基桩混凝土完整性检测

超声波透射法法检测基桩混混凝土完整性性第一讲超声波的基本本理论声波透射法的的基本原理基桩成孔后，，灌注混凝土土之前，在桩桩内预埋若干干根声测管作作为声波发射射和接收换能能器的通道，，在桩身混凝凝土灌注若干干天后开始检检测，用声波波检测仪沿桩桩的纵轴方向向以一定的间间距逐点检测测声波穿过桩桩身各横截面面的声学参数数,然后对这些检检测数据进行行处理、分析析和判断,确定桩身混凝凝土缺陷的位位置、范围、、程度，从而而推断桩身混混凝土的连续续性、完整性性和均匀性状状况，评定桩桩身完整性等等级。特点：准确程程度高，漏判概率低，，但可能出现现误判。声波的频率范范围次声波可闻声波超声波特超声波0~20Hz20Hz~20kHz20kHz~1000MHz1000MHz以上根据质点振动动方向与波的的传播方向不不同，可将机机械波分为纵纵波、横波和和表面波。纵波质点振动方向向与波的传播播方向一致的的波称为纵波波，又称为P波。是依靠介介质时疏时密密（即时而拉拉升，时而压压缩）使介质质的容积发生生变形引起压压强的变化而而传播的，它它和介质的体体积弹性有关关。任何弹性性介质都具有有体积弹性，，所以纵波可可以在任何固固体、气体、、液体中传播播。横波介质质点的振振动方向与波波的传播方向向垂直的波称称为横波，又又称为S波。是依靠使使介质产生剪剪切变形引起起的剪切力变变化而传播的的，它和介质质的剪切弹性性相关。由于于液体、气体体无一定形状状，不具备切切变弹性，不不能承受剪切切应力，所以以横波只能在在固体介质中中传播。表面波固体介质表面面受到交替变变化的表面张张力作用，介介质表面质点点发生相应的的纵向振动和和横向振动，，结果使质点点做这两种振振动的合成运运动，即绕其其平衡位置作作椭圆运动，，该质点的运运动又波及相相邻质点，而而在介质表面面传播，这种种波称为表面面波，又称R波。表面波传传播时，质点点振动的振幅幅随深度的增增加迅速减少少，当深度超超过2倍的波波长时，振幅幅已很小了。。表面波也只只能在固体中中传播。声波在固体传传播过程中的的衰减吸收衰减：声声波在介质中中传播时，部部分机械能被被介质转换成成其他形式的的能量（如热热能）而散失失，这种衰减减现象称为吸吸收衰减。散射衰减：声声波在一种介介质中传播时时，因碰到另另一种介质组组成的障碍物物而向不同方方向产生散射射，从而导致致声波减弱（（即声传播的的定向性减弱弱）的现象称称为散射衰减减。扩散衰减：声声波发射器发发出的超声波波波束都有一一定的扩散角角。波束的扩扩散，导致能能量的逐渐分分散，从而使使单位面积的的能量随传播播距离的增加加而减弱。第二讲检测测技技术术桩内跨孔透射射法桩内单孔透射射法桩外孔透射法法混凝土内部缺缺陷对声波波波速的影响接收声波波幅幅与混凝土质质量接收声波波幅幅是表征声波波穿过混凝土土后能量衰减减程度的指标标之一。接收收波幅值越低低，混凝土对对声波的衰减减就越大。根根据混凝土中中声波衰减的的原因可知，，当混凝土中中存在低强度度区、离析区区以及存在夹夹泥、蜂窝等等缺陷时，吸吸收衰减和散散射衰减增大大，使接收波波波幅明显下下降。幅值可可直接在接收收波上观察测测量，也可用用仪器中的衰衰减器测量，，测量时通常常以首波（即即接收信号的的前面半个周周期）的波幅幅为准。接收声波幅值值与混凝土质质量紧密相关关，它对缺陷陷区的反应比比声时值更为为敏感，所以以它也是缺陷陷判断的重要要参数之一。。频率变化与混混凝土质量声波脉冲是复复频波，具有有多种频率成成分。当它们们穿过混凝土土后，各频率率成分的衰减减程度不同，，高频部分比比低频部分衰衰减严重，因因而导致接收收信号的主频频率向低频端端漂移。其漂漂移的多少取取决于衰减因因素的严重程程度。所以，，接收波主频频率实质上是是介质衰减作作用的一个表表征量，当遇遇到缺陷时，，由于衰减严严重，使接收收波主频率明明显降低。