基桩的声波透射法检测

基桩的声波透射法检测 1基本原理及方法 混凝土是由多种材料组成的多相非匀质体。对于正常的混凝土，声波在其中传播的速度是 有一定范围的，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 波要绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过，声波将发生衰减，造成传播时间延长，使 声时增大，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，来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。 2适用范围 声波透射法适用于检测桩径大于 0.6m 混凝土灌注桩的完整性，因为桩径较小时，声波换能 器与检测管的声耦合会引起较大的相对测试误差。其 桩长不受限制。 3仪器设备 （1）试验装置 声波透射法试验装置包括超声检测仪、超声波发 射及接收换能器（亦称探头） 、预埋测管等，也有加上 换能器标高控制绞车和数据处理计算机。其装置见图 3721。 （2）超声检测仪的技术性能应符合下列规定： 接收放大系统的频带宽度宜为 550kHz，增益应 大于 100dB，并带有 060（或 80）dB 的衰减器，其 分辨率应为 1dB，衰减器的误差应小于 1dB，其档间误 差应小于 1。 发射系统应输出 2501000V 的脉冲电压，其波形 可为阶跃脉冲或矩发射系统应输出 2501000V 的脉冲 电压，其波形可为阶跃脉冲或矩形脉冲。 显示系统应同时显示接收波形和声波传播时间，其显示时间范围宜大于 300s，计时精度 应大于 1s，仪器必须稳定可行，2h 中声时漂移不得大于0.2s。 （3）换能器应采用柱状径向振动的换能器，将超声仪发出的电脉冲信号转换成机械振动信 号，其共振频率宜为 2550kHz，外形为圆柱形，外径 30mm，长度 200mm。换能器宜 装有前置放大器，前置放大器的频带宽度宜为 550kHz。绝缘电阻应达 5M，其水密性 应满足在 1MPa 水压下不漏水。桩径较大时，宜采用增压式柱状探头。 （4）声测管是声波透射法检测装置的重要组成部分，宜采用钢管、塑料管或钢质波纹管， 其内径宜为 5060m。 4测试技术 （1）预埋声测管应符合下列规定： 桩径 0.61.0m 应埋设双管； 1.02.5m 应埋设三根管；桩径 2.5m 以上应埋设四根。见图 3722 声测管布置方式。 声测管底端及接头应严格密封，保证管外泥冰在 1MPa 压力下不会渗入管内。上端应加盖。 声测管可焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，检测管之间应互相平行。 在检测管内应注满清水。 （2）现场检测前应测定声波检测仪发射至接收系统的延迟时间 t0，并应按下式计算声时修 正值 t： t=(D-d)/V t+(d-d)/V w (37-52) 式中 D检测管外径（mm ） ； d检测管内径（mm ） ； d换能器外径（mm） ； Vt检测管壁厚度方向声速（kms） ； Vw水的声速（kms） ； T声时修正值（s ） 。 将发、收换能器置于水中，间距 0.5m 左右，接收信号波幅调节到二或三格，改变发、收换 能器间距，测量不同距离的声时值，按时距曲线求出 t0 值。 （3）检测步骤应符合下列要求： 接收及发射换能器应在装设扶正器后置于检测管内，并能顺利提升及下降。 测量时上述发射与接收换能器可置于同一标高，当发射与接收换能器置于不同标高时，其 水平测角可取 3040。 测量点距 2040cm。当发现读数异常时，应加密测量点距，以保证测点间声场可以覆盖而 不至漏测。 发射与接收换能器应同步升降。各测点发射与接收换能器累计相对高差不应大于 2cm，并 应随时校正。 检测宜由检测管底部开始，发射电压值应固定，并应始终保持不变，放大器增益值也应始 终固定不变。调节衰减器的衰减量，使接收信号初至波幅度在荧光屏上为 2 或 3 格。