基桩检测技术超声波

1．

相关标准、标准

超声法检测灌注桩的方式涉及的全国性规程有：

建设部行业标准《基桩低应变更测规程》（JGJ/T93-95）；

中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术标准》（JGJ106-2003 J 256-2003）；

中国工程标准化委员会协会标准《超声法检测混凝土缺点技术规程》（CECS21：2000）。

2． 混凝土超声检测原理

超声波检测法是依照超声波在混凝土中传播后，其声学参数将发生转变，通过度析这些声学参数的转变，探测混凝土内部缺点、裂痕及质量情形。

经常使用混凝土超声探测的声学参数有：

1）波速v（声速）： 波速确实是声波在介质中传播的速度。

vL t（1）

式中 L——声波传播距离。因为是以最先抵达的波为准，L是发、收换能器间的最短距离。通过实体丈量取得；

t——声波传播时刻（声时）。声时由超

t A L T 图1超声测试波形

声仪测得。

2） 振幅A：接收波首波的幅度。振幅以分贝（db）表示，由超声仪上读出，也可凭示波器上的刻度（mm）气宇。

振幅参数是探测缺点和裂痕的重要参数。

3） 收波主频率（简称频率）f：发射换能器发出的超声脉冲波是复频脉冲波，它包括各类频率成份。超声脉冲波在混凝土中传播进程中高频成份第一衰减，结果随着传播距离的增加，超声波的主频率不断下降。接收波主频率的下降除与传播距离有关外，还取决于混凝土内部缺点、裂痕和质量。因此，接收波频率也是一个有效的参数。

首波后面1~2个周波是直达的纵波，因此测定接收波频率时应当测定这1~2个波的频率。能够通过移动游标的方法测定两个波谷（峰）的声时t1、t2，那么频率f：

f4） 波形：即波的形状。

正常的混凝土，超声波接收波形是衰减正弦波，其包络线大致为半圆形。当混凝土内存在缺点时，有时会显现畸变波，如图1所示。波形受许多因素阻碍，在判定缺点中只能作为一种辅助参数。

在结构物上布置换能器，让声传播线通过需要检测的部位，测量声波通过这些部位后，声学参数的大小及其转变情形，据此判定混凝土内部缺点及质量情形。

1 （2） t2t13． 检测方式

3．1 检测方式分类

依照声波换能器在桩体中不同的布置方式，声波透射法可分为

（1） 桩内跨孔检测； （2） 桩内单孔检测； （3）.桩外孔透射法。

经常使用的方式是跨孔检测。跨孔检测是在桩内预埋两根或两根以上声测管把发射接收换能器别离置于两声测管中。

与小应变相较，这种方式的优势在于不受桩径、桩长，且对缺点反映更为直观准确。

3．2 声测管的埋设

声测管是预留的声波换能器的通道，需预先埋设在灌注桩中。通常，直径1m以下的灌注桩埋设2根，直径1~1.5m的埋设3根，直径1.5m以上的埋设3根。

声测管呈等边三角形（3根）或正方形（4根）布置彼此彼此平行。（图2）声测管通经常使用有缝钢管，利用套筒螺纹或套筒焊接的方式连接各段钢管。钢管固定在灌注桩钢筋笼的架立筋内侧，底端焊死，一路埋入灌注桩。声测管的直径以能保证径向换能器能在管中通畅上下提升为度。

增加声测管布置图

3．3 检测步骤

在检测管中注满清水，将径向换能器放入管中，从上至下逐段检测。检测间距为20~50cm。每两根声测管组成一对检测面，如AB、BC、CA。测定参数为声时和振幅，同时注意观看波形。在发觉声学参数反常的部位应缩小测试间距，以10~20cm的间距进行加密测量。同时进行斜交叉测量以确信缺点的性质、范围和部位，如图3所示。

a） b） c）

图3 灌注桩的斜交叉测量

a）局部缺陷；b）层状缺陷（断桩）；c）缩颈或声测管附着泥团

3．4 测试结果处置

3．4．1 数据处置 （1） 波速vi

viliti

（3）

式中 li——测点i处二根声测管内边缘间的距离；

ti——测点i处的声传播时刻，且有

titIt00 （4）

式中tI——超声仪上的声时读数；

t00——测试初读数，或称零读数。 （2） 初读数标定

在声测管中利用径向换能器检测时，t00需专门标定，方式如下：

(a) t0(测试系统（换能器和仪器）产生的零读数)标定

将二径向换能器置于水中，彼此平行，高度相同，在彼其间相距为l1、l2情形下，测定其声时读数t1、t2。那么测试系统t0可按下式计算：

t0(l1t2l2t1)(l1l2) （5）

(b) t00计算

t00t0(d2d1)vg(d1d)vw （6）

式中d——径向换能器直径；

d1——声测管内径； d2——声测管外径；

vw——水的波速，可取1480 m/s； vg——钢的波速，可取5940 m/s。

测试初读数事实上包括测试系统产生的零读数和由声测管中的水层、声测管的管壁产生的零读数。扣除零读数后所得的声时确实是声测管间混凝土的净传播时刻。以目前所用的仪器、换能器和2吋的声测管计，测试初读数大约10多微秒。

