基桩混凝土完整性检测

超声波透射法检测基桩混凝土完整性第一讲超声波的基本理论声波透射法的基本原理基桩成孔后，灌注混凝土之前，在桩内预埋若干根声测管作为声波发射和接收换能器的通道，在桩身混凝土灌注若干天后开始检测，用声波检测仪沿桩的纵轴方向以一定的间距逐点检测声波穿过桩身各横截面的声学参数,然后对这些检测数据进行处理、分析和判断,确定桩身混凝土缺陷的位置、范围、程度，从而推断桩身混凝土的连续性、完整性和均匀性状况，评定桩身完整性等级。特点：准确程度高，漏判概率低，但可能出现误判。声波的频率范围次声波可闻声波超声波特超声波0~20Hz20Hz~20kHz20kHz~1000MHz1000MHz以上根据质点振动方向与波的传播方向不同，可将机械波分为纵波、横波和表面波。

纵波质点振动方向与波的传播方向一致的波称为纵波，又称为P波。是依靠介质时疏时密（即时而拉升，时而压缩）使介质的容积发生变形引起压强的变化而传播的，它和介质的体积弹性有关。任何弹性介质都具有体积弹性，所以纵波可以在任何固体、气体、液体中传播。横波介质质点的振动方向与波的传播方向垂直的波称为横波，又称为S波。是依靠使介质产生剪切变形引起的剪切力变化而传播的，它和介质的剪切弹性相关。由于液体、气体无一定形状，不具备切变弹性，不能承受剪切应力，所以横波只能在固体介质中传播。

表面波固体介质表面受到交替变化的表面张力作用，介质表面质点发生相应的纵向振动和横向振动，结果使质点做这两种振动的合成运动，即绕其平衡位置作椭圆运动，该质点的运动又波及相邻质点，而在介质表面传播，这种波称为表面波，又称R波。表面波传播时，质点振动的振幅随深度的增加迅速减少，当深度超过2倍的波长时，振幅已很小了。表面波也只能在固体中传播。

声波在固体传播过程中的衰减

吸收衰减：声波在介质中传播时，部分机械能被介质转换成其他形式的能量（如热能）而散失，这种衰减现象称为吸收衰减。

散射衰减：声波在一种介质中传播时，因碰到另一种介质组成的障碍物而向不同方向产生散射，从而导致声波减弱（即声传播的定向性减弱）的现象称为散射衰减。

扩散衰减：声波发射器发出的超声波波束都有一定的扩散角。波束的扩散，导致能量的逐渐分散，从而使单位面积的能量随传播距离的增加而减弱。第二讲检测技术桩内跨孔透射法

桩内内单单孔孔透透射射法法桩外外孔孔透透射射法法混凝凝土土内内部部缺缺陷陷对对声声波波波波速速的的影影响响接收收声声波波波波幅幅与与混混凝凝土土质质量量接收收声声波波波波幅幅是是表表征征声声波波穿穿过过混混凝凝土土后后能能量量衰衰减减程程度度的的指指标标之之一一。。接接收收波波幅幅值值越越低低，，混混凝凝土土对对声声波波的的衰衰减减就就越越大大。。根根据据混混凝凝土土中中声声波波衰衰减减的的原原因因可可知知，，当当混混凝凝土土中中存存在在低低强强度度区区、、离离析析区区以以及及存存在在夹夹泥泥、、蜂蜂窝窝等等缺缺陷陷时时，，吸吸收收衰衰减减和和散散射射衰衰减减增增大大，，使使接接收收波波波波幅幅明明显显下下降降。。幅幅值值可可直直接接在在接接收收波波上上观观察察测测量量，，也也可可用用仪仪器器中中的的衰衰减减器器测测量量，，测测量量时时通通常常以以首首波波（（即即接接收收信信号号的的前前面面半半个个周周期期））的的波波幅幅为为准准。。接收收声声波波幅幅值值与与混混凝凝土土质质量量紧紧密密相相关关，，它它对对缺缺陷陷区区的的反反应应比比声声时时值值更更为为敏敏感感，，所所以以它它也也是是缺缺陷陷判判断断的的重重要要参参数数之之一一。。