(5)+131212-声波透射法检测技术

1、在超声仪的屏幕上显示声波传播时间和波幅在超声仪的屏幕上显示声波传播时间和波幅他们在干什么？他们在用跨孔声波透射法检测基桩完整性他们在干什么？他们在用跨孔声波透射法检测基桩完整性 声波透射法声波透射法检测检测 基桩完整性基桩完整性 吴庆曾吴庆曾中国地质调查局技术方法研究所中国地质调查局技术方法研究所 2013.03.24 2013.03.24（2013.07.20 2013.07.20 修改）修改）声波检测混凝土缺陷的基本原理声波检测混凝土缺陷的基本原理二二. . 由声速判断桩身完整性原理由声速判断桩身完整性原理三三. . 声波法确定桩身缺陷和位置的方法声波法确定桩身缺陷和位置的方法四四. .

2、桩身缺陷位置与分布的定性确定方法桩身缺陷位置与分布的定性确定方法 五五. . 基桩跨孔声波透射现场检测技术基桩跨孔声波透射现场检测技术六六. . 基桩声波透射资料的室内分析解释基桩声波透射资料的室内分析解释 七七. . 跨孔声波透射检测基桩完整性实例跨孔声波透射检测基桩完整性实例八八. . 跨孔声波透射法的优势与缺憾跨孔声波透射法的优势与缺憾九九 跨孔声波透射法的新技跨孔声波透射法的新技 先看看灌筑桩的桩身可能出现哪些缺陷？先看看灌筑桩的桩身可能出现哪些缺陷？一一. 声波检测混凝土缺陷的基本原理声波检测混凝土缺陷的基本原理已知介质的声速EVP）（）（ 21 1 1V正常正常 V缺陷缺陷灌注桩纵

3、波声速的正常范围灌注桩纵波声速的正常范围（C C20202525）：）： 水下灌注水下灌注: 3400m/s : 3400m/s 4000m/s 4000m/s 干作业灌注干作业灌注: 4000m/s : 4000m/s 4500m/s 4500m/s预制桩纵波声速预制桩纵波声速的正常范围的正常范围：4200 m/s 4200 m/s 已知介质中声波的波幅LmeALA1上式说明：上式说明： 声波在传播过程中，质点振动的声波在传播过程中，质点振动的幅度，随着传播距离、混凝土物理性能的变幅度，随着传播距离、混凝土物理性能的变化按指数规律减小化按指数规律减小。A: A: 接收点的声波波幅接收点的声波

4、波幅A Amm：发射点的声波波幅：发射点的声波波幅L L：声波的传播距离：声波的传播距离 ：衰减系数，是频率的函数频率高衰减快：衰减系数，是频率的函数频率高衰减快LmeALA1当管距一定，波幅当管距一定，波幅A可反映混可反映混凝土的质量和判断有无缺陷凝土的质量和判断有无缺陷在超声仪的屏幕上显示声波传播时间和波幅在超声仪的屏幕上显示声波传播时间和波幅接收信号的波形、频率也可定性的判断缺陷接收信号的波形、频率也可定性的判断缺陷完整性好的混凝土完整性好的混凝土有缺陷的混凝土有缺陷的混凝土主频主频44.56kHz44.56kHz主频主频39.86kHz39.86kHz 完整桩完整桩 声速声速高高、波形

5、完整、波形完整 沉渣、桩头底强度区、二次浇灌面沉渣、桩头底强度区、二次浇灌面 声速较声速较低、波形略畸变低、波形略畸变 蜂窝、空洞、严重缩颈蜂窝、空洞、严重缩颈声速低、波形声速低、波形 较畸变较畸变 夹泥、离析夹泥、离析声速低、波形畸变声速低、波形畸变 扩径、轻微缩颈、水平裂缝扩径、轻微缩颈、水平裂缝无法检无法检 测出的缺陷测出的缺陷二二. 由声速判断桩身完整性原理由声速判断桩身完整性原理声速在声速在3500-4500m/s3500-4500m/s波形完整波形完整二二. . 由声速判断桩身完整性原理由声速判断桩身完整性原理1.1.完整桩完整桩 均匀的高声速均匀的高声速 从截取到的桩头，可直观了

6、从截取到的桩头，可直观了解它们是泥浆、浮浆、沉渣和混解它们是泥浆、浮浆、沉渣和混凝土的混合层状状介质，宏观的凝土的混合层状状介质，宏观的可将其视为较均匀的层状低声速可将其视为较均匀的层状低声速递减的介质。递减的介质。桩头低强度区的物理摸型，桩头低强度区的物理摸型， V1V2V3V1V2V3VnVn，即声速、波幅递减即声速、波幅递减 。二二. . 由声速判断桩身完整性原理由声速判断桩身完整性原理2.2.沉渣、桩头底强度区、二次浇灌面沉渣、桩头底强度区、二次浇灌面大范围较均匀的低声速大范围较均匀的低声速 二次浇灌面和沉渣昵？二次浇灌面和沉渣昵？ 空洞是桩身混凝土中大空洞是桩身混凝土中大的空气气泡，

