公路橋涵工程試驗檢測應以國家和交通部頒布的有關(guān)公路工程的法規(guī)、技術(shù)標準、設(shè)計施工規(guī)范和材料試驗規(guī)程為依據(jù)進行,對于某些新結(jié)構(gòu)及采用新材料和新工藝的橋梁,有關(guān)的公路工程規(guī)范、規(guī)程暫無相關(guān)條款規(guī)定時,可以借鑒國外或國內(nèi)其它行業(yè)相關(guān)規(guī)范、規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。
橋涵工程試驗檢測的依據(jù)(四個層次)
第一:綜合基礎(chǔ)標準(如《工程結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標準》是國家統(tǒng)一標準)
第二:專業(yè)基礎(chǔ)標準(如《公路工程技術(shù)標準》是行業(yè)統(tǒng)一標準)
第三:專業(yè)通用標準(如《公路工程抗震設(shè)計規(guī)范》)
第四:專業(yè)專用標準(如《公路橋梁板式橡膠支座 》)
地基承載力檢測
地基容許承載力的確定一般可由以下幾種途徑:
1)在土質(zhì)基本相同的條件下,參照鄰近結(jié)構(gòu)物地基容許承載力;
2)根據(jù)現(xiàn)場荷載試驗或觸探試驗資料;
3)按地基承載力理論公式計算;
4)按現(xiàn)行規(guī)范提供的經(jīng)驗公式計算。
橋涵地基的容許承載力可根據(jù)地質(zhì)勘測、原位測試、野外荷載試驗以及鄰近舊橋涵調(diào)查對比,由經(jīng)驗和理論公式計算綜合分析確定。當缺乏上述資料時可按《公路橋涵地基與基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(JTJ024-85)推薦的方法確定地基容許承載力,對地質(zhì)和結(jié)構(gòu)復雜的橋涵地基應根據(jù)現(xiàn)場荷載試驗確定容許承載力。
一、荷載板試驗
(一)荷載板試驗原理:載荷板試驗就是在欲試驗的土層表面放置一定規(guī)格的方形或圓形承壓板,在其上逐級施加荷載,每級荷載增量持續(xù)時間相同或接近,測記每級荷載作用下荷載板沉降量的穩(wěn)定值,加載至總沉降量為25mm,或達到加載設(shè)備的最大容量為止,然后卸載,記錄土的回彈值,持續(xù)時間應不小于一級荷載增量的持續(xù)時間。根據(jù)試驗記錄繪制P-S的關(guān)系曲線。分析研究地基土的強度與變形特性,求得地基土容許承載力與變形模量等力學數(shù)據(jù)。
(二)儀器設(shè)備
1. 荷載板(常用五千平方厘米的方或圓板)
2. 千斤頂、百分表 3. 反力梁、加載塊
(三)試驗方法
試驗加荷方法應采用分級維持荷載沉降相對穩(wěn)定法。試驗的加荷標準如下:試驗的第一級荷載應接近卸去土的自重。每級荷載增量一般取被試地基土層預估極限承載力的1/8-1/10。施加的總荷載應盡量接近試驗土層的極限荷載。各級荷載下沉降相對穩(wěn)定標準一般采用連續(xù)2h的每小時沉降量不超過0.1mm,或連續(xù)1h的每30mm的沉降量不超過0.05mm。
(四)土體極限狀態(tài)
有下列現(xiàn)象之一時認為土體已達到極限狀態(tài),應停止試驗。
(1)承壓板周圍的土體有明顯的側(cè)向擠出或發(fā)生裂紋;
(2)在24h內(nèi),沉降隨時間趨于等速增加;
(3)荷載P增加很小,但沉降量卻急劇增大,P-S曲線出現(xiàn)陡降階段。