波形的变化与与混凝土质量量由于声波脉冲冲在缺陷界面面的反射和折折射，形成波波线不同的波波束，这些波波束由于传播播路径不同，，或由于界面面上产生波形形转换而形成成横波等原因因，使得到达达接收换能器器的时间不同同，因而使接接收波成为许许多同相位或或不同相位波波束的叠加波波，导致波形形畸变。实践践证明，凡超超声脉冲在传传播过程中遇遇到缺陷，其其接收波形往往往产生畸变变，所以波形形畸变程度可可作为判断缺缺陷程度的参参考依据。正常声波畸变声波几种声学参数数的比较声速的测试值值较为稳定，，结果的重复复性较好，受受非缺陷因素素的影响小，，在同一桩的的不同剖面以以及同一工程程的不同桩之之间可以比较较，是判定混混凝土质量的的主要参数，，但声速对缺缺陷的敏感性性不及波幅。。接收波波幅（（首波幅值））对混凝土缺缺陷很敏感，，它是判定混混凝土质量的的另一个重要要参数。但波波幅的测试值值受仪器系统统性能、换能能器耦合状况况、测距等诸诸多非缺陷因因素的影响，，它的测试值值没有声速稳稳定，目前只只能用于相对对比较，在同同一桩的不同同剖面或不同同桩之间往往往无可比性。。接收波主频的的变化虽然能能反映声波在在混凝土中的的衰减状况，，从而间接反反映混凝土质质量的好坏，，但声波主频频的变化也受受测距、仪器器设备状态等等非缺陷因素素的影响，因因此在不同剖剖面以及不同同桩之间的可可比性不强，，只用于同一一剖面内各测测点的相对比比较，其测试试值也没有声声速稳定。因因此，目前主主频漂移指标标仅作为声速速、波幅的辅辅助判据。接收波形也是是反映混凝土土质量的一个个重要方面，，它对混凝土土内部的缺陷陷也较敏感，，在现场检测测时，除逐点点读取首波的的声时、波幅幅外，还应注注意观察整个个接收波形态态的变化，作作为声波透射射法对混凝土土质量进行综综合判定时的的一个重要的的参考，因为为接收波形是是透过两声测测管间混凝土土的声波能量量的一个总体体反映，它反反映了发、收收换能器之间间声波在混凝凝土各种声传传播路径上的的总体能量，，其影响区域域大于直达波波（首波）。。零声时问题电延迟时间：：从声波仪电电路原理可知知，发出触发发电脉冲并开开始计时的瞬瞬间到电脉冲冲开始作用到到压电体的时时刻，电路中中有些触发、、转换过程。。这些电路转转换过程有短短暂延迟的响响应。电声转换时间间：在电脉冲冲加到压电体体瞬间到产生生振动发出声声波瞬间有电电声转换的延延迟。接收换换能器也类似似。声延迟：换能能器中压电体体辐射出的声声波并不是直直接进入被测测体，而是先先通过换能器器壳体或夹心心式换能器的的辐射体，再再通过耦合介介质层，然后后才进入被测测体。这三部分延迟迟构成了仪器器测读时间t1与声波在被测测体中传播时时间t的差异。声波波在被测物体体中的传播时时间t=t1-t0零声时的测量量将发、收换能能器平行悬于于清水中，逐逐次改变两换换能器的间距距，并测定相相应声时和两两换能器间距距，做若干点点的声时—间间距线性回归归曲线，就可可求得t0t=t0+bּl波幅检测波幅是标志接接收换能器接接收到的声波波信号能量大大小的参量。。波幅的测量是是用某种指标标来度量接收收波首波波峰峰的高度，并并将它们作为为比较多个测测点声波信号号强弱的一种种相对指标。。目前在波幅幅测量中一般般都采用分贝贝（dB）表示法，即将将测点首波信信号峰值a与某一固定信信号量值a0的比值取对数数后的量值定定为该测点波波幅的分贝（（dB）值，表示为。。频率检测数字式声波仪仪都配有频域域分析软件，，可用频谱分分析的方法更更精确地测试试接收声波信信号的主频。。计算方法为FFT（傅立叶变换））。声测管的埋设设及要求现行规范：中中华人民共和和国行业标准准《建筑基桩桩检测技术规规程》JGJ-2003声测管的联结结有足够的强度度和刚度，保保证声测管不不致因受力而而弯折、脱开开；有足够的水密密性，在较高高的静水压力力下，不漏浆浆；接口内壁保持持平整通畅，，不应有焊渣渣、毛刺等凸凸出物，以免免妨碍接头的的上、下移动动。检测前的准备备工作按照《规范》》要求，安排排检测工作程程序。