7、蜂窝是密集的的空气气泡，蜂窝是密集的小气泡集合体，可以等效为小气泡集合体，可以等效为空洞，严重缩颈是将声测管空洞，严重缩颈是将声测管外露，即在声测管附近有空外露，即在声测管附近有空洞存在。洞存在。 使声线长度不再是声测管使声线长度不再是声测管管距管距 L L声线拉长，带来声时加声线拉长，带来声时加大，视声速降低可知接收的超大，视声速降低可知接收的超声波波幅下降声波波幅下降, ,主频降低主频降低 。3. 3. 蜂窝、空洞、严重缩颈蜂窝、空洞、严重缩颈局部极低声速局部极低声速二二. . 由声速判断桩身完整性原理由声速判断桩身完整性原理 夹泥、离析是桩身局部出现低声速区桩身声速夹泥、离析是桩身局部出

8、现低声速区桩身声速V V1 1 , ,夹泥、离析缺陷的声速为夹泥、离析缺陷的声速为V V2 2 。发射换能器辐射的声波。发射换能器辐射的声波入射到缺陷会发生绕射，入射到缺陷会发生绕射，在在缺陷内发生折射和多次反射，缺陷内发生折射和多次反射，将有三组波汇集到接收点将有三组波汇集到接收点 ，波形复杂。声速低，波幅减波形复杂。声速低，波幅减小。小。4.4.夹泥、离析夹泥、离析局部低声速局部低声速二二. . 由声速判断桩身完整性原理由声速判断桩身完整性原理 夹泥、离析缺陷还有另外一种可能出现的物理模型。夹泥、离析缺陷还有另外一种可能出现的物理模型。纵波纵波P P，在缺陷内发生折射，根据折射定律在缺陷界

9、面产，在缺陷内发生折射，根据折射定律在缺陷界面产生折射纵波生折射纵波PPPP的同时还会产生折射横波的同时还会产生折射横波PSPS。先只考虑。先只考虑PPPP波，波，它在缺陷另一界面，同样要产生折射纵波它在缺陷另一界面，同样要产生折射纵波PPPPPP和折射横波和折射横波PPSPPS。PPPPPP会被接收换能器接收。会被接收换能器接收。声线拉长，声速下降，声线拉长，声速下降，波幅降低，波形复杂畸波幅降低，波形复杂畸变。变。三三. . 声波法确定桩身声波法确定桩身 缺陷和位置的方法缺陷和位置的方法 绘出声时、波幅随孔深变化曲线绘出声时、波幅随孔深变化曲线 由于混凝土的密实度、骨料分布由于混凝土的密实

10、度、骨料分布是非均匀的，故是非均匀的，故混凝土属非均匀混凝土属非均匀介质介质。 因此，声速或因此，声速或声时相应会是波动声时相应会是波动的。如何用声波的传播速度、波的。如何用声波的传播速度、波幅（首波）和频率来判断哪里存幅（首波）和频率来判断哪里存在缺陷呢在缺陷呢 ? ? ? ? ? 直到直到 19781978年，当时国家建委立项组织混凝土超声检年，当时国家建委立项组织混凝土超声检测专题研究，结论是：混凝土中的缺陷可采用数理统计测专题研究，结论是：混凝土中的缺陷可采用数理统计方法，建立了由声速辨别有无缺陷的方法，建立了由声速辨别有无缺陷的“概率法概率法”。 1. 1. 关于关于“概率法概率法”

11、 其思路是：混凝土是非均匀介质，其强度、密实度分布其思路是：混凝土是非均匀介质，其强度、密实度分布是随机分布的，是随机分布的，相应桩身各点相应桩身各点声速高低声速高低，也是随机分布的，也是随机分布的，且符合正态分布且符合正态分布。 而混凝土中的缺陷而混凝土中的缺陷是人为造成的，它是人为造成的，它不符合正态分布不符合正态分布，这样我们就可用数理统计的方法找到缺陷与正常混凝土的分这样我们就可用数理统计的方法找到缺陷与正常混凝土的分界线，即界线，即临界点临界点。 三三. . 声波法确定桩身缺陷和位置的方法声波法确定桩身缺陷和位置的方法xmsVv0正常混凝土强度（声速）的正态分正常混凝土强度（声速）的

12、正态分布与缺陷临界点的关系如下图所示布与缺陷临界点的关系如下图所示用概率法确定的临界值用概率法确定的临界值 VoxmsVv0kniimvknv11212111knimixvvkns V V0 0即临界点声速值称即临界点声速值称“异常判定值异常判定值” V m V m （n-kn-k）个数据的平均值）个数据的平均值 S S X X （n-kn-k）个数据的标准差）个数据的标准差由统计数据数（由统计数据数（n-kn-k）对应的）对应的由查表获得见下表由查表获得见下表 n n 测点数测点数 k k 将全部测点的声速值由小到大依次排序，去掉明显不将全部测点的声速值由小到大依次排序，去掉明显不 合理的低

13、声速值合理的低声速值的个数。的个数。 n-k2022242628303234361.641.691.731.771.801.831.861.891.91n-k3840424446485052541.941.961.982.002.022.042.052.072.09n-k5658606264666870722.102.112.132.142.152.172.182.192.20n-k7476788082848688902.212.222.232.242.252.262.272.282.29n-k9294969810010511011512020292.302.312.322.332.342.3