二、標準貫入試驗
標準貫入試驗是采用質(zhì)量為63.5kg的穿心錘,以76cm的落距,將一定規(guī)格的標準貫入器先打入土中15cm,然后開始記錄錘擊數(shù)目,將標準貫入器再打入土中30cm,用此30cm的錘擊數(shù)作為標準貫入試驗的指標。適用于砂土或粘土。
試驗設(shè)備:標準貫入器、觸探桿和穿心錘等。
試驗方法:
(1)用鉆機先鉆到需要進行標準貫入試驗的土層,清孔后,換用標準貫入器,并量得深度尺寸。
(2)將貫入器垂直打入試驗土層中,先打入15cm,不計擊數(shù),繼續(xù)貫入土中30cm,記錄其錘擊數(shù),次數(shù)即為標準貫入擊數(shù)N。
(3)提出貫入器,將貫入器中土樣取出,進行鑒別、記錄,然后換以鉆探工具繼續(xù)鉆進,至下一需要進行試驗的深度,重復上述操作,一般可每隔1-2m進行一次實驗。
(4)對于同一土層應進行多次試驗,然后取錘擊數(shù)的平均值。
鉆(挖)孔灌注樁檢測
一、泥漿性能指標檢測
(一)泥漿作用
1.護壁---防止塌孔;2.排渣(正.反循環(huán))
(二)泥漿性能指標檢測
1. 相對密度:
可用泥漿相對密度計測定。將要量測的泥漿裝滿泥漿杯,加蓋并洗凈從小孔溢出的泥漿,然后置于支架上,移動游碼,使杠桿呈水平狀態(tài)(即水平泡位于中央),讀出游碼左側(cè)所示刻度,即為泥漿的相對密度γx。
若工地無以上儀器,可用一口杯先稱其質(zhì)量設(shè)為m1 ,再裝滿清水稱其質(zhì)量m2 ,再倒去清水,裝滿泥漿并擦去杯周溢出的泥漿,稱其質(zhì)量設(shè)為m3,則γx=( m3- m1)/(m2- m1)。
2. 粘度η :采用工地標準粘度計測定。
用工地標準漏斗粘度計測定。用兩端開口量杯分別量取200mL和500mL泥漿,通過濾網(wǎng)濾去大砂粒后,將泥漿7oomL均注入漏斗,然后使泥漿從漏頭流出,流滿500mL量杯所需時間(s),即為所測泥漿的粘度。
校正方法:漏斗中注入7oomL清水,流出5oomL,所需 時間應是15s,其偏差如超過±1s ;測量泥漿粘度時應校正。
3.靜切力θ
工地可用浮筒切力計測定。
量測時,先將約500mL泥漿攪勻后,立即倒切力計中,將切力筒沿刻度尺垂直向下移至與泥漿面所對的刻度,即為泥漿的初切力。取出切力筒,按凈粘著的泥漿,用棒攪動筒內(nèi)泥漿后、靜止10min,用上述方法量測,所得即為泥漿的終切力。它們的單位均為 Pa 。
4.含砂率
工地可用含砂率計測定。量測時,把調(diào)好的泥漿500mL倒進含砂率計,然后再倒進清水,將儀器口塞緊搖動1min,使泥漿與水混合均勻。再將儀器垂直靜放3min,儀器下端沉淀物的體積(由儀器刻度上讀出)乘2就是含砂率(有一種大型的含砂率計,內(nèi)裝9oomL的,從刻度讀出的數(shù)不乘2即為含砂率)。
5.膠休率(%)
膠休率是泥漿中土粒保持懸浮狀態(tài)的性能。測定方法可將100mL
泥漿倒人100mL的量杯中,用玻璃片蓋上,靜置24h后、量杯上部泥漿可能澄清為水,測量時其體積如為5mL,則膠體率為100-5=95 ,即95%。
6.失水率(mL/30min)
用一張12cmx l2cm的濾紙,置于水平玻璃板上,中央畫一直徑3cm的圓,將2mL的泥漿滴人圓圈內(nèi),30min后,測量濕圓圈的平均直徑減去泥漿攤平的直徑(mm),即為失水率。在濾紙上量出泥漿皮的厚度(mm)即為泥皮厚度。泥皮愈平坦、愈薄則泥漿質(zhì)量愈高,一般不宜厚于 2~3mm 。
7.酸堿度
