用于桩径或边长大于0.6m的灌注桩。瞬态激振(敲击)时域频域分析法能用于检测混凝土灌注桩和打入桩的桩身混凝土质量，对于打入桩，主要检测桩身有无破损和断桩。1.0.3 目前，国内基桩无损检测单位资质由建设部工程桩动测单位资质考核审定委员会统一组织考试和管理，省、部级也有相应的管理机构。本条规定铁路
4、工程基桩无损检测的单位必须在铁道部相应管理机构登记审核，或有铁道部颁发的资质证书。3.1.1 目前，我国桥梁建设突飞猛进，一些大型桥梁的主墩基桩在向大直径、人土深的方向发展;另外，一些墩台基础采用大直径钻孔桩后，桩的数量也相应减少。基桩质量越来越显得重要，对这些基桩全部进行检测是十分必要的。例如悬索桥、斜拉桥等主、边墩基础，单桩单柱或双桩单(双)柱基础。由于施工班组的技术水平和管理水平存在差异，因此按班抽测具有较好的代表性。根据我国实际情况，由建设、设计、质监和施工等有关单位共同商定抽测数量是可行的。本条参考国内外棍凝土灌注桩出现各类缺陷的概率，并考虑我国国情，仅对抽测数量规定了下限。3.5.
5、1-3.5.2 目前国内出版的基桩低应变动力检测规程没有对基桩混凝土质量评定等级和标准作出规定。基桩检测在实际操作时，各单位对基桩棍凝土质量评定等级和标准都有不同的规定。例如，有的单位按离散系数Cv5%、Cv10%、Cv15%、Cv15%分优、良、合格、不合格四个等级;有的单位按桩的混凝土声速切注4120m/s、u兰兰3300m/s、u注2750m/s、v30.0，声时标准离差Cv15%，桩身存在严重缺陷(夹层或断桩)，不能直接使用，需处理并经检验合格后方可使用。有的单位将基桩混凝土质量等级的评定分为I类桩、E类桩、田类桩、凹类桩和暂不评定桩。其中I、E类桩满足设计要求，可以使用;皿类桩局部有
6、一定缺陷，但尚能满足使用要求:凹类桩为不合格桩，需报废或经处理并检验合格后方能使用;暂不评定桩是因为该桩存在较大的缺陷或对该桩的桩长或强度有怀疑，需进行处理或取芯检校后复测再作评定。总之，基桩混凝土质量等级的评定，没有统一的标准，各单位自订的评定标准也各有优缺点。为了在实际操作时有一个统一的标准，本规范规定了基桩混凝土质量等级评定的标准。4.3.1 为了使探头能达到检测部位，必须预留若干检测通道。因此，在采用超声检测时，必须在灌注混凝土前预埋声测管。声测管材质的选择应考虑声能损失和安装定位的问题。假定不计混凝土对声能的吸收衰减，而只考虑因声测管所引起的界面损失，则各界面声能透过系数T= 4Z1
7、Z2/(ZI十Z2)2(ZI、Z2为界面两侧介质的声阻抗率)。双孔测量时，声通路中有四个界面，总的声能透过系数T，总= T1 T2 T3 T40 根据计算和试验，采用钢管时，双孔测量的声能透过率只有 23 0.5%，采用塑料管时则为42%，可见采用塑料管时接收信号比采用钢管时强。但由于在地下水泥水化热不易散发，而塑料温度变形系数又较大，因此当混凝土硬化后塑料管因温度下降而产生纵向和径向收缩时，将导致混凝土与塑料管局部脱开，易造成误判。试验证明，钢管的界面损失虽然较大，但仍有足够大的接收信号，而且安装方便，可代替部分钢筋截面，还可作为以后桩底压浆的通道，所以采用钢管作声测管是合适的。塑料管的声能
8、透过率较高，在能保证它与混凝土良好粘结的前提下，也可使用。如PVC工程塑料管在桩长20m时，在深圳就有应用例子。其他还有高频焊管、钢质波纹管等，只要满足声测要求，均可以使用。声测管在埋设过程中，径向变形不得大于管内径的10%, 纵向弯曲的矢高应小于12mm(即35x300mm的超声波换能器及其连接线能顺利放下)。4.3.3 根据工地实测验证，直径1m以下的桩，采用两管对测，即可基本上反映全断面各部位的主要缺陷;1 m以上的桩应采用三管测量或四管六次对测。虽三管测量在中心位置有一个盲区，但中心位置产生缺陷的可能性最小，故该条规定的根据桩径确定声测管埋设数量是可以满足检测要求的。4.3.4声测管之