14、62.382.39n-k1251301351401451501601701802.412.422.432.452.462.472.502.522.54 统计数据个数统计数据个数(n-k)(n-k)与对应的与对应的值值由下表查出值值由下表查出混凝土的非匀值性，同样使混凝土中各测点的声波混凝土的非匀值性，同样使混凝土中各测点的声波首波波幅也是随机波动的。于是建立了声波波幅值首波波幅也是随机波动的。于是建立了声波波幅值判断有无缺陷的判断有无缺陷的“半波幅半波幅”法法 dBAAmPi6niPimAnA11A APiPi 波幅判定异常值波幅判定异常值A Amm 所有测点波幅的平均值，用分贝表示所有测点波

15、幅的平均值，用分贝表示6dB6dB 是减去是减去6 6分贝，其物理含意是波幅减分贝，其物理含意是波幅减 小一半的值。小一半的值。2. 2. 关于关于“半波幅法半波幅法 ”三三. . 声波法确定桩身缺陷和位置的方法声波法确定桩身缺陷和位置的方法 一般取仪器能够接收并识别的最小信号值作为基准值一般取仪器能够接收并识别的最小信号值作为基准值V Vo o，各测点接收到的信号值各测点接收到的信号值V Vm m与基准值进行下列运算：与基准值进行下列运算：dBVVlmxx log200 当信号当信号Vm比信号比信号Vo大一倍时，信号波幅等于大一倍时，信号波幅等于6dB6dB 当信号当信号V Vm m比信号比

16、信号V Vo o大大1010倍时，信号波幅等于倍时，信号波幅等于20dB20dB 当信号当信号V Vm m比信号比信号V Vo o大大100100倍时，信号波幅等于倍时，信号波幅等于40dB40dB 当信号当信号VmVm比信号比信号VoVo大一倍时，信号波幅等于大一倍时，信号波幅等于60dB60dB 同样信号同样信号A A和信号和信号B B波幅之差等于波幅之差等于-6dB, -6dB, 表示信号表示信号A A比信号比信号B B的波幅压降低了一倍。的波幅压降低了一倍。 用来表信号的幅度用来表信号的幅度由概率法和半波幅判断桩身缺陷由概率法和半波幅判断桩身缺陷上图中上图中 Api=114.39 dB

17、 Vo=4.479km/s 注：分贝（注：分贝（dBdB）的含义是把表征波幅的电压值）的含义是把表征波幅的电压值V V，将，将 V /VV /V0 0 取常用对数后取常用对数后 乘乘20 20 就是分贝数就是分贝数 。 斜率法是声波透射法的一个辅助判据。是斜率法是声波透射法的一个辅助判据。是针对原本要求声测管应当是平行的，但实际施针对原本要求声测管应当是平行的，但实际施工时，有可能声测管不平行，会出现误判工时，有可能声测管不平行，会出现误判 。 又称又称PSD (Product of Slop and Difference) PSD (Product of Slop and Differenc

18、e) 法法 11cicicicizzttK1cicittttKPSD3. 3. 关于斜率法关于斜率法三三. . 声波法确定桩身缺陷和位置的方法声波法确定桩身缺陷和位置的方法tKPSD上述分析判断缺陷的方法已列入上述分析判断缺陷的方法已列入 建筑工程基桩检测技术规范建筑工程基桩检测技术规范（JGJ/T 106-2003JGJ/T 106-2003）公路工程基桩动测技术规程公路工程基桩动测技术规程（JTG/T F81-01-2004JTG/T F81-01-2004）基桩低应变动力测桩规程基桩低应变动力测桩规程 （JGJ/T 93JGJ/T 939595）超声法检测混凝土缺陷技术规程超声法检测混凝

19、土缺陷技术规程（CECS 21CECS 21：20002000）四四. . 桩身缺陷位置与分布的定性确定方法桩身缺陷位置与分布的定性确定方法 1. 1. 缺陷的平面位置和体积的确定，关系到评价基桩完整缺陷的平面位置和体积的确定，关系到评价基桩完整性的等级。要确定缺陷的平面位置和体积与埋设的声测管性的等级。要确定缺陷的平面位置和体积与埋设的声测管的数量有一定关系。的数量有一定关系。 A. A. 建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范（JGJ/T 106-2003JGJ/T 106-2003）规定：）规定： 桩径桩径 800mm800mm以下埋设二管以下埋设二管( (含含800mm)800mm)

20、 800mm800mm2000mm 2000mm 埋设三管埋设三管 2000mm2000mm以上以上 埋设四管埋设四管 B. B.公路工程基桩动测技术规程公路工程基桩动测技术规程（JTG/T F81-01-2004JTG/T F81-01-2004） 规定：规定： 桩径桩径 1.0m 1.0m 以下埋设二管以下埋设二管 1.0m1.0m1.5m 1.5m 埋设三管埋设三管 1.5m1.5m以上以上 埋设四管埋设四管 1. 1. 缺陷的平面位置和体积的确定，关系到评价基桩完缺陷的平面位置和体积的确定，关系到评价基桩完整性的等级。要确定缺陷的平面位置和体积与埋设的声整性的等级。要确定缺陷的平面位置