频率变化化与混凝凝土质量量声波脉冲冲是复频频波，具具有多种种频率成成分。当当它们穿穿过混凝凝土后，，各频率率成分的的衰减程程度不同同，高频频部分比比低频部部分衰减减严重，，因而导导致接收收信号的的主频率率向低频频端漂移移。其漂漂移的多多少取决决于衰减减因素的的严重程程度。所所以，接接收波主主频率实实质上是是介质衰衰减作用用的一个个表征量量，当遇遇到缺陷陷时，由由于衰减减严重，，使接收收波主频频率明显显降低。。波形的变变化与混混凝土质质量由于声波波脉冲在在缺陷界界面的反反射和折折射，形形成波线线不同的的波束，，这些波波束由于于传播路路径不同同，或由由于界面面上产生生波形转转换而形形成横波波等原因因，使得得到达接接收换能能器的时时间不同同，因而而使接收收波成为为许多同同相位或或不同相相位波束束的叠加加波，导导致波形形畸变。。实践证证明，凡凡超声脉脉冲在传传播过程程中遇到到缺陷，，其接收收波形往往往产生生畸变，，所以波波形畸变变程度可可作为判判断缺陷陷程度的的参考依依据。正常声声波畸变声声波几种声声学参参数的的比较较声速的的测试试值较较为稳稳定，，结果果的重重复性性较好好，受受非缺缺陷因因素的的影响响小，，在同同一桩桩的不不同剖剖面以以及同同一工工程的的不同同桩之之间可可以比比较，，是判判定混混凝土土质量量的主主要参参数，，但声声速对对缺陷陷的敏敏感性性不及及波幅幅。接收波波波幅幅（首首波幅幅值））对混混凝土土缺陷陷很敏敏感，，它是是判定定混凝凝土质质量的的另一一个重重要参参数。。但波波幅的的测试试值受受仪器器系统统性能能、换换能器器耦合合状况况、测测距等等诸多多非缺缺陷因因素的的影响响，它它的测测试值值没有有声速速稳定定，目目前只只能用用于相相对比比较，，在同同一桩桩的不不同剖剖面或或不同同桩之之间往往往无无可比比性。。接收波波主频频的变变化虽虽然能能反映映声波波在混混凝土土中的的衰减减状况况，从从而间间接反反映混混凝土土质量量的好好坏，，但声声波主主频的的变化化也受受测距距、仪仪器设设备状状态等等非缺缺陷因因素的的影响响，因因此在在不同同剖面面以及及不同同桩之之间的的可比比性不不强，，只用用于同同一剖剖面内内各测测点的的相对对比较较，其其测试试值也也没有有声速速稳定定。因因此，，目前前主频频漂移移指标标仅作作为声声速、、波幅幅的辅辅助判判据。。接收波波形也也是反反映混混凝土土质量量的一一个重重要方方面，，它对对混凝凝土内内部的的缺陷陷也较较敏感感，在在现场场检测测时，，除逐逐点读读取首首波的的声时时、波波幅外外，还还应注注意观观察整整个接接收波波形态态的变变化，，作为为声波波透射射法对对混凝凝土质质量进进行综综合判判定时时的一一个重重要的的参考考，因因为接接收波波形是是透过过两声声测管管间混混凝土土的声声波能能量的的一个个总体体反映映，它它反映映了发发、收收换能能器之之间声声波在在混凝凝土各各种声声传播播路径径上的的总体体能量量，其其影响响区域域大于于直达达波（（首波波）。。零声时时问题题电延迟迟时间间：从从声波波仪电电路原原理可可知，，发出出触发发电脉脉冲并并开始始计时时的瞬瞬间到到电脉脉冲开开始作作用到到压电电体的的时刻刻，电电路中中有些些触发发、转转换过过程。。这些些电路路转换换过程程有短短暂延延迟的的响应应。电声转转换时时间：：在电电脉冲冲加到到压电电体瞬瞬间到到产生生振动动发出出声波波瞬间间有电电声转转换的的延迟迟。接接收换换能器器也类类似。。