基桩的声波透射法检测摘自实用桩基工程手册

'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2～4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37－21。（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5～50kHz，增益应大于100dB，并带有0～60（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250～1000V的脉冲电压，其波形可为阶跃脉冲或矩发射系统应输出250～1000V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300μs，计时精度应大于1μs，仪器必须稳定可行，2h中声时漂移不得大于±0.2μs。（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25～50kHz，外形为圆柱形，外径Φ30mm，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5～50kHz。绝缘电阻应达5MΩ，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50～60m。4．测试技术（1）预埋声测管应符合下列规定：桩径0.6～1.0m应埋设双管；1.0～2.5m应埋设三根管；桩径2.5m以上应埋设四根。见图37－22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tˊ：tˊ=(D-d)/Vt+(d-dˊ)/Vw(37-52)式中D――检测管外径（mm）；dˊ――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）；Vw――水的声速（km／s）；T――声时修正值（μs）。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30°～40°。测量点距20～40cm。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37－22。每组检测管测试完成后，测试点应随机重复抽测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：(37-53)(37-54)式中σtˊ――声时相对标准差；σAˊ――波幅相对标准差；tˊ――第i个测点声时原始测试值（μs）；Aˊ――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（μs）；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－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-tˊ(37-55)Vp=l/tc(37-56)式中tc――混凝土中声波传播时间（μs）；t――声时原始测试值（μs）；t0――声波检测仪发射至接收系统的延迟时间（μs）；tˊ――声时修正值（μs）；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μt与声时2倍标准差σt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)(37-58)式中n――测点数；tci――混凝土中第i测点声波传播时间（μs）；μt――声时平均值（μs）；σt――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Δt的乘积Ktz·Δt作为缺陷的判据：Ktz=(tci-tci-1)/(Zi-Zi-1)(37-59)△t=tci-tci-1(37-60)Ktz·Δt=(tci-tci-1)2/(Zi-Zi-1)(37-61)式中tci――第i测点的声时（μs）；tci-1――第i－1测点的声时（μs）；Zi――第i测点的深度（m）；Zi－1――第i－1测点的深度（m）。Ktz·Δt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μt＋2σt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=μq-6(37-62)(37-63)式中μq――衰减量平均值（dB）；qi――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Z4－5＃，，桩径Ф2500mm，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CTS－25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。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37－24。根据声波透射法检测结果分析，桩顶下7～7.5m处，16.5～17.5m处及28.0～32.0m处均有明显的波峰，前两个波峰处其Ktz·Δt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28.0～32.0m处六对测向均无法接收到超声信号，判断该桩28.0～32.0m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37－24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。'