即酸和堿的強度簡稱,也有簡稱為酸堿值的。pH值是常用的酸堿標度之一。工地測量pH值方法,可取一條pH試紙放在泥漿面上,0.5s后拿出來與標準顏色相比,即可讀出pH值。也可用pH酸堿計,將其探針插人泥漿,直接讀出pH值。
二、成孔質(zhì)量檢測
檢測內(nèi)容:
孔底沉淀厚度須滿足《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041-2000)的要求。
三、灌注樁完整性檢測
混凝土灌注樁是橋梁及建筑結(jié)構(gòu)物常用的基樁形式之一,灌注樁的成樁過程是在樁位處的地面下或水下完成,施工工序多,質(zhì)量控制難度大,稍有不慎極易產(chǎn)生斷樁等嚴重缺陷,據(jù)統(tǒng)計國內(nèi)外鉆孔灌注樁的事故率高達5%~10%。因此,灌注樁的質(zhì)量檢測就顯得格外重要。
灌注樁成樁質(zhì)量通常存在兩方面問題:一是屬于樁身完整性;常見的缺陷有夾泥、斷裂、縮徑 、擴徑、混凝土離析及樁頂混凝密實性較差等;二是嵌巖樁,影響樁底支承條件的質(zhì)量問題,主要是灌注混凝土前清孔不徹底,孔底沉淀厚度超過規(guī)定極限,影響承載力。
檢測方法有:
1. 鉆芯檢驗法:即用地質(zhì)鉆機在樁身沿長度方向鉆取芯樣,通過對芯樣的觀測來確定樁的質(zhì)量。
2.振動檢測法(動測法):包括(敲擊法和錘擊法、穩(wěn)態(tài)激振機械阻抗法、瞬態(tài)激振機械阻抗法、水電效應法)。
3. 超聲脈沖檢測法:該法是在檢測砼缺陷技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。其方法是在樁砼灌注前沿樁長度平行預埋若干根檢測用管道,作為超聲發(fā)射和接收換能器通道。檢測時,探頭分別在兩個管子中分別同步移動,沿不同深度逐點測出橫截面上超聲脈沖穿過砼時各項參數(shù),并按超聲測缺原理分析每個斷面上砼的質(zhì)量。
4. 射線法:射線法是以放射性同位素輻射線在砼中的衰減、吸收、散射等現(xiàn)象為基礎(chǔ)的一種方法。當射線穿過砼時,因砼質(zhì)量不同或存在缺陷,接收儀所記錄的射線強弱發(fā)生變化,據(jù)此來判斷樁的質(zhì)量。
(一)反射波法
(1)反射波法原理:在樁頂進行豎向激振,彈性波沿著樁身向下傳播,當樁身存在明顯的波阻抗界面(如斷樁和嚴重離析等部位)或樁身截面積變化(如縮徑或擴徑)部位,將產(chǎn)生反射波。經(jīng)接收、放大和數(shù)據(jù)處理分析,可識別來自樁身不同部位的反射信息,據(jù)此計算樁身波速,判斷樁身完整性和砼強度等級估計。
(2)儀器設(shè)備及要求:儀器宜由傳感器和放大、濾波、記錄、處理、監(jiān)測系統(tǒng)以及激振設(shè)備和專用附件組成。傳感器用寬頻帶的速度型或加速度型傳感器。速度型傳感器靈敏度應大于300mV/cm/s,加速度型傳感器靈敏度應大于100mV/g。放大系統(tǒng)的增益應大于60dB,長期變化量應小于1%。折合輸入端的噪聲水平應低于3V。頻帶寬度應不窄于10~1000Hz,濾波頻率可調(diào)整。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)不應小于8bit。采樣時間宜為50~1000s,可分數(shù)檔調(diào)整。多道采集系統(tǒng)應具有一致性,其振幅偏差應小于3%,相位偏差應小于0.1ms。
(3)現(xiàn)場檢測及注意事項
①被檢測樁應鑿去浮漿,使樁頭平整。
②檢測前對儀器設(shè)備檢查調(diào)試,儀器工作性能正常方可測試。