9、间的不平行度应控制在一定的范围内。但在实际施工中，由于钢筋骨架刚度不足，对平行度提出过高的要求是不现实的。在检测基桩混凝土缺陷时，不平行度的影响可在数据处理中予以鉴别和消除，所以对平行度不必苛求。但在检测基桩棍凝土强度时，则必须严格控制。4.3.5 声测管焊接或绑扎在钢筋笼的外侧，下沉钢筋笼时，可能挤坏声测管。接头和管底的密封，是为了防止施工中渗入泥浆或砂浆。4.3.7 在施工中，施工平台往往比桩顶设计高程高出几米或十几米，声测管如果不引到平台上来，则要等全部基桩施工完毕，开挖基坑以后才能检测，这对监控施工质量，及时发现问题，处 24 理有问题的桩带来不便，且影响施工工期。所以本条规定声测管应
10、高出检测工作面300mm以上，就是为使声测管露出来可以检测。4.3.8 声测管在随钢筋笼下沉时，如果管内是空的，、几十米长的声测管，内外压差很大，当管底和接头密封不好，泥浆或砂浆就会渗入到管内，导致测管报废。灌满清水，声测管内外压差一致，即使焊接或螺纹连接有少量的密封差一点，也不会导致测管报废。外露管头应密封，是为了防止施工中各种杂物掉入而堵塞测管。4.4.1 5柱状径向振动式换能器在水平方向具有一定的指向性。当发射与接收换能器置于不同高程时，为保证测点间声场可以覆盖而不致漏测，两个换能器的高差(或水平夹角)就要有一定的限制。6 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
11、，从而可得到各项声参数沿桩的纵剖面的变化数据。由于实测时是沿纵剖面逐点移动换能器、逐点测读各项声参数，因此，测点间距应视要求而定。在桩比较长，两换能器有一定高差斜测时，测点间距可较大;在桩比较短，两换能器在同一水平面上平测时，间距应较小04.5.5 混凝土内存在缺陷，会使测试的声速、频率、波幅发生明显变化(降低)，但三个声学参数单独用于缺陷判断，则各有其优点和局限性。如声时(或声速)，相对于其他两参数来说，能在各种情况下获得比较一致的物理量，受测试操作人员经验的影响较小，但缺点在于变化幅度和范围不大，对缺陷反应不敏感。用频率值判别缺陷的优点是变化幅度较大，但需要有较熟练的测试技术，否则容易出现
12、测试误差。披幅对缺陷反应十分敏感，但受仪器、基桩混凝土质量影响大，致使不同桩间测试可比性差，而且测试精度相对偏低。综上所述，用单一的声学参数作为判断的依据，必然有较大的局限性。. 25 . 为了克服用单一参数的局限性，NFP法是用3个参数的相对值按下式组成新的检验样本(下称综合样本)E(i)来进行综合概率分析:E ( i) = v/ f/ . A/ ( i = 1, 2, n) 式中Us，一-1测点的相对声速值，即i点声速除以该桩中最大声速值之商;元，-i测点的相对频率值，即i点频率除以该桩中最大频率值之商;AJ一-1测点的相对波幅值，即i点波幅除以该桩中最大波幅值之商。(1)样本的概率分布特
13、性要对样本进行概率分析，必须对样本的概率分布的特性进行论证分析。NFP法研究小组通过对大量工程桩单声学参数的实测样本进行2检验分析，发现除个别无缺陷桩的声速、频率样本服从正态概率密度函数分布N(，)外，大多数桩，尤其是波幅样本，均被予以拒绝。而有缺陷，尤其是有较多缺陷的桩，基本上不服从N(，)。从样本特征来看，声速、频率样本偏倚系数Cs还较稳定，但峰凸系数CE却变化很大;波幅样本则不论偏倚、峰凸系数都随桩不同而有很大变化。由此不难看出，用单一声学参数通过概率法判断缺陷，其理论概率的计算应以与实际样本相拟合的概率密度函数为依据，而不能一概而论。这是因为桩身混凝土质量是由其特殊灌注工艺(桩尖、桩顶