21、和体积与埋设的声测管的数量有一定关系。测管的数量有一定关系。 A.A.有效接收声场概念有效接收声场概念 O O 点为发射换能器所在位置点为发射换能器所在位置 O O，为同一平面上接收换能器位置为同一平面上接收换能器位置 上述两组同心圆的交点上述两组同心圆的交点就是有效接收声场的范围，就是有效接收声场的范围，这个范围恰好是一个椭圆，这个范围恰好是一个椭圆，定名为定名为“有效接收声场有效接收声场 ”。 换能器的灵敏度越高有效换能器的灵敏度越高有效接收声场范围越大。接收声场范围越大。2. 2. 用波幅确定桩身缺陷的平面范围用波幅确定桩身缺陷的平面范围四四. . 桩身缺陷位置与分布的定性确定方法桩身缺

22、陷位置与分布的定性确定方法 B. 缺陷与效接收声场的关系缺陷与效接收声场的关系 缺陷缺陷 A A 对声速、波幅均无影响对声速、波幅均无影响 ； 缺陷缺陷 B B 对波幅有影响对声速无影响对波幅有影响对声速无影响 缺陷缺陷 C C 对波幅、声速都有影响对波幅、声速都有影响缺陷处不同部位对声速和波幅的影响缺陷处不同部位对声速和波幅的影响2. 2. 用波幅确定桩身缺陷的平面范围用波幅确定桩身缺陷的平面范围 以埋设三管为例，通过声速和波幅的异常以埋设三管为例，通过声速和波幅的异常 可大致了解缺陷的平面展布范围。可大致了解缺陷的平面展布范围。C.利用有效接收声场概念判断缺陷位置的实例利用有效接收声场概念

23、判断缺陷位置的实例2. 2. 用波幅确定桩身缺陷的平面范围用波幅确定桩身缺陷的平面范围判断缺陷水平判断缺陷水平 位置的实例位置的实例D. D. 声波透射法测试的的盲区声波透射法测试的的盲区 盲区的范围大小和换能器的性能有关；和盲区的范围大小和换能器的性能有关；和超声检测仪的发射能量、仪器的接收灵敏度有超声检测仪的发射能量、仪器的接收灵敏度有关。关。 对同样的仪器、换能器，还和桩的直径大小对同样的仪器、换能器，还和桩的直径大小有关，大直径的基桩的盲区显然要大一些有关，大直径的基桩的盲区显然要大一些 2. 2. 用波幅确定桩身缺陷的平面范围用波幅确定桩身缺陷的平面范围 E. E. 缩小盲区和仪器与

24、换能器的关系缩小盲区和仪器与换能器的关系声波检测系统的组成声波检测系统的组成2. 2. 用波幅确定桩身缺陷的平面范围用波幅确定桩身缺陷的平面范围 E. E. 缩小盲区和仪器与换能器的关系缩小盲区和仪器与换能器的关系 从国内声波检测仪器主要性能都可达到技术要求从国内声波检测仪器主要性能都可达到技术要求 实时显示、记录接收信号的时程曲线、频率测量或频谱分析功能实时显示、记录接收信号的时程曲线、频率测量或频谱分析功能 最小采样时间间隔小于或等于最小采样时间间隔小于或等于0.5s0.5s， 声波幅值测量相对误差小于声波幅值测量相对误差小于5%5%， 系统频带宽度为系统频带宽度为5 5200kHz200

25、kHz， 系统最大动态范围不小于系统最大动态范围不小于100dB100dB。 声波发射脉冲为阶跃或矩形脉冲，电压幅值为声波发射脉冲为阶跃或矩形脉冲，电压幅值为2002001000V1000V 接收灵敏度接收灵敏度 具有首波声时显示功能；具有自动记录声波发射与接收换能器位置功能。具有首波声时显示功能；具有自动记录声波发射与接收换能器位置功能。V30 与仪器有关系的是发射电压和接收灵敏度与仪器有关系的是发射电压和接收灵敏度2. 2. 用波幅确定桩身缺陷的平面范围用波幅确定桩身缺陷的平面范围 与换能器性能关系的分析与换能器性能关系的分析从有效接收声场来分析从有效接收声场来分析：发射换能器：电声转换效

26、率高声波辐射的距离远发射换能器：电声转换效率高声波辐射的距离远接收换能器：声电装换效率高可以接收到微弱信号接收换能器：声电装换效率高可以接收到微弱信号所以换能器是决定有效接收声场的决定因素所以换能器是决定有效接收声场的决定因素 E. E. 缩小盲区和仪器与换能器的关系缩小盲区和仪器与换能器的关系2. 2. 用波幅确定桩身缺陷的平面范围用波幅确定桩身缺陷的平面范围圆柱状径向振动，沿径向无指向性；圆柱状径向振动，沿径向无指向性；外径小于声测管内径，外径小于声测管内径，有效工作段长度不大于有效工作段长度不大于150mm150mm；谐振频率为谐振频率为303060kHz60kHz；水密性满足水密性满足

27、1MPa1MPa水压不渗水。水压不渗水。 发射与接收换能器应符合下列规定：发射与接收换能器应符合下列规定：利用压电介质的压电效应工作利用压电介质的压电效应工作3. 3. 如何如何确定确定桩身缺陷的性质桩身缺陷的性质 由于声参量存在多解性，仅用声参量由于声参量存在多解性，仅用声参量 声速声速V VP P、声时、声时、波幅、波幅A A、波形波形，主频，主频 f f推断不出桩身缺陷的类型推断不出桩身缺陷的类型。必须掌握基桩制造过程的相关资料：必须掌握基桩制造过程的相关资料： A. A. 工程场地岩土工程勘察报告、水文地质概况；工程场地岩土工程勘察报告、水文地质概况；B. B. 灌注桩的成孔方式、工艺