声延迟迟：换换能器器中压压电体体辐射射出的的声波波并不不是直直接进进入被被测体体，而而是先先通过过换能能器壳壳体或或夹心心式换换能器器的辐辐射体体，再再通过过耦合合介质质层，，然后后才进进入被被测体体。这三部部分延延迟构构成了了仪器器测读读时间间t1与声波波在被被测体体中传传播时时间t的差异异。声声波在在被测测物体体中的的传播播时间间t=t1-t0零声时时的测测量将发、、收换换能器器平行行悬于于清水水中，，逐次次改变变两换换能器器的间间距，，并测测定相相应声声时和和两换换能器器间距距，做做若干干点的的声时时—间间距线线性回回归曲曲线，，就可可求得得t0t=t0+bּl波幅检检测波幅是是标志志接收收换能能器接接收到到的声声波信信号能能量大大小的的参量量。波幅的的测量量是用用某种种指标标来度度量接接收波波首波波波峰峰的高高度，，并将将它们们作为为比较较多个个测点点声波波信号号强弱弱的一一种相相对指指标。。目前前在波波幅测测量中中一般般都采采用分分贝（（dB）表示法法，即即将测测点首首波信信号峰峰值a与某一一固定定信号号量值值a0的比值值取对对数后后的量量值定定为该该测点点波幅幅的分分贝（（dB）值，表表示为为。。频率检检测数字式式声波波仪都都配有有频域域分析析软件件，可可用频频谱分分析的的方法法更精精确地地测试试接收收声波波信号号的主主频。。计算方方法为为FFT（傅立叶叶变换换）。。声测管管的埋埋设及及要求求现行规规范：：中华华人民民共和和国行行业标标准《《建筑筑基桩桩检测测技术术规程程》JGJ-2003声测管的联联结有足够的强强度和刚度度，保证声声测管不致致因受力而而弯折、脱脱开；有足够的水水密性，在在较高的静静水压力下下，不漏浆浆；接口内壁保保持平整通通畅，不应应有焊渣、、毛刺等凸凸出物，以以免妨碍接接头的上、、下移动。。检测前的准准备工作按照《规范范》要求，，安排检测测工作程序序。按照《规范范》要求，，调查、收收集待检工工程及受检检桩的相关关技术资料料和施工记记录。将伸出桩顶顶的声测管管切割到同同一标高，，测量管口口标高，作作为计算各各测点高程程的基准。。向管内注入入清水，封封口待检。。在放置换能能器前，先先用直径与与换能器略略同的圆钢钢作吊绳。。检查声测测管的通畅畅情况。用钢卷尺测测量桩顶面面各声测管管之间外壁壁净距。原则上，桩桩身混凝土土满28d龄期后进行行声波透射射法检测是是最合理的的，也是最最可靠的。。但是，为为了加快工工程建设进进度、缩短短工期，当当采用声波波透射法检检测桩身缺缺陷和判定定其完整性性等级时，，可适当将将检测时间间提前。《规范》中规定：““当采用低低应变法或或声波透射射法检测桩桩身完整性性时，受检检桩混凝土土强度至少少达到设计计强度的70%，且不小于于15MPa。”，混凝凝土达到28d强度的70%一般需要两两周左右的的时间。检测前对混混凝土龄期期的要求平测步骤将多根声测测管以两根根为一个检检测剖面进进行全组合合，剖面编编码。将发、收换换能器分别别置于某一一剖面的两两声测管中中，并放至至桩的底部部，保持相相同标高。。自下而上将将发、收换换能器以相相同的步长长（一般不不宜大于250mm）向上提升。。在同一桩的的各检测剖剖面的检测测过程中，，声波发射射电压和仪仪器设置参参数应保持持不变。测试方法平测单向斜测交叉斜测对可疑测点点的细测对可疑测点点，先进行行加密平测测（换能器器提升步长长为10~20cm），核实可可疑点的异异常情况，，并确定异异常部位的的纵向范围围。