14、冲击捣实效果不同，混凝土导管埋深不一等)所决定的。根据综合样本E(i)(i= 1, 2，川，经对各种典型桩(元缺陷、有部分局部缺陷、有部分严重缺陷及较多缺陷的桩)进行频数分布分析，发现有缺陷的桩都不服从正态概率密度函数。因此，另选了可以考虑样本分布的偏倚系数Cs和峰凸系数CE影响的夏里埃(Charliar)渐近展开函数的夏里埃概率密度函 26 . 数，并与其正态概率密度函数作2检验比较。夏里埃概率密度函数模型如下:p (X) =忐e-!(子Y(1才平，叫+ f(平，叫(说明4.5.5-1)式中=72i(样本平均值); = (2; (Xi一严/(n一0)山(样本标准差); Cs =士兰(广)3/
15、(13(样本偏倚系数); CE=72(t一)4/(14(样本峰凸系数)。比较结果见说明表4.5.5-1。说明表4.5.5-1E(仆的%2检验结果(显著水平a=0.05) 样本E(i)的x2检验剔除可疑数后样本桩代号缺陷状况对正态分布同夏里埃分布阳正态分布对夏里埃分布32-3 元缺陷接受接受15-5-1.3 无缺陷接受接受15-5-1.2 有局部小缺陷拒绝拒绝拒绝接受28-4-2 .4 有断层及局部缺陷拒绝拒绝拒绝接受模拟试桩有各种缺陷10处拒绝拒绝拒绝接受由比较分析可以看出:夏里埃分布数学模型较适合于钻孔桩混凝土质量的分布;有缺陷桩的样本两种模型都不接受，这是由于综合样本中有部分非随机变量(缺
16、陷部位测值)所致。因此，首先应当将非随机变量(可疑数据)剔除，获得新的综合样本E (i)后才能用于概率分析。但哪些是可疑数据又是未知的。故NFP法推荐选用夏里埃慨率密度函数，并提出 27 逐步剔除可疑数据的办法。首先对原样本进行2检验，看是否服从夏里埃分布。若服从，则按原样本进行概率分析。若不服从，则从原样本中剔除一个最大值和一个最小值，再进行2检验。若仍不服从，则再剔除一个最大值和一个最小值，直到服从夏里埃分布为止。然后再以服从分布的新样本E (i)作为概率分析依据。(2) 综合样本的概率分布将式(说明4.5.5-1)对积分可得概率分布函数F()，即F()?(山= rx才=J(zf)21一A
17、仁丘，cJ气vL.、1/+A仁丘，CE)1dX (说明4.5.5-2)1I 式中，CS，CE一一样本提供的平均值、标准差、偏倚系数、峰凸系数的估计值。由式(说明4.5.5一2)可以看出，一X的概率F()及-x的概率F()与正态分布不同，它不仅与样本的(x一)/，、有关，而且与Cs、CE有关。也就是说，对不同的样本(不同的Cs、CE)，应要求某一独立变量出现的概率如F(x-t)为定值，其变量一或(x一)/，不是一个定值，而是随Cs、CE或近似值CE而变。根据式(说明4.5.5-2)可通过电算制定出概率F(X)与(x -)/.及CE的对应关系表。现从该表中摘录出F(X)0.01时的(X-)1，及C
18、E值列于说明表4.5.5-2中，供一般情况下使用。表中(x一)/，=m，称为概率保证系数。显然，当概率保持一定时，样本峰凸系数CE越大，要求的m绝对值越大。 28 r、J叫二除二:2.1 一2.2-2.4 一2.7-2.9 - 3.1 3.2 -3.3 -3.4 CE1 1CE2 0.0072 0.0079 说明表4.5.5-2FO.01时的m-CE2CE3 3CE4 4CE5 5CE6 6CE7 7CE8 8CE9 0.0082 0.0082 0.0097 0.0094 0.0099 0.01 0.0095 (3)缺陷判据由(一)/，=m可得=+m或/(，u+ ma) = 1。若设定概率F(