按照《规范》》要求，调查查、收集待检检工程及受检检桩的相关技技术资料和施施工记录。将伸出桩顶的的声测管切割割到同一标高高，测量管口口标高，作为为计算各测点点高程的基准准。向管内注入清清水，封口待待检。在放置换能器器前，先用直直径与换能器器略同的圆钢钢作吊绳。检检查声测管的的通畅情况。。用钢卷尺测量量桩顶面各声声测管之间外外壁净距。原则上，桩身身混凝土满28d龄期后进行声声波透射法检检测是最合理理的，也是最最可靠的。但但是，为了加加快工程建设设进度、缩短短工期，当采采用声波透射射法检测桩身身缺陷和判定定其完整性等等级时，可适适当将检测时时间提前。《规范》中规定：“当当采用低应变变法或声波透透射法检测桩桩身完整性时时，受检桩混混凝土强度至至少达到设计计强度的70%，且不小于15MPa。”，混凝土土达到28d强度的70%一般需要两周周左右的时间间。检测前对混凝凝土龄期的要要求平测步骤将多根声测管管以两根为一一个检测剖面面进行全组合合，剖面编码码。将发、收换能能器分别置于于某一剖面的的两声测管中中，并放至桩桩的底部，保保持相同标高高。自下而上将发发、收换能器器以相同的步步长（一般不不宜大于250mm）向上提升。在同一桩的各各检测剖面的的检测过程中中，声波发射射电压和仪器器设置参数应应保持不变。。测试方法平测单向斜测交叉斜测对可疑测点的的细测对可疑疑测点点，先先进行行加密密平测测（换换能器器提升升步长长为10~20cm），核核实可可疑点点的异异常情情况，，并确确定异异常部部位的的纵向向范围围。再用斜斜测法法对异异常点点缺陷陷的严严重情情况进进行进进一步步的探探测.斜测。。就是是让发发、收收换能能器保保持一一定的的高程程差，，在声声测管管内以以相同同步长长同步步升降降进行行测试试，而而不是是象平平测那那样让让发、、收换换能器器在检检测过过程中中始终终保持持相同同的高高程。。由于径径向换换能器器在铅铅垂面面上存存在指指向性性，因因此，，斜测测时，，发、、收换换能器器中心心连线线与水水平面面的夹夹角不不能太太大，，一般般可取取30°°～40°°。缺陷的的细测测第三讲讲检测数数据分分析与与结果果判定定测试数数据的的整理理首先计计算各各测点点波速速波幅频率波形记记录与与观察察绘制声声参数数～深深度曲曲线声速判判据概率法法声速低低限值值法声速临临界值值的计计算方方法将同一一检测测面各各测点点的声声速值值vi由大到到小依依次排排序，，即（1））式中vi——按序列列排列列后的的第i个测点点的声声速测测量值值；n———某检测测剖面面的测测点数数；k———逐一去去掉（（1）式vi序列尾尾部最最小数数值的的数据据个数数。对逐一一去掉掉vi序列中中最小小值后后余下下的数数据进进行统统计计计算，，当去去掉最最小数数值的的数据据个数数为k时，对对包括括vn-k在内的的余下下数据据v1~vn-k按下列列公式式进行行统计计计算算：v0——异常判判断值值；vm——（n-k）个数据据的平平均值值；sv———（n-k）个数数据据的的标标准准差差；；λ1———由表表查查得得的的与与（（n-k）相对对应应的的系系数数。（2））（3））（4））将vn-k与异异常常判判断断值值v0进行行比比较较，，当当vn-k≤v0时，，vn-k及其其以以后后的的数数据据均均为为异异常常，，去去掉掉vn-k及其其以以后后的的异异常常数数据据；；再再用用数数据据v1~vn-k-1并重重复复式式(2)至（（4）的的计计算算步步骤骤，，直直到到vi序列列中中余余下下的的全全部部数数据据满满足足：：声速速异异常常时时的的临临界界值值判判据据为为：：vi≤vc0（5））当式式（（5）成成立立时时，，声声速速可可判判定定为为异异常常。。概率率法法判判据据应应注注意意的的几几个个问问题题以一一个个剖剖面面的的所所有有测测点点测测值值为为统统计计样样本本，，且且测测点点总总数数不不少少于于20个点点，，当当桩桩长长很很短短时时，，可可减减小小测测点点间间距距，，加加大大测测试试点点数数。。