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1、混凝土灌注桩质量的超声脉冲透射法的检测方式（一）检测方式1、双孔检测 在桩内预埋两根以上的管道，把发射探头和接收探头分别置于两根管道中（如图 7-1 所示），检测时超声脉冲穿过两管道之间的混凝土，这种检测方式的 实际有效范围，即为超声脉冲从发射探头到接收探头所穿过的范围。随着两探头 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，从而可得到各项声 参数沿桩的纵剖面的变化数据。基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。通常当用手动提接探头时，测点 间距一般采用2040cm，若遇到缺陷可疑区，应加密测点。为了避免水平裂缝 被漏测，可采用斜测方法，即
2、两探头之间有一定高度差，其水平测角可取 30 40；若采用自动提拉设备，测点距离可视提拉速度及数据采集速度而定。为了扩大桩的横截面上的有效控制面积，必须使声测管的布置合理。 双孔测量时，根据两探头相对高程的变化，可分为平测、斜测、扇形扫测等 方式，如图 7-1所示，在检测时视实际需要灵活运用。2、单孔检测在某些特殊情况下（例如，在钻孔取芯后）需进一步了解芯样周围混凝土的 质量，以扩大钻探检测的观察范围。这时，只有一个孔道可供检测使用，可采用 单孔测量方式（如图7-2所示）。图珥孔检测方或图7-2 单札检测方法（） 取孔平侧Mb） ?5lJLMW（c） 處形扫测1 超声仪*2 发双收径向换施器1
3、声测管;2超弹仪；3发射和接收换能器单孔检测方式需专用的一发两收探头，即把一个发射压电体和两个接收压电 体装在一个探头内，中间以隔声体隔离，声波从发射振子发出经耦合水穿过混凝 土表层，再经耦合水到达上下两个接收压电体，从而测出超声脉冲沿孔壁混凝土 传播时的各项声参数。运用这一检测方式时，必须运用信号处理分析技术，以排除管中的混响干扰 以及各种反射信号叠加的影响。当孔道中有钢质套管时，由于钢管影响超声波在 孔壁混凝土中的绕行，故不能使用此法检测。一般认为，单孔检测时的有效检测范围，约为一个波长的深度。3、桩外孔检测当桩的上部结构已施工，或桩内未预埋声测管时，可在桩外的土层中钻一孔 作为检测通道。
4、由于超声在土中衰减很快，因此，桩外的孔应尽量靠近桩身，使 土层较薄。检测时在桩顶上放置一发射功率较强的低频平探头，沿桩的轴向下发 射超声脉冲，接收探头从桩外孔中慢慢放下，超声脉冲沿桩身混凝土向下传播， 并穿过桩与测孔之间的土层，通过孔中的耦合水进入接收换能器，逐点测出声时、 波高等参数，当遇到断桩或夹层时，该处以下各点声时明显增大，波高急剧下降， 以此作为判断依据。如图 7-3所示。图73 桂什孔检测(a)检测示意图；(b) “声时一深度”曲tt.(c)渡幅一深度曲线$ 1声测代;2趙声仪;3发射换能器；4接收换能器这种方式的可测桩长受仪器发射功率的限制，一般只能测到48m，而且只 能判断夹层
5、、断桩、缩颈、 凸肚等缺陷。以上 3 种方式中，双孔检测是灌注桩超声脉冲检测法的基本形式。其它两种 方式在检测和结果分析上都比较困难，只能作为特殊情况下的补救措施加以使 用。(二) 用于判断缺陷的基本物理参量超声脉冲穿过桩体混凝土后，被接收换能器所接收。该接收信号带有混凝土 内部的许多信息，如何把这些信息离析出来，予以定量化，并建立这些物理参量 与混凝土内缺陷、强度等级和均浆性等质量指标的定量关系，是当前采用超声脉 冲检测法中的关键问题。其中尚有许多问题有待研究。目前已被用于灌注桩混凝 土内部缺陷判断的物理参量有以下4项：（1）声时。即超声脉冲穿过混凝土所需的时间。如果两根测管基本平行， 则当