再用斜测法法对异常点点缺陷的严严重情况进进行进一步步的探测.斜测。就是是让发、收收换能器保保持一定的的高程差，，在声测管管内以相同同步长同步步升降进行行测试，而而不是象平平测那样让让发、收换换能器在检检测过程中中始终保持持相同的高高程。由于于径径向向换换能能器器在在铅铅垂垂面面上上存存在在指指向向性性，，因因此此，，斜斜测测时时，，发发、、收收换换能能器器中中心心连连线线与与水水平平面面的的夹夹角角不不能能太太大大，，一一般般可可取取30°°～40°°。缺陷陷的的细细测测第三三讲讲检测测数数据据分分析析与与结结果果判判定定测试试数数据据的的整整理理首先先计计算算各各测测点点波波速速波幅幅频率率波形形记记录录与与观观察察绘制制声声参参数数～～深深度度曲曲线线声速速判判据据概率率法法声速速低低限限值值法法声速速临临界界值值的的计计算算方方法法将同同一一检检测测面面各各测测点点的的声声速速值值vi由大大到到小小依依次次排排序序，，即即（1））式中中vi———按序序列列排排列列后后的的第第i个测测点点的的声声速速测测量量值值；；n————某检检测测剖剖面面的的测测点点数数；；k————逐一一去去掉掉（（1）式式vi序列列尾尾部部最最小小数数值值的的数数据据个个数数。。对逐逐一一去去掉掉vi序列列中中最最小小值值后后余余下下的的数数据据进进行行统统计计计计算算，，当当去去掉掉最最小小数数值值的的数数据据个个数数为为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）个数据据的标标准差差；λ1——由表查查得的的与（（n-k）相对应应的系系数。（2））（3））（4））将vn-k与异常常判断断值v0进行比比较，，当vn-k≤v0时，vn-k及其以以后的的数据据均为为异常常，去去掉vn-k及其以以后的的异常常数据据；再再用数数据v1~vn-k-1并重复复式(2)至（4）的计计算步步骤，，直到到vi序列中中余下下的全全部数数据满满足：：声速异异常时时的临临界值值判据据为：：vi≤vc0（5））当式（（5）成立立时，，声速速可判判定为为异常常。概率法法判据据应注注意的的几个个问题题以一个个剖面面的所所有测测点测测值为为统计计样本本，且且测点点总数数不少少于20个点，，当桩桩长很很短时时，可可减小小测点点间距距，加加大测测试点点数。。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“大值异常”，这样的偏偏离是有利利于工程结结构安全的的,不应判为异异常点。当声速的某某些测值明明显高于混混凝土声速速的正常取取值时，应应分析原因因（可能是是声测管弯弯曲或系统统延时t0设置不正确确）后作适适当剔除，，再作数理理统计分析析，或参考考同一工程程其他桩的的声速临界界值。概率法本质质上也是一一种相对比比较法，在在进行异常常点的鉴别别和缺陷的的判定时，，应结合测测点的实际际声速与正正常值的偏偏离程度以以及其他声声参数进行行综合判定定。概率法失效效如果一混凝凝土灌注桩桩实测声速速普遍偏低低（低于混混凝土声速速的正常取取值），但但离散度小小，采用概概率法是无无法找到异异常测点的的，这样将将导致漏判判。有的工程，，为了抢进进度，采用用比桩身混混凝土设计计强度高1~2个等级的混混凝土进行行灌注，虽虽然桩身混混凝土声速速有较大的的离散性，，可能出现现异常测点点，但即使使是声速最最低的测点点也在混凝凝土声速的的正常取值值范围，不不应判为桩桩身缺陷。。