由于临临界值值的计计算是是以正正常混混凝土土的声声速分分布服服从正正态分分布为为前提提，统统计计计算正正常波波动下下可能能出现现的最最低值值。因因此参参与统统计的的测点点都是是正常常波动动测点点，异异常点点不应应该参参与统统计计计算vm和sv，否则，，将使使计算算统计计的离离散度度增大大（sv变大）），平平均值值降低低（vm变小）），影影响临临界值值的合合理取取值。。若桩身身缺陷陷太多多，不不能获获得反反映桩桩身混混凝土土正常常波动动下测测值的的平均均值、、标准准差时时，应应扩大大检测测范围围或参参考同同一工工程质质量较较稳定定的桩桩的声声速临临界值值，来来评定定多缺缺陷桩桩。采用概概率法法计算算桩身身混凝凝土声声速临临界值值，只只考虑虑了单单边情情况，，即“小值异异常”情况，，其原原因如如下：：一方方面环环境条条件恶恶劣或或人为为失误误造成成的过过失误误差一一般只只会引引起混混凝土土质量量的恶恶化，，即声声速降降低，，而使使测点点的声声速向向小值值方向向偏离离正态态分布布；另另一方方面，，即使使出现现“大值异异常”，这样样的偏偏离是是有利利于工工程结结构安安全的的,不应判判为异异常点点。当声速速的某某些测测值明明显高高于混混凝土土声速速的正正常取取值时时，应应分析析原因因（可可能是是声测测管弯弯曲或或系统统延时时t0设置不不正确确）后后作适适当剔剔除，，再作作数理理统计计分析析，或或参考考同一一工程程其他他桩的的声速速临界界值。。概率法法本质质上也也是一一种相相对比比较法法，在在进行行异常常点的的鉴别别和缺缺陷的的判定定时，，应结结合测测点的的实际际声速速与正正常值值的偏偏离程程度以以及其其他声声参数数进行行综合合判定定。概率法法失效效如果一一混凝凝土灌灌注桩桩实测测声速速普遍遍偏低低（低低于混混凝土土声速速的正正常取取值）），但但离散散度小小，采采用概概率法法是无无法找找到异异常测测点的的，这这样将将导致致漏判判。有的工工程，，为了了抢进进度，，采用用比桩桩身混混凝土土设计计强度度高1~2个等级级的混混凝土土进行行灌注注，虽虽然桩桩身混混凝土土声速速有较较大的的离散散性，，可能能出现现异常常测点点，但但即使使是声声速最最低的的测点点也在在混凝凝土声声速的的正常常取值值范围围，不不应判判为桩桩身缺缺陷。。而用用概率率法判判据，，可能能视其其为桩桩身缺缺陷，，造成成误判判。声速低低限值值法vi<vLvi——第i测点的的声速速；vL——声速低低限值值，由由预留留同条条件混混凝土土试件件的抗抗压强强度与与声速速对比比试验验结果果，结结合本本地区区实际际经验验确定定。PSD法判据据Ki——第i测点的的PSD判据；；tci、tci-1——分别为为第i测点和和第i-1测点声声时；；zi、zi-1——分别为为第i测点和和第i-1测点深深度。。根据实实测声声时计计算某某一剖剖面各各测点点的PSD判据，，绘制制“判据值值～深深度”曲线，，然后后根据据PSD值在某某深度度处的的突变变，结结合波波幅变变化情情况，，进行行异常常点判判定。。采用用PSD法突出出了声声时的的变化化，对对缺陷陷较敏敏感，，同时时，也也减小小了因因声测测管不不平行行或混混凝土土不均均匀等等非缺缺陷因因素造造成的的测试试误差差对数数据分分析判判断的的影响响。波幅判判据在《规规范》》中采采用下下列方方法确确定波波幅临临界值值判据据：Am——同一检检测剖剖面各各测点点的波波幅平平均值值（dB）；n——同一检检测剖剖面测测点数数。主频判判据在《规规范》》中只只是把把它作作为桩桩身缺缺陷的的一个个辅助助判据据，即即“主频－－深度度曲线线上主主频值值明显显降低低的测测点可可判定定为异异常”。实测声声波波波形实测波波形可可以作作为判判断桩桩身混混凝土土缺陷陷的一一个参参。接接收波波的后后续部部分是是发、、收换换能器器之间间各种种路径径声波波迭加加的结结果，，目前前作定定量分分析比比较难难，但但后续续波的的强弱弱在一一定程程度上上反映映了发发、收收换能能器之之间声声波在在桩身身混凝凝土内内各种种声传传播路路径上上总的的能量量衰减减。