28、过程；灌注桩的成孔方式、工艺过程；C. C. 灌注桩的浇灌环境（如是否是水下作业）、反映出混凝灌注桩的浇灌环境（如是否是水下作业）、反映出混凝土浇浇筑过程的施工记录土浇浇筑过程的施工记录。 例如：例如： 桩底出现低声速，需要掌握成孔方式和混凝土水下浇灌用桩底出现低声速，需要掌握成孔方式和混凝土水下浇灌用 何种止水阀，才能判断是沉渣还是蜂窝；何种止水阀，才能判断是沉渣还是蜂窝； 桩身部位出现低声速、低波幅，可桩身部位出现低声速、低波幅，可由成孔方式、混凝土由成孔方式、混凝土 浇灌方式推断缺陷是否可能是夹泥还是空洞或是离析；浇灌方式推断缺陷是否可能是夹泥还是空洞或是离析； 由地下水文条件，地下水水

29、位、有无径流以及混凝土灌由地下水文条件，地下水水位、有无径流以及混凝土灌 注方法、施工记录来判断缺陷是否可能为离析；注方法、施工记录来判断缺陷是否可能为离析； 由浇灌过程是否连续或中断，判断缺陷是否是二次浇灌由浇灌过程是否连续或中断，判断缺陷是否是二次浇灌 面或由成孔方式和地层岩性判断是否夹泥断桩面或由成孔方式和地层岩性判断是否夹泥断桩 ； 由地层中的黏土层及黏土的塑性指数，终孔后开始浇由地层中的黏土层及黏土的塑性指数，终孔后开始浇 灌的时间，判断是否可能严重缩径，从而排除这个部灌的时间，判断是否可能严重缩径，从而排除这个部 位的桩身有无缺陷，避免误判，抽芯打不到缺陷的尴位的桩身有无缺陷，避免

30、误判，抽芯打不到缺陷的尴 尬局面；尬局面； 由混凝土的浇灌方式，可以预估正常混凝土的声速范由混凝土的浇灌方式，可以预估正常混凝土的声速范 围，有利于对缺陷的判断；围，有利于对缺陷的判断； 还有还有， 总之要熟悉桩的施工过程、工艺，结合总之要熟悉桩的施工过程、工艺，结合 超声测试的数据进行综合分析后，才能从中推断缺陷超声测试的数据进行综合分析后，才能从中推断缺陷 的性质。的性质。 4. 4. 桩身完整性的类别划分桩身完整性的类别划分 建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范（JGJ106-2003） 各检测剖面的声学参数均无异常，无声各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常速低于低限值

31、异常 。桩身完整桩身完整 某一检测剖面个别测点的声学参数出现某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常，异常，无声速低于低限值异常无声速低于低限值异常 桩身有轻微缺陷，不会影响桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥桩身结构承载力的正常发挥 某一检测剖面连续多个测点的声学参数某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常；两个或两个以上检测剖面在出现异常；两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常；局同一深度测点的声学参数出现异常；局部混凝土声速低于低限值异常部混凝土声速低于低限值异常桩身有明显缺陷，对桩身结桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响构承载力有影响某一检测剖面连续多个测

32、点的声学参数某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现明显异常；两个或两个以检测剖面出现明显异常；两个或两个以检测剖面在同一深度测点的声学参数出现明显异在同一深度测点的声学参数出现明显异常；桩身混凝土声速出现普遍低于低限常；桩身混凝土声速出现普遍低于低限值异常或无法检测首波或声波接收信号值异常或无法检测首波或声波接收信号严重畸变严重畸变 桩身存在严重缺陷桩身存在严重缺陷 五五. . 基桩跨孔声波透射现场检测技术基桩跨孔声波透射现场检测技术1. 1. 检测前的准备工作检测前的准备工作A. A. 测前测前须收集须收集 ：（1)1)工程场地的岩土工程勘察报告、水文地质概况；工程场地的岩土工程勘察报告、水

33、文地质概况；（2)2)灌注桩的成孔方式、工艺过程；灌注桩的成孔方式、工艺过程；（3)3)灌注桩的浇灌环境（如是否是水下作业）、方灌注桩的浇灌环境（如是否是水下作业）、方 式、施工记录；式、施工记录； (4) (4) 现场检测时混凝土的龄期；现场检测时混凝土的龄期； (5) (5) 测量检测管管距。测量检测管管距。B.B.用用“假换能器假换能器”探摸声测管是否畅通，换能器卡在探摸声测管是否畅通，换能器卡在 声测管中。声测管中。C.C. 零声时的测算零声时的测算 根据检规范要先测试超声测试系统根据检规范要先测试超声测试系统的初始读数的初始读数t t0 0值，从理论上值，从理论上 t t0 0 应包

34、含三应包含三部分部分 0 00101+ +0202+ +03030101 声测系统延迟时间声测系统延迟时间0202水层中传播时间（水层中传播时间（管内径管内径换能器外径）换能器外径）/ / 水水0303检测管壁声传播时间（检测管壁声传播时间（ 管外径管外径 管内径）管内径）/ /管管五五. . 基桩跨孔声波透射现场检测技术基桩跨孔声波透射现场检测技术1. 1. 检测前的准备工作检测前的准备工作0101 声测系统延迟时间声测系统延迟时间t t0303检测管壁声传播时间（检测管壁声传播时间（ 管外径管外径 管内径）管内径）/ /管管C. C. 零声时的测算零声时的测算 t t0303= = 钢板厚

