基桩的声波透射法检测摘自实用桩基工程手册

1、 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

2、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 2

3、501000v 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 300 s，计时精度应大于 1 s，仪器必须稳定可行，2h 中声时漂移不得大于0.2 s。（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

4、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 t ，并应按下式计算声时修0正值 t：t=(d-d)/v +(d-d)/v(37-52)tw式中 d检

5、测管外径（mm）； d检测管内径（mm）；d换能器外径（mm）； v 检测管壁厚度方向声速（kms）；tv 水的声速（kms）； t声时修正值（ s）。w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t 值。0（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

6、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()2jint=标 准 差 可 按

7、 下 式 计 算 ：s m2nti=1(37-53)a - a()2ijina=sm2nai=1(37-54)式中 声时相对标准差； 波幅相对标准差；tat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）； t 第 i 个测点第 j 次抽测声时值（ s）；a 第 i 个测点第 j 次抽测波幅值（db）。jiji5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t 及c声速 v 应按下列公式计算：pt =t-t -t(37-55)(37-56)cov =l/tcp式中 t 混凝土中声波传播时间（ s）；t声时原始测试值（ s

8、）；ct 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）；0l两个检测管外壁间的距离(mm)；v 混凝土声速（kms）。p（2）桩身完整性应按下列规定判定：应采用声时平均值 与声时 2 倍标准差 之和作为判定桩身有无缺陷的临界值；并应按下tttn=列公式计算：m(37-57)(37-58)cinti=1(t - m )2ns=tnti=1式中 n测点数； t 混凝土中第 i 测点声波传播时间（ s）；ci 声时平均值（ s）； 声时标准差。tt亦可按声时深度曲线相邻测点的斜率 k 及相邻两点声时差值 的乘积 k 作为缺陷tzttzt的判据：k =(t -t )/(z - z

9、)(37-59)tzci ci-1ii-1t=t -t(37-60)(37-61)ci ci-1k =( t -t ) /( z - z )2ci ci-1ii-1tzt式中t 第 i 测点的声时（ s）； t 第 i1 测点的声时（ s）；cici-1z 第 i 测点的深度（m）； z 第 i1 测点的深度（m）。ii 1k 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 2 值进行tttz t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 q 有下列关系：dq = -6(37-6

10、2)(37-63)dqnq=minqi=1式中 衰减量平均值（db）；q 第 i 测点的衰减量（db）；n测点数。qi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

11、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 k 值（即 psd 判据