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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等物
2、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37-21声秋透财法试5&茎骨2换琏 IS3空牧换能恳：4一声羯管：弓一商性杭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
3、 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300 u s，计时精度应大于1us,仪器必须稳定可行，2h中声时漂移不得大于土 0.2 us。(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
4、阻应达5MQ，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5060mm4. 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。0037-22 再测管布赶方式声测管底端及接头应严格密封，保证管外泥冰在IMPa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
5、迟时间t0，并应按下式计算声时修 正值t “：t =（D-d）/Vt+（d-d ）/Vw（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（km / s）；V 一水的声速（km/s）； T声时修正值（us）oW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3
6、040。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。AA - A(i ji )2m2nt i=1每组检测管测试完成后，测试点应随机重
7、复抽测10%20%。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：t t(_ij_ )2tm2n（37-54）（37-53）式中。t声时相对标准差；波幅相对标准差；t第i个测点声时原始测试值（us）； A 第i个测点波幅原始测试值（dB）；第i个测点第j次抽测声时值（us）； Aji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一深度曲线及波幅（衰减值）一深度曲线。其声时tc及 声速 VP 应按下列公式计算：tc=t-M（37-55）Vp=l/tc（37-56）p
8、c式中tc混凝土中声波传播时间（us）； t声时原始测试值（us）； t0声波检测仪发射至接收系统的延迟时间（us）; t /声时修正值（us）；l两个检测管外壁间的距离（mm）； Vp混凝土声速（km/s）。（ 2 ）桩身完整性应按下列规定判定：应采用声时平均值ut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：nt卩=y 存(37-57)tni=1lyi (t 一卩)2=.ycit(37-58)tni=1式中n测点数；tci混凝土中第i测点声波传播时间（us）；u t声时平均值（us）;0 t声时标准差。亦可按声时一深度曲线相邻测点的斜率Ktz及相邻两点声时差值A
9、t的乘积KtzAt作为缺陷的判据：Ktz=(tci-tci-1)/(Zi- Zi-1)(37-59)t=tci-tci-1(37-60)ci ci-1K A =( ti-ti1)2/( Z.- Zi1)(37-61)tztci ci-1ii-1式中 t 一 一第i测点的声时（us）； t.厂一第i-1测点的声时（us）；cici-1Z.第i测点的深度（m）；Zi-1第i-1测点的深度（m）。KA值能在声时一深度曲线上明显地反映出缺陷的位置及性能，可结合u汁2J值进行 tz ttt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
10、衰减量q表示。波幅判断的临界值qD有下列关系：qD=u q-6（37-62）(37-63)y qqni=1式中 u q衰减量平均值（dB）； q.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 Z
11、4 5#,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（JGJ/T93-95）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37-23。137-23 劄桩声时一諫度曲绘S37-24时域ft 线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KtzAt值（即PSD判据值）分别为200及580左右，这两 处缺陷为局部夹泥，而桩顶下28.032.0m处六对测向均无法接收到超声信号，判断该桩 28.032.0m处桩身混凝土严重离析，不合格桩。由反射波法测得的时域曲线图3724可看出，该桩桩顶下32.0m处有与入射波同相位的明 显反射波，判断为该处桩身混凝土严重离析，与声波透射法检测结果基本吻合。