由光 标确定首波初至，读取声波传播时间及衰减器衰减量，依次测取各测点的声时及波幅并进 行记录。 一根桩有多根检测管时，应将每 2 根检测管编为一组，分组进行测试，见图 3722。 每组检测管测试完成后，测试点应随机重复抽测 1020。其声时相对标准差不应大于 5；波幅相对标准差不应大于 10。并对声时及波幅异常的部位应重复抽测。测量的相 对标准差可按下式计算： (37-53) nimjiitt12 )( (37-54) nimjiiA12 )( 式中 t声时相对标准差； A波幅相对标准差； t第 i 个测点声时原始测试值（s） ；A 第 i 个测点波幅原始测试值（dB） ； tji第 i 个测点第 j 次抽测声时值（ s） ；A ji第 i 个测点第 j 次抽测波幅值（dB） 。 5检测数据的处理与判定 （1）由现场所测的数据应绘制声时深度曲线及波幅（衰减值）深度曲线。其声时 tc 及 声速 VP 应按下列公式计算： tc=t-to-t (37-55) Vp=l/tc (37-56) 式中 tc混凝土中声波传播时间（s） ；t 声时原始测试值（ s） ； t0声波检测仪发射至接收系统的延迟时间（ s） ；t 声时修正值 （s） ； l两个检测管外壁间的距离 (mm)；V P混凝土声速（kms） 。 （2）桩身完整性应按下列规定判定： 应采用声时平均值 t 与声时 2 倍标准差 t 之和作为判定桩身有无缺陷的临界值；并应按 下列公式计算： (37-57) nict1 (37-58) nitcit12)( 式中 n测点数； tci混凝土中第 i 测点声波传播时间（s） ； t声时平均值（s） ； t声时标准差。 亦可按声时深度曲线相邻测点的斜率 Ktz 及相邻两点声时差值 t 的乘积 Ktz t 作为缺 陷的判据： Ktz=(tci-tci-1)/(Zi- Zi-1) (37-59) t=t ci-tci-1 (37-60) Ktz t=( tci-tci-1)2/( Zi- Zi-1) (37-61) 式中 tci第 i 测点的声时（s） ； tci-1第 i1 测点的声时（s） ； Zi 第 i 测点的深度（m） ； Zi1 第 i1 测点的深度（m） 。 Ktz t值能在声时深度曲线上明显地反映出缺陷的位置及性能，可结合 t2 t 值进 行综合判定。 波幅（衰减量）比声速对缺陷反应更灵敏，可采用接收信号能量平均值的一半作为判断缺 陷临界值。波幅值以衰减器的衰减量 q 表示。波幅判断的临界值 qD 有下列关系： qD= q-6 (37-62) (37-63) ni1 式中 q衰减量平均值（dB） ；q i第 i 测点的衰减量（dB ） ；n测点数。 对超越临界值的测区应进行缺陷分析与判断。 桩的完整性宜采用上述判据，并辅以接收波形的视频率做进一步的综合判定。在作出缺陷 判定后，如需判定桩身缺陷尺寸及空间分布，宜进一步采用多点发射，不同深度接收的扇 形测量法，用多条交会的声线所测取的波速及波幅的异常加以判定。 6工程实例 福州某特大桥桩基础进行声波透射法检测，现场测试工作于 1997 年 3 月 16 日完成。 拟建场地位于福州峡南，大桥基础采用冲钻孔灌注桩，被测桩编号为 Z45 ， ，桩径 2500mm，桩长 45.3m，桩身混凝土强度等级 C25，桩端持力层为微风化岩，土层自上而 下为：粗砂，砂夹淤泥，砂卵石，微风化岩，详见该工程地质勘察报告。 声波透射法按基桩低应变动力检测规程 （JGJT93-95）有关规定进行，桩内埋设 4 根 测管，通过测量整个桩身检测区域内的超声波传播时间，观察接收到的信号幅度变化，来 分析判断桩身结构完整性。本次检测采用 CTS25 型非金属超声检测仪，该桩基中一对测 向的声时深度曲线见图 3723。 该桩同时采用反射波法进行检测，所用仪器为美国 PDI 公司生产的 PIT 桩基完整性检验仪， 实测时域曲线见图 3724。 根据声波透射法检测结果分析，桩顶下 77.5m 处，16.517.5m 处及 28.032.0m 处均有 明显的波峰，前两个波峰处其 Ktz t 值（即 PS