19、)运0.01(如说明表4.5.5-2)，且样本数据数n100次，则小于的E，允许出现次数小于1(不可能发生事件)。但实际出现了，所以E为可疑测值，或i处有缺陷。因此，NFP法选定判据:NFP(i) =气旦-rm m = j(F()， CE) 若NFP(i)二习，说明该处混凝土质量正常;若NFP(i)l，说明该处泪凝土有缺陷，且NFP(i)越低，缺陷越严重。表4.5.5-2缺陷性质分析中略低、较低、很低的解释见说明表4.5.5-3。说明表4.5.5-3声学参数变化程度标准添了略低较低很低声速比正常部位低10%左比正常部位低15%左右比正常部位低20%以上右频率比正常部位低10%比正常部位低20%
20、左右比正常部位低25%以上15% 波幅比正常部位衰减20%比正常部位衰减50%左比正常部位衰减80%以右上综上所述可以看出，NFP法充分利用了各项声学参数;概率计算考虑了样本的频率分布特征;做到了判据定量，减少了对人为测试经验的依辙，因而提高了缺陷判断的准确性。该法已在2000余根工程桩中应用，获得了铁道部先进科技成果四等奖。4.6.1-4.6.5 混凝土声速与强度有良好的相关性，所以可用声速值推定、混凝土的强度等级。但声速与强度的相关性受许多因素的影响。例如不同配合比的混凝土往往有不同的声速一强度 30 的相关公式。所以，通常针对一定配合比和原材料条件的混凝土，事先制成声速一强度专用测强曲线
21、，在检测中作为推定强度的依据。5.1.1-5.1.3 本方法可用以确定缺陷沿桩身所在的位置，判定缺陷的可能类型。在已知波速的情况下，本方法还能核对施工桩长。根据铁路测桩单位目前的技术水平及方法的要求，规定检测桩径定在0.2-2.2m的范围内，桩长不宜大于50m。对于一些比较特殊的桩，宜采用其他方法检测。5.2.1 检测系统包括撒振设备和测试系统。测试仪器应具有信号放大、滤波采集、显示、分析及打印结果等功能。可以是一体化设备，也可以是具有相应功能的仪器配套使用。5.2.2 为检测不同深度的缺陷，要求激振设备有多种规格和材质，试验时根据需要选用合适的设备，以便能改变激振能量和频率范围，提高测试精度
22、和分析能力。5.2.3 传感器是测试系统的重要组成部分，要求传感器性能满足测桩要求。可测频率范围指的是在该频率范围内幅频曲线平坦。5.2.6 根据调查，目前国内外基桩动测仪的模数转换器位数均大于8位，有的达24位(位数高有利于提高分辨率)，最小采样时间间隔都不大于10s。为了测试芯样或试块的波速，最小采样时间间隔最好能达到1505.3.1 桩头处理的好坏，直接关系到测试波形。为了使测试波形能真实反映基桩的情况，要把桩头浮浆或松动部分凿除，特别是中心激振处和传感器安装处，要露出密实混凝土，并磨平。为了尽量减少桩周土阻力对测试的影响，对打人桩要在施打后尽快检测。5.3.2 传感器必须安装牢固，以免
23、测试波形失真。粘接搞合剂有多种，可根据实际情况选用。5.3.4 工地桩平均被速的确定，应尽量通过现场部分完整桩试验来确定。在情况特殊时，可通过芯样或混凝土试块试验来确. 31 定，但对测试仪器及方法的要求更高，有条件时才能做到。5.4.1-5.4.4 灌注桩桩身混凝土出现缺陷的类型多为扩孔、缩孔、夹碴、空洞、离析低强等;打人桩桩身出现的缺陷类型多为局部破裂、接头开裂等。各种缺陷的时域频域图形各有其特点，可根据其特点来判定。但要精确判定具体缺陷性质及其大小范围，目前还有一定的困难。在第5.4.3条中列出了几种类型时域频域图形，其中断桩的时域频域图形近似于短的完整桩，在实践中应积累经验，提高分析判定水平。5.4.5 利用该条款估算的桩身混凝土强度为平均强度，在无可靠的换算系数时应慎重使用。5.4.6 测量桩长的计算准确度取决于平均波速飞和桩底反射周期t.T的准确度，与实际施工桩长核对时应准确把握。 32 . 一一兀7-A-于一阶l; i 5-S IE - 号一价书一一一统一定