6、混凝土质量均匀、没有内部缺陷时，在各横截面所测得的声时值基本相同； 但当存在缺陷时，由于缺陷区的混、水、空气等内含物的影响声速远小于完好混 凝土的声速，所以穿越时间明显增大，而且当缺陷中物质的声阻抗与混凝土的声 阻抗不同时，界面透过率很小，根据惠更斯原理，声波将浇过缺陷继续传播，波 线呈折线状。由于绕行声程比直达声程长，因此，声时值也相应增大。可见，声 时值是缺陷的重要判断参数。声时值用仪器精确测量，以微秒（”s）计。声时值沿桩的纵剖面的变化可作 为判断的依据。（2）接收信号的幅值。它是超声脉冲穿过混凝土后的衰减程度的指标之一。 接收波幅值越低，混凝土对衰减就越大。根据混凝土中超声波衰减的原因
7、可知， 当混凝土中存在低强度区、离析区以及存在夹泥、蜂窝等缺陷时，将产生吸收衰 减和散射衰减，使接收波波幅明显下降。幅值可直接在接收波上观察测量，也可 用仪器中的衰减器测量，测量时通常以首波（即接收信号的前面半个或一个周期） 的波幅为准，后继的波往往受其它叠加波的干扰，影响测量结果。幅值的测量受 换能器与试体耦合条件的严重影响，在灌注桩检测中，换能器在声测管中通过水 进行耦合，一般比较稳定，但要注意使探头在管中处于居中位置，为此应在探头 上安装定位器。幅值的衰减与混凝土质量紧密相关，它对缺陷区的反应比声时值更为敏感， 所以它也是缺陷判断的重要参数之一，是采用声阴影法进行缺陷区细测定位的基 本依
8、据。（3）接收频率。超声脉冲是复频波，具有多种频率成分，当它们穿过混凝 土后，各频率成分的衰减程度不同，高频部分比低频部分衰减严重，因而导致接 收信号的主频率向低频端漂移。其漂移的多少取决于衰减因素的严重程度。所以 接收频率实质上是衰减值的一个表征量，当遇到缺陷时，由于衰减严重，使接收 频率降低。接收频率的测量一般以首波第一个周期为准，可直接在接收波的示波图形上 作简易的测量。为了更准确地测量频率的变化规律，已采用频谱分析的方法。它 获得的频谱所包含的信息比采用简易方法时接收波首波频率所带的信息更为丰 富，更为准确。（4）接收波波形。由于超声脉冲在缺陷界面反射和折射，形成波形不同的 波束，这些
9、小组束由于传播路径不同，或由于界面上产生波形转换而形成横波原 因，使得到达接收换能器的时间不同，因而使接收波成为许多同相位或不同相位 波束的叠加波，导致波形畸变。实践证明，凡超声脉冲在传播过程中遇到缺陷， 其接收波形往往产生畸变。所以，波形畸变可作为判断缺陷的参考依据。必须指出，波形畸变的原因很多，某些非缺陷因素也会导致波形畸变，运用 时应慎重分析。目前波形畸变尚无定量指标，而只是经验性的。关于波形畸变后 采取怎样的分析技术，还有待进一步研究。（三）用于判断灌注桩混凝土强度等级及均匀性的物理参量 目前用于桩内混凝土强度等级及均匀性一评价的物理参量主要有声速、衰减 以及由它们推定的强度的统计参数
10、。（1）声速。混凝土声速与强度有良好的相关性，所以可以用声速值推定混 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-强度”相关公式，所以通常针对一定配合比的原材 料条件的混凝土，并事先制成“声速-强度”校友会准曲线，或事先通过试验求 得两者的相关公式，在检测中作为推定强度的依据。（2）衰减值。由于“声速-强度”相关关系受配合比等许多因素的影响，用 灌注桩灌注水下混凝土时，如是产生离析等现象，那么部分混凝土的实际配合比 将与设计配合比有很大差别。这时用一种相同的“声速强度”相关公式去推定强 度误差往往较大。为此，可采用“声速-衰减-强度”综合法。该法可排除离析的 影响，因而可提高强度的推定精确度。用于推定强度时，衰减值应用衰减器准确 测量，并应排除耦合条件等因素的影响。（3）推定强度的统计参数。为了评定桩的混凝土均匀性，以便评价施工质 量，可将推定强度的平均值、标准差和不低于设计强度等级的百分率分别求出， 并参照混凝土强度检验评定标准（GBJ107-87）进行评定。由于声速或声时与强度值有一定相关性，因此，有时也可用声速或声时的统 计参数作为评定均匀性的依据。用声速或声时的统计参数推定的均匀性，可作为 工地质量控制的参考指标，不宜作为验收指标。