3．4．2 绘制深度～波速、振幅曲线

依照所测结果绘制出各测试断面深度～波速、振幅曲线。

3．5 缺点判定

3．5．1 用波速参数判定

在目前的有关灌注桩检测规程中，依照波速来判定灌注桩内缺点的方式有两种：概率法和斜率法。

（1）概率法

概率法是南京水利科学研究院罗骐先于1965年提出。用于判定包括灌注桩在内的各类混凝土结构内部缺点，目前载于各类超声探测缺点规程中。新修订的《超声法检测混凝土缺点技术规程》（CECS21：2000）中“灌注桩混凝土缺点检测”一章中规定用概率法判定缺点。概率法的大体起点是概率论。其计算临界值的公式为：

xL1xKaS （7）

在那个地址，不管测点多少，也不分单点或相邻点，Ka一概取2。依照理论分析及一些实验结果，以平均值减2倍标准差作为判定缺点的临界值误判的概率较高。

（2）斜率法

斜率法是湖南大学吴慧敏于1984年提出。该判定法的大体起点是，桩内缺点处波速明显变小，即声时明显变大，形成一突变。为表示这种突变，将相邻测点声时之差Δt（Δt=ti-ti-1）除以测点深度之差Δd（Δd=di- di-1），既令：

Stttii1 （8） ddidi1假设深度~声时曲线是以深度为纵坐标绘制，那么k是声时转变的斜率。 实际中，经常使用被称为PSD的判据K，其概念为：

(titi1)2 K （9）

didi1把声时差取平方事实上是把这种突变放大，另外，取平方后，K值恒为正。

检测规程中要求绘制K~d曲线，并按K值的大小，结合振幅值判定缺

点区的边界。但到底K多大才能定为缺点，标准并未给出。创建者曾提出各类缺点PSD临界值的计算方式，但需要预先明白或假设缺点物质（泥砂或其与水泥浆混合物）的波速。

关于某些缓变的缺点，例如桩顶周围的低强区，PSD值并非大，PSD值容易漏判。

利用斜率法判定桩的缺点时，由于将声学参数（声时）变成没有单位和物理意义的PSD值作为判定依据，PSD值的大小要紧取决于相邻测点声时的差值，因此能够减弱因声测管不平行造成的测试误差对判定的干扰。

3．5．2 用振幅参数判定

《超声法检测混凝土缺点技术规程》（CECS21：2000）中要求把振幅测值也按声速值一样进行概率法的临界值计算。

《基桩低应变更测规程》（JGJ/T93-95）中那么提出一个振幅临界值AD

的计算式：

ADA6 (db) （10）

式中 A ——各测点振幅平均值。

以各测点振幅平均值（分贝，db）值减去6 db作为临界值确实是说，假设波的振幅以高度计，那么相当于以各测点振幅高度平均值的一半作为有无缺点的临界值。

以各测点振幅高度平均值的一半作为有无缺点的临界值似乎缺乏理论和实践依据。由于在灌注桩检测中，振幅参数尽管很重要，也较灵敏，但其测值受各类因素阻碍，变更幅度较大，以上述标准判定缺点，会有较多误判的可能。

3．5．3 最低极值法

最低极值法是北京的徐攸在提出。该方式克服了以上两种方式的短处。

例如有的灌注桩，混凝土强度没有达到设计的强度品级要求，但其均匀性较好，按以上两种方式，都可知足其要求。反之，有的灌注桩混凝土强度普遍很高，但均匀性较差。按以上两种方式分析，不能知足要求，但实际混凝土强度在最小处也必需知足设计要求。因此，有必要依照设计要求的混凝土强度品级，提出最低声速（也可用波幅）限值，并要求各测点的实测声速均应超过该限值。混凝土最低声速值宜由相同条件下的试块进行对如实验确信，在没有资料时可参照下表数值：

混凝土最低声速参考表

强度等级 声速（m/s）

C20 3400 C25 3800 C30 4200 C35 4600 3．5．4 判定步骤：

判定的步骤为：

（a） 以波速值进行概率法判定，结合PSD值的大小，找出可能是

缺点的部位;

（b） 分析振幅大小的转变，把那些波速低于临界值且波幅又明显

偏低的测区定为有缺点部位;

（c） 依照细测和斜测资料，确信缺点的范围和大小;

（d） 依照缺点在桩上的位置、成桩工艺和施工情形综合判定缺点

的性质。

专门提示：判按时，要注意各个测试面间的彼此关系和验证。例如，要确信缺点为整个断面的层状缺点时，必需是3个测试面（设3根声测管时）或6个测试面（设4根声测管时）都是层状缺点才行。有时附着在声测管上的泥团会同时使二个测试面测值低下，但并不是整个断面的缺点。

3．6 注意事项

（1） 声测管接头的阻碍

阻碍结果：振幅骤减，声时增大。

特点：（1）只有一个测点；（2）阻碍二个测试面；（3）探头扶正器可探测到。 （2） 斜测的重要性

声测管处常挂泥团，通过斜测可幸免误判为成层状缺点。 （3） 二项指标判定

灌注桩检测中测量二项声学参数：声速和振幅。应充分利用这二项参数进行判定。

混凝土离析，石子沉降，砂浆多，声速低，但振幅不低，混凝土强度并非必然低。振幅低，声速不低，往往是混凝土气泡多，不必然是严峻缺点。只有声速、振幅均突降，才是夹泥、沉渣与断层。 （4） 波形反相

探头靠声测管壁会发生这种情形，应加扶正器。 （5） 尽可能不要提测定强度

因为管距不准，波速测值有误差，相关曲线也没有。