35、度钢板厚度/ /钢的声速钢的声速 (V(VI I=5850m/s)=5850m/s)超声检测仪采样时间间隔的设定，是仪器操作的关键：超声检测仪采样时间间隔的设定，是仪器操作的关键：要要求采样求采样时间间隔小于正常混凝土声波传播时间的时间间隔小于正常混凝土声波传播时间的1 1。 例如声波透射法最小的桩径为例如声波透射法最小的桩径为800 mm800 mm，声测管的间距理论值，声测管的间距理论值为为500-600mm500-600mm，取混凝土声速，取混凝土声速4500m/s,4500m/s,声波传播时间声波传播时间t t133s133s，所以采样时间间隔应小于等于所以采样时间间隔应小于等于1.0

36、s1.0s即可；即可； 对于不能自动设定触发延迟时间的仪器，还需要预估声波的传对于不能自动设定触发延迟时间的仪器，还需要预估声波的传播时间，来设定触发延迟时间；播时间，来设定触发延迟时间； 发射电压可根据声测管的间距，设定发射电压值，一般可设定发射电压可根据声测管的间距，设定发射电压值，一般可设定在在500V500V。直径大的桩可设到。直径大的桩可设到1000V1000V。2.2.人工操作检测人工操作检测 从孔底，人工逐点同步提升发射与接收换能器，进行测试，从孔底，人工逐点同步提升发射与接收换能器，进行测试，测点间距一般取测点间距一般取20cm20cm，直到桩顶。，直到桩顶。五五. . 基桩跨

37、孔声波透射现场检测技术基桩跨孔声波透射现场检测技术3.3.半自动检测与全自动检测半自动检测与全自动检测五五. . 基桩跨孔声波透射现场检测技术基桩跨孔声波透射现场检测技术4.4.多通道声波透射法自动测桩仪多通道声波透射法自动测桩仪五五. . 基桩跨孔声波透射现场检测技术基桩跨孔声波透射现场检测技术 在埋设在埋设4 4个声测管时，六个声测面可同时检测，提高工作效率个声测管时，六个声测面可同时检测，提高工作效率六六. . 基桩声波透射资料的室内分析解释基桩声波透射资料的室内分析解释 现场测试的声波透射数据资料，回到室内，将采集到的现场测试的声波透射数据资料，回到室内，将采集到的 数据传入数据传入P

38、CPC机；机； 由厂商提供的由厂商提供的windowwindow平台上的分析处理软件进行检查、平台上的分析处理软件进行检查、处理、自动绘制声时处理、自动绘制声时- -深度、波幅深度、波幅- -深度、深度、PSD-PSD-深度曲线；深度曲线； 根据上述曲线的异常，也就是声时、波幅超过临界值的部根据上述曲线的异常，也就是声时、波幅超过临界值的部位（深度）结合工程桩的制造过程的相关资料进行综合分析，位（深度）结合工程桩的制造过程的相关资料进行综合分析，确定缺陷的位置、面积、体积，以及缺陷性质；确定缺陷的位置、面积、体积，以及缺陷性质； 最终生成基桩完整性检查报告最终生成基桩完整性检查报告。 声波检测

39、系统数据处理分析软件是系统优劣是重要决定因素声波检测系统数据处理分析软件是系统优劣是重要决定因素1. 1. 现场采集数据输入计算机现场采集数据输入计算机 六六. . 基桩声波透射资料的室内分析解释基桩声波透射资料的室内分析解释 2 2 由软件将现场采集的波列加以显示由软件将现场采集的波列加以显示 六六. . 基桩声波透射资料的室内分析解释基桩声波透射资料的室内分析解释 3. 3. 由软件自动绘制声速、波幅、由软件自动绘制声速、波幅、PSD PSD 曲线曲线 六六. . 基桩声波透射资料的室内分析解释基桩声波透射资料的室内分析解释4. 4. 由软件对检查数据计算分析由软件对检查数据计算分析 六六

40、. . 基桩声波透射资料的室内分析解释基桩声波透射资料的室内分析解释七七. . 跨孔声波透射检测基桩完整性实例跨孔声波透射检测基桩完整性实例 1. 1.模型桩检查实例模型桩检查实例 模型桩长模型桩长2.25m2.25m ，桩的，桩的断面为断面为1.0m1.0m0.6m0.6m。其中。其中 1 1：是二次浇灌面；：是二次浇灌面； 2 2：是：是30cm30cm的圆形泥团；的圆形泥团； 3 3：是：是30cm330cm3木板空盒子木板空盒子 模模拟空洞；拟空洞； 4 4：是声测管，管距：是声测管，管距76cm76cm。 8cm长的换能器测试 15cm长的换能器测试 2. 2. 完整的工程桩完整的工