③每個檢測工地均應進行激勵方式和接收條件的選擇試驗,確定最佳激勵方式和接收條件。
④激振點宜選擇在樁頭中心部位,傳感器穩(wěn)固地安置在樁頭上,對于大直徑的樁可安置兩個或多個傳感器。
⑤當隨機干擾較大時,可采用信號增強方式,進行多次重復激振與接收。
⑥為提高分辨率,應使用小能量激振,并選用高截止頻率傳感器和放大器。
⑦斷別樁身淺部缺陷,可同時采用橫向激振和水平速度型傳感器接收,進行輔助判定。
⑧每根被檢測單樁均應進行三次以上重復測試。出現(xiàn)異常波形應在現(xiàn)場及時研究,排除影響測試不良因素再重復測試。
(4)實測曲線判讀解釋的基本方法
1) 缺陷存在可能性判讀:樁底反射明顯,一般表明樁身完整性好,或缺陷輕微、規(guī)模小。另外,還可通過換算樁身平均縱波速來評價樁身是否有缺陷及嚴重程度。
2) 多次反射及多層反射問題
多次反射:即缺陷反射波在樁頂面與缺陷面間來回反射,其主要特征是反射波至時間成倍增加,反射波能量有規(guī)律的衰減。多層反射:往往是雜亂的,不具有上述規(guī)律性。
(5)檢測數(shù)據(jù)的處理與判定
樁身混凝土的波速Vp=2 L /T
(1)反射波波形規(guī)則,波列清晰,樁底反射波明顯,易于讀取反射波到達時間,及樁身混凝土平均波速較高的樁為完整性好的單樁。
(2)反射波到達時間小于樁底反射波到達時間;且波幅較大,往往出現(xiàn)多次反射,難以觀測到樁底反射波的樁,系樁身斷裂。
(3) 樁身混凝土嚴重離析時,其波速較低,反射波幅減少,頻率降低。
(4)縮徑與擴徑的部位可按反射歷時進行估算,類型可按相位特征進行判別。當有多處缺陷時,將記錄到多個相互干涉的反射波組,形成復雜波列。此時應仔細甄別,并應結(jié)合工程地質(zhì)資料、施工原始記錄進行綜合分析。有條件時尚可使用多種檢測方法進行綜合判斷。
(二)超聲波法
(1)基本原理:
在樁內(nèi)預埋若干根聲測管作為檢測通道,將超聲脈沖徑向發(fā)射換能器和徑向接收換能器置于聲測管中,并以管中充滿清水作為耦合劑。檢測時,超聲脈沖穿過兩聲測管之間的砼,隨著兩換能器沿樁的縱軸方向同步升降,使超聲脈沖掃過樁的縱剖面,從而得到各項參數(shù)沿樁的縱剖面變化的數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)處理及對所接收信號進行分析,按聲時深度曲線相鄰測點的斜率及相鄰兩點聲時差值的乘積作為缺陷的判據(jù),并對樁身砼強度等級作出估計。
耦合:物理學上是指兩個或兩個以上體系或運動之間相互影響以至聯(lián)合的現(xiàn)象。
(2)檢測方式(雙 孔、單孔和樁外孔檢測)
(3)檢測儀器
換能器應采用柱狀徑向振動的換能器。其共振頻率宜為25~50kHz,長度宜為20cm,換能器宜裝有前置放大器,前置放大器的頻帶寬度宜為5~50kHz。換能器的水密性應滿足在1MPa水壓下不漏水。發(fā)射換能器的長度,頻帶寬度及水密性能與接收換能器的要求相同。聲波檢測儀器的技術(shù)性能應符合以下規(guī)定:(1)接收放大系統(tǒng)的頻帶寬度宜為5~50kHz,增益應大于100dB,并應帶有0~60(或80)dB的衰減器,其分辨率應為1dB,衰減器的誤差應小于1dB,其檔間誤差應小于1%。(2)發(fā)射系統(tǒng)應輸出250~1000V的脈沖電壓,其波形可為階躍脈沖或矩形脈沖。(3)顯示系統(tǒng)應同時顯示接收波形和聲波傳播時間,其顯示時間范圍應大于2000s,計時精度應大于1s。
(4)判斷樁內(nèi)缺陷的基本物理量