在在检测测过程程中应应注意意对测测点实实测波波形的的观察察，应应选择择混凝凝土质质量正正常的的测点点的有有代表表性的的波形形记录录下来来并打打印输输出，，对声声参数数异常常的测测点的的实测测波形形应注注意观观察其其后续续波的的强弱弱，对对确认认桩身身缺陷陷的测测点宜宜记录录并打打印实实测波波形。。桩身混混凝土土缺陷陷的综综合判判定在《规规范》》中第第10.4.7条明确确指出出：桩桩身完完整性性类别别应结结合桩桩身混混凝土土各声声学参参数临临界值值、PSD判据、、混凝凝土声声速低低限值值以及及桩身身质量量可疑疑点加加密测测试后后确定定的缺缺陷范范围，，按规规范表表3.5.1的规定定和表表10.4.7的特征征进行行综合合判定定。综合判判定的的方法法采用平平测法法对桩桩的各各检测测剖面面进行行全面面普查查。对各检检测剖剖面的的测试试结果果进行行综合合分析析确定定异常常测点点。对各剖剖面的的异常常测点点进行行细测测（加加密测测试））。综合各各个检检测剖剖面细细测的的结果果推断断桩身身缺陷陷的范范围和和程度度。在对缺缺陷的的几何何范围围和程程度作作出推推断后后，对对桩身身完整整性类类别的的判定定可按按表4-2描述的的各种种类别别桩的的特征征进行行，但但还需需综合合考察察下列列因素素：桩桩的承承载机机理（（摩擦擦型或或端承承型）），桩桩的设设计荷荷载要要求，，受荷荷状况况（抗抗压、、抗拔拔、抗抗水平平力等等），，基础础类型型（单单桩承承台或或群桩桩承台台），，缺陷陷出现现的部部位（（桩上上部、、中部部还是是桩底底）等等等。。类别特征表10.4.7表3.5.1Ⅰ各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常。桩身完整Ⅱ某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常，无声速低于低限值异常。桩身有轻微缺陷，不会影响桩身结构承载力的正常发挥

Ⅲ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同一深度测点的声学参数出现异常；局部混凝土声速出现低于低限值异常。桩身有明显缺陷，对桩身结构承载力有影响

Ⅳ某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现明显异常；两个或两个以上检测剖面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值异常或无法检测首波或声波接收信号严重畸变。桩身存在严重缺陷常见缺缺陷性性质与与声学学参数数的关关系沉渣：：沉渣渣是松松散介介质，，其本本身声声速很很低，，对声声波的的衰减减也相相当剧剧烈，，所以以凡遇遇到沉沉渣，，必然然是声声速和和振幅幅均剧剧烈下下降。。通常常在桩桩底出出现这这种情情况多多属沉沉渣所所引起起。夹泥：这这类缺陷陷多由浇浇注导管管提升不不当造成成，若在在桩身就就是断桩桩；若在在桩顶就就是桩顶顶标高不不够。其其特点也也是声速速和振幅幅均明显显下降。。只不过过出现在在桩身时时往往是是突变，，在桩顶顶是缓变变。若桩桩顶缓变变低到某某一界限限（可根根据波速速值确定定这一界界限），，其以上上部位应应截桩，，根据应应截桩的的标高可可判定桩桩顶标高高是否够够。混凝土被被洗浆：：若是挖挖孔桩出出现各断断面均测测值异常常的层状状缺陷，，则往往往是施工工中的事事故引起起的疏松松层或桩桩孔中沁沁水控制制不好或或混凝土土浇注后后泌水过过大所致致。孔壁坍塌塌或泥团团：声速速与振幅幅均下降降，但下下降多少少则视缺缺陷情况况而定。。如果是是局部的的泥团，，并未包包裹声测测管，则则下降的的程度并并不很大大；如果果泥团包包裹声测测管，则则下降程程度较大大，特别别是振幅幅的下降降更为剧剧