41、程桩 检测实例检测实例 三个声波检测剖三个声波检测剖面声速和波幅都没面声速和波幅都没有超过临界值有超过临界值 孔底声速波幅均孔底声速波幅均偏高？偏高？七七. . 跨孔声波透射检测基桩完整性实例跨孔声波透射检测基桩完整性实例3.3.略有缺陷的工程桩检测实例略有缺陷的工程桩检测实例 桩长桩长90m90m，三个声测剖面，三个声测剖面，84m84m以下，声速逐渐升高波幅略加以下，声速逐渐升高波幅略加大；大； 89m89m以下声速、波幅又降低，以下声速、波幅又降低，说明三根声测管从说明三根声测管从84m84m处均向里渐处均向里渐湾，到湾，到89m89m处又向外翘。处又向外翘。 对桩底沉渣的判断依据不足；

42、对桩底沉渣的判断依据不足； 3m3m以上三个声测剖面的波幅异以上三个声测剖面的波幅异常均超过临界值，分析可能是混常均超过临界值，分析可能是混凝土胶结不良，或略含有沉渣。凝土胶结不良，或略含有沉渣。 剖面在剖面在30.5m30.5m处波幅异常超处波幅异常超过临界值，可能是凝土胶结不良过临界值，可能是凝土胶结不良或略有塌孔。或略有塌孔。 如何总体评价如何总体评价 ？七七. . 跨孔声波透射检测基桩完整性实例跨孔声波透射检测基桩完整性实例4. 4. 有沉渣的桩检测实例有沉渣的桩检测实例 右图是右图是48m48m长的桩，桩底有长的桩，桩底有0.9m0.9m厚沉渣的桩。厚沉渣的桩。 桩底部位三个声测面的

43、声速、桩底部位三个声测面的声速、波幅异常值均超过临界值。波幅异常值均超过临界值。在在、剖面的剖面的15.5m15.5m处波幅异常处波幅异常略超过临界值，可能在声测管略超过临界值，可能在声测管b b靠靠近桩周边；或近桩周边；或abab、bcbc声测剖面靠声测剖面靠桩的周边处略存在缩径。桩的周边处略存在缩径。七七. . 跨孔声波透射检测基桩完整性实例跨孔声波透射检测基桩完整性实例 下图是下图是19.6m19.6m工程桩，三个声测面分别在工程桩，三个声测面分别在6.4m6.4m、7.4m7.4m、6.0m6.0m声速、波幅异声速、波幅异常均超过临界值，经对工程场地地质情况、成孔方式、混凝土浇灌记录，

44、常均超过临界值，经对工程场地地质情况、成孔方式、混凝土浇灌记录，和现场调查，确定是夹泥缺陷。开挖后证明推断结果是正确的，和现场调查，确定是夹泥缺陷。开挖后证明推断结果是正确的， 5. 5. 桩身存在夹泥缺陷的实例桩身存在夹泥缺陷的实例七七. . 跨孔声波透射检测基桩完整性实例跨孔声波透射检测基桩完整性实例开挖验证照片开挖验证照片6. 6. 桩身离析缺陷实例桩身离析缺陷实例 下图桩长下图桩长18m18m，在，在3.6m3.6m到到4.0m4.0m处声参量异常超过临界值，可确定存在缺处声参量异常超过临界值，可确定存在缺陷，经对桩的施工情况调查分析，结合地质情况，确定为离析缺陷。陷，经对桩的施工情况

45、调查分析，结合地质情况，确定为离析缺陷。 七七. . 跨孔声波透射检测基桩完整性实例跨孔声波透射检测基桩完整性实例开挖验证照片开挖验证照片 下图桩长下图桩长16m16m，在，在3.6m3.6m、4.0m4.0m处的异常超过临界值。桩径处的异常超过临界值。桩径1200mm1200mm，钻孔灌注桩水下灌注，地质情况是自地表向下为：黄土钻孔灌注桩水下灌注，地质情况是自地表向下为：黄土砂粒土砂粒土细细砂。缺陷在砂。缺陷在3.6m3.6m到到4.0m4.0m范围内范围内剖面、剖面、剖面声参量严重异常剖面声参量严重异常 7. 7. 桩身严重夹泥沙实例桩身严重夹泥沙实例 七七. . 跨孔声波透射检测基桩完整

46、性实例跨孔声波透射检测基桩完整性实例开挖验证照片开挖验证照片8. 8. 桩顶低强度区实例桩顶低强度区实例 右图是桩顶低强度区的检测实例，右图是桩顶低强度区的检测实例，桩长桩长33m33m 可见，桩身是完整的，但桩顶存在可见，桩身是完整的，但桩顶存在波幅异常超过临界值，声速无异常。波幅异常超过临界值，声速无异常。 由于只埋设一对声测管，可判断桩由于只埋设一对声测管，可判断桩顶混凝土不完整，存在部分浮浆、沉顶混凝土不完整，存在部分浮浆、沉渣、混凝土混合物，为低强度区。渣、混凝土混合物，为低强度区。 桩底在桩底在33m33m处声速、波幅异常急剧处声速、波幅异常急剧超过临界值，可判断存在沉渣。超过临界

47、值，可判断存在沉渣。七七. . 跨孔声波透射检测基桩完整性实例跨孔声波透射检测基桩完整性实例9. 9. 超长桩的检测实例超长桩的检测实例 右图桩长右图桩长114.2m114.2m、桩径、桩径2500mm2500mm。从图中可见从图中可见, ,桩身声速、波幅异常均桩身声速、波幅异常均没有超过临界值，抽芯和对芯样测声没有超过临界值，抽芯和对芯样测声速，芯样声速均在速，芯样声速均在4000m/s4000m/s以上。以上。 只在只在109.7m109.7m左右以下，六个声测左右以下，六个声测剖面的声速、波幅均超过临界值。怀剖面的声速、波幅均超过临界值。怀疑可能桩底的蜂窝造成声速下降，但疑可能桩底的蜂窝