1)聲時值 ;2)波幅(或衰減);3)接收信號的頻率變化 ;4)接收波形的崎變
(5) 預埋檢測管時應注意問題
1)樁徑小于1.0m時應埋設(shè)雙管;樁徑在1.0~2.5m時應埋設(shè)三根管;樁徑2.5m以上應埋設(shè)四根管。
2)聲波檢測管宜采用鋼管、塑料管或鋼質(zhì)波紋管,其內(nèi)徑宜為50~60mm。鋼管宜用螺紋連接,管的下端應封閉,上端應加蓋。
3)檢測管可焊接或綁扎在鋼筋籠的內(nèi)側(cè),檢測管之間應相互平行。
基樁承載力檢測
現(xiàn)有確定基樁承載力檢測的方法有兩種:一種是動測法,另一種是靜荷載試驗。
一. 靜荷載試驗
(一)基樁的垂直靜載試驗
垂直靜載試驗是在試樁頂上分級施加靜荷載直到土對試樁的阻力破壞時為止,從而求得樁的容許承載力和單樁的下沉量。按現(xiàn)行地基基礎(chǔ)規(guī)范:“單樁承載力宜通過現(xiàn)場靜載試驗確定,在同一條件下試樁數(shù)量不宜少于總樁數(shù)的1%,并不少于3根”。
1. 垂直靜載試驗準備
1)基本要求(安全可靠、經(jīng)濟、選擇合適的加載系統(tǒng))
2)加載量確定:加載量不低于破壞荷載或最大加載量的1.5倍。
3)反力裝置(多采用液壓千斤頂、錨樁和橫梁)
2. 試驗加載步驟與方法
1)預備試驗 ;
2)分級加載;每級加載量為預估最大荷載的1/10~1/15。
3)記錄每次加載后沉降量的穩(wěn)定值,加載至總沉降量為40mm;
4)卸載,并記錄其回彈值;
5)據(jù)記錄繪制P-S曲線。
3. 破壞、極限及容許荷載的確定
總位移量大于或等于40mm,本級荷載的下沉量大于或等于前一級荷載下沉量的5倍時,加載即可終止。取此終止時荷載小一級的荷載為極限荷載。
總位移量大于或等于40mm,本級荷載加上后24h未達穩(wěn)定,加載即可終止。取此終止時荷載小一級的荷載為極限荷載。
巨粒土、密實砂類土以及堅硬的粘質(zhì)土中,總下沉量小于40mm,但荷載已大于或等于設(shè)計荷載設(shè)計規(guī)定的安全系數(shù),加載即可終止。取此時的荷載為極限荷載。
施工過程中的檢驗性試驗,一般加載應繼續(xù)道樁的2倍的設(shè)計荷載為止。如果樁的總沉降量不超過40mm,及最后一級加載引起的沉降不超過前一級加載引起的沉降的5倍,則該樁可以停止試驗。
(二) 基樁的水平靜載試驗
水平荷載試驗常采用橫向放置的千斤頂加荷,測定樁抵抗水平推力的能力。
1.試驗要求:
1)千斤頂:應有球型支座裝置(以保證水平力的作用點和受力面不變。
2)觀測設(shè)備同垂直靜載試驗(水平位移不少于兩點)
3)加載步序及方法(連續(xù)和循環(huán)加載)
4)極限荷載的確定(分連續(xù)和循環(huán)加載)
二. 基樁高應變動力檢測(凱斯法)
1. 基本原理: 凱斯法以現(xiàn)代波動理論為基礎(chǔ),借助于現(xiàn)代的振動測量和信號處理技術(shù),在錘擊樁的過程中,檢測樁頭的受力和運動響應信息,較全面的考慮樁和土及其相互作用的各種因素,通過復雜的運算,獲得樁的承載力。
2. 檢測方法
1)凱斯法對樁頭的處理要求:樁頭頂面應水平、平整,樁頭中軸線與樁身中軸線應重合,樁頭截面積應與原樁身載面積相同,樁頭主筋應全部直通至樁頂混凝土保護層之下,各主筋應在同一高度上。
2)傳感器的安裝
為監(jiān)視和減少可能出現(xiàn)的偏心錘擊的影響,檢測時應安裝應變傳感器和加速度傳感器各兩只。
3. 凱斯法適用范圍和優(yōu)點
1)適用范圍:僅限于中、小直徑的樁。
2)優(yōu)點:凱斯法有完整的理論體系,測試較簡單,尤其對打入樁。