而用概率率法判据，，可能视其其为桩身缺缺陷，造成成误判。声速低限值值法vi<vLvi——第i测点的声速速；vL——声速低限值值，由预留留同条件混混凝土试件件的抗压强强度与声速速对比试验验结果，结结合本地区区实际经验验确定。PSD法判据Ki——第i测点的PSD判据；tci、tci-1——分别为第i测点和第i-1测点声时；；zi、zi-1——分别为第i测点和第i-1测点深度。。根据实测声声时计算某某一剖面各各测点的PSD判据，绘制制“判据值～深深度”曲线，然后后根据PSD值在某深度度处的突变变，结合波波幅变化情情况，进行行异常点判判定。采用用PSD法突出了声声时的变化化，对缺陷陷较敏感，，同时，也也减小了因因声测管不不平行或混混凝土不均均匀等非缺缺陷因素造造成的测试试误差对数数据分析判判断的影响响。波幅判据在《规范》》中采用下下列方法确确定波幅临临界值判据据：Am——同一检测剖剖面各测点点的波幅平平均值（dB）；n——同一检测剖剖面测点数数。主频判据在《规范范》中只只是把它它作为桩桩身缺陷陷的一个个辅助判判据，即即“主频－深深度曲线线上主频频值明显显降低的的测点可可判定为为异常”。实测声波波波形实测波形形可以作作为判断断桩身混混凝土缺缺陷的一一个参。。接收波波的后续续部分是是发、收收换能器器之间各各种路径径声波迭迭加的结结果，目目前作定定量分析析比较难难，但后后续波的的强弱在在一定程程度上反反映了发发、收换换能器之之间声波波在桩身身混凝土土内各种种声传播播路径上上总的能能量衰减减。在检检测过程程中应注注意对测测点实测测波形的的观察，，应选择择混凝土土质量正正常的测测点的有有代表性性的波形形记录下下来并打打印输出出，对声声参数异异常的测测点的实实测波形形应注意意观察其其后续波波的强弱弱，对确确认桩身身缺陷的的测点宜宜记录并并打印实实测波形形。桩身混凝凝土缺陷陷的综合合判定在《规范范》中第第10.4.7条明确指指出：桩桩身完整整性类别别应结合合桩身混混凝土各各声学参参数临界界值、PSD判据、混混凝土声声速低限限值以及及桩身质质量可疑疑点加密密测试后后确定的的缺陷范范围，按按规范表表3.5.1的规定和和表10.4.7的特征进进行综合合判定。。综合判定定的方法法采用平测测法对桩桩的各检检测剖面面进行全全面普查查。对各检测测剖面的的测试结结果进行行综合分分析确定定异常测测点。对各剖面面的异常常测点进进行细测测（加密密测试））。综合各个个检测剖剖面细测测的结果果推断桩桩身缺陷陷的范围围和程度度。在对缺陷陷的几何何范围和和程度作作出推断断后，对对桩身完完整性类类别的判判定可按按表4-2描述的各各种类别别桩的特特征进行行，但还还需综合合考察下下列因素素：桩的的承载机机理（摩摩擦型或或端承型型），桩桩的设计计荷载要要求，受受荷状况况（抗压压、抗拔拔、抗水水平力等等），基基础类型型（单桩桩承台或或群桩承承台），，缺陷出出现的部部位（桩桩上部、、中部还还是桩底底）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陷陷性质与与声学参参数的关关系沉渣：沉沉渣是松松散介质质，其本本身声速速很低，，对声波波的衰减减也相当当剧烈，，所以凡凡遇到沉沉渣，必必然是声声速和振振幅均剧剧烈下降降。通常常在桩底底出现这这种情况况多属沉沉渣所引引起。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