48、造成声速下降，但抽芯芯样未见气孔，且实测声速较高。抽芯芯样未见气孔，且实测声速较高。 笔者进一步研究实测波形记录，笔者进一步研究实测波形记录，从波列图上可以观察到，开始浇灌混从波列图上可以观察到，开始浇灌混凝土，和第凝土，和第2 2到第到第4 4次浇灌混凝土形成次浇灌混凝土形成声时依次缩短的阶梯变化。声时依次缩短的阶梯变化。七七. . 跨孔声波透射检测基桩完整性实例跨孔声波透射检测基桩完整性实例 笔者进一步研究实测波形记录，从波列图上可以观察到，笔者进一步研究实测波形记录，从波列图上可以观察到，开始浇灌混凝土，和第开始浇灌混凝土，和第2 2到第到第4 4次浇灌混凝土形成声时依次缩短次浇灌混凝土

49、形成声时依次缩短的阶梯变化。的阶梯变化。 因此，有可能在面积达因此，有可能在面积达5m5m2 2的孔底，最初几次浇灌的混凝土的孔底，最初几次浇灌的混凝土在在114m114m长浇筑导管内下落，其巨大冲击，使混凝土和孔底沉渣长浇筑导管内下落，其巨大冲击，使混凝土和孔底沉渣形成不规则互层。桩的中心部位，处于浇筑导管口及其附近区形成不规则互层。桩的中心部位，处于浇筑导管口及其附近区域的混凝土是密实的，故抽芯芯样必然是完好的。域的混凝土是密实的，故抽芯芯样必然是完好的。 但是，对于跨孔声波透射，但是，对于跨孔声波透射，由于要穿过不规则的互层（也就由于要穿过不规则的互层（也就是高声速混凝土与低声速沉渣的是

50、高声速混凝土与低声速沉渣的互层），声时定会拉长，使声速互层），声时定会拉长，使声速下降。下降。 综合以上分析，图中所示的综合以上分析，图中所示的超长桩可以推定是基本完整桩。超长桩可以推定是基本完整桩。10. 10. 严重缩径检测实例严重缩径检测实例 右图是某高速路工程桩右图是某高速路工程桩埋设三根声测管，埋设三根声测管， 图中是图中是4.2-13.0m4.2-13.0m跨孔声跨孔声波透射波列图。波透射波列图。 可见可见ABAB、BCBC、CACA剖面，剖面，均在均在9.4-9.8m9.4-9.8m接收不到信号。接收不到信号。 由于缺少场地工程地质由于缺少场地工程地质勘查报告，对地质情况不了勘查

51、报告，对地质情况不了解，从波列图判断为严重缺解，从波列图判断为严重缺陷陷。 但抽芯验证的结果，芯但抽芯验证的结果，芯样完整，似乎成为误判。样完整，似乎成为误判。 七七. . 跨孔声波透射检测基桩完整性实例跨孔声波透射检测基桩完整性实例 再用反射波法检测，反射波信号如下图。明显在再用反射波法检测，反射波信号如下图。明显在9.4m9.4m处为缩径。后处为缩径。后在桩边重新抽芯，取到的芯样只有半个，证实为严重缩径。在桩边重新抽芯，取到的芯样只有半个，证实为严重缩径。 从这一实例表明，声波透射法对接收不到信号，或信号波幅很从这一实例表明，声波透射法对接收不到信号，或信号波幅很小、声时很长时，对缺陷的判

52、断要慎重，小、声时很长时，对缺陷的判断要慎重，要注重收集地质资料要注重收集地质资料，了解出现异常的部位的地层情况了解出现异常的部位的地层情况；还要进一步收集、；还要进一步收集、了解现场施了解现场施工过程的细节；工过程的细节； 应当注重采用反射波法验证测试。应当注重采用反射波法验证测试。10. 10. 严重缩径检测实例严重缩径检测实例10. 10. 严重缩径检测实例严重缩径检测实例11. 11. 断桩的实测记录断桩的实测记录右图是：右图是：桩长桩长72m72m、桩径、桩径1500mm1500mm三个声测剖面在三个声测剖面在43-46m43-46m处处 都出现声速和波幅均超过都出现声速和波幅均超过临界值，如此大范围的异临界值，如此大范围的异常，显然是出现塌孔造成常，显然是出现塌孔造成才断桩。才断桩。是二次浇灌面，的可能性是二次浇灌面，的可能性较大。较大。七七. . 跨孔声波透射检测基桩完整性实例跨孔声波透射检测基桩完整性实例12. 12. 声测管弯曲时的声测管弯曲时的 声测曲线声测曲线 声测管弯曲的部分为何声测管弯曲的部分为何声速提高，波幅会减小？声速提高，波幅会减小？两个换两个换能器之能器之间的距间的距离离两个换两个换能器的能器的夹角夹角接收换能接收换能器的波幅器的波幅 （dBdB） 15 00105.08105.08 15