超声波法检测基桩完整性

超声波法检测基桩完整性超声波法检测基桩完整性第1页桩身缺点会引发基础失稳。必须在结构施工前找出并处理缺点桩。桩基础，主要基础型式，地下隐蔽工程，承受建筑物全部荷载并将其传递给地基，基桩质量好坏直接关系到建筑物安全。声波透射法是基桩低应变无损检测中最为有效方法。超声波法检测基桩完整性超声波法检测基桩完整性第2页超声波法检测基桩完整性基桩分类基桩工程常见质量问题声波透射法基础原理仪器设备现场检测技术方法及影响原因数据分析处理与汇报编写工程实例CT成像技术超声波法检测基桩完整性第3页桩基分类挤土桩个别挤土桩非挤土桩按成桩方法对土层影响分按桩材分木桩混凝土桩钢桩组合桩按功效分抗轴压桩：摩擦桩、端承桩、端承摩擦桩抗剪桩抗拔桩按成桩方法分打入桩就地灌注桩静压桩螺旋桩喷粉桩或搅拌桩不一样类型桩，可能出现质量问题不一样超声波法检测基桩完整性第4页超声波法检测基桩完整性基桩分类基桩工程常见质量问题声波透射法基础原理仪器设备现场检测技术方法及影响原因数据分析处理与汇报编写工程实例CT成像技术超声波法检测基桩完整性第5页基桩工程常见质量问题1.沉管灌注桩：锤击、振动、压力沉管（质量不稳定，故障率高）极易振断初凝邻桩，软件硬土层交界处尤重桩距小于三倍桩径，使初凝砼拉裂拔管过快，淤泥层易缩颈动水压力作用，冒水桩演变成断桩振动沉管用活瓣桩尖张开不灵活，砼下落不畅，断桩或密实度差预制桩尖被卡住，吊脚桩超声波法检测基桩完整性第6页基桩工程常见质量问题2.冲、钻孔灌注桩：地下水位较高场地，冲抓式、冲击式、回转钻式、潜钻式，成孔过程泥浆护壁，采取带隔水栓导管水下浇灌砼浇灌砼不连续，隔水层凝固，后结砼无法下灌，上拔导管，泥浆进入形成断桩；若冲破隔水层，造成桩身局部低劣砼。桩径过小（<600mm），砼上升不畅，易堵管，形成断桩或钢筋笼上浮泥浆比重不妥，孔壁易坍塌清孔不洁净，孔底沉渣太厚，影响桩端承载力发挥砼和易性不好，易离析导管连接处漏水，形成断桩超声波法检测基桩完整性第7页基桩工程常见质量问题3.人工挖孔灌注桩：地下水丰富场地采取时，易发生以下质量问题

地下水渗流严重土层，护壁易崩塌。

土层出现流砂或有动水压力时，泥土随水涌出，护壁与土体脱空或引发孔形不规则

边挖孔边抽水，护壁易产生裂缝

孔较深时，不采取导管浇灌砼，砼自由下落易离析

孔底水不易抽干或未抽干时浇灌，桩尖砼被稀释，降低桩端承载力超声波法检测基桩完整性第8页基桩工程常见质量问题水下混凝土灌桩灌注过程:混凝土经过导管注入，顶托封口混凝土或砂浆，排出孔中水，逐步灌满桩孔。灌注桩成型超声波法检测基桩完整性第9页干孔混凝土灌注桩灌注过程:混凝土经过导流管灌入，直至灌满。干孔灌注基桩工程常见质量问题超声波法检测基桩完整性第10页基桩工程常见质量问题断桩（全断面夹泥或夹砂）局部截面夹泥或颈缩桩底沉渣集中性气孔分散性泥团及“蜂窝”状缺点桩头低强区一.水下混凝土灌注桩常见缺点:超声波法检测基桩完整性第11页基桩工程常见质量问题二.干孔灌注桩常见缺点:因地下水涌入而形成混凝土层状离析，严重时成断桩。混凝土局部严重离析。因护筒渗漏而形成局部夹泥或“蜂窝”状缺点。桩底沉渣。人为原因造成质量缺点超声波法检测基桩完整性第12页超声波法检测基桩完整性基桩分类基桩工程常见质量问题声波透射法基础原理仪器设备现场检测技术方法及影响原因数据分析处理与汇报编写工程实例CT成像技术超声波法检测基桩完整性第13页声波透射法基础原理

经常看到从事声波透射法检测基桩完整性同志，对测试声参量分析判断，力不从心，难下结论，十分尴尬。出现这种局面原因可归纳为：对声波普通传输规律掌握不好；不重视掌握施工过程相关资料（如对灌注桩成孔、成桩工艺及工艺过程、工程地质资料、水文地质资料等）；缺乏经验。在此咱们先说说声波普通传输规律问题，因为你不掌握它，也就无法对混凝土中一些匀质性很差、有缺点部位混凝土声波传输规律全方面了解，从而不得其解。超声波法检测基桩完整性第14页声波透射法基础原理

声学理论要系统学起来，内容太多，但把它一些主要、结论性内容加以掌握和利用，还是能够处理问题，现在就按这么一个标准来叙述。（一）声波性质

超声波是一个机械波。也就是弹性介质内质点弹性振动引发波动。混凝土声波检测主要应用纵波，即质点振动和传输方向相同一个波动形式（另一个是传输方向与振动方向相垂直称为横波，暂不叙述）。超声波法检测基桩完整性第15页（二）声波传输速度由理论计算，可知无限体纵波声速VP以下式（1）式中E为弹性模量，σ为泊松比，ρ为密度。普通混凝土密度大约在2400kg/m,泊松比约为0.23左右，弹性模量约在3.84×104MPa左右。灌注桩因为生产特殊性，其纵波声速：水下灌注在4000m/s上下;干作业灌注在4000－4500m/s。

声波透射法基础原理超声波法检测基桩完整性第16页声波透射法基础原理普通情况:优质、致密、坚硬混凝土声速高；振捣不匀、疏松、有缺点混凝土声速低。混凝土声速与混凝土强度关系比较复杂，我国相关科研单位研究结果表明，其影响原因与石子材质、粒径、养护条件相关。所以，在基桩完整性检测中，用声速直接确定混凝土强度是困难，甚至是不科学。不过，由上所述，最少能够依据混凝土石子级配、石子岩性、种类等，对混凝土声速量级有一个初步预计，方便指导测试正常进行。超声波法检测基桩完整性第17页声波透射法基础原理（三）声波在灌注桩中传输及特点

（声波折射、反射、绕射、叠加）（1）声波折射─关于斯奈尔（Snell）定律均匀介质中,声波按着发射时方向，一往无前向前传输。超声波法检测基桩完整性第18页声波透射法基础原理

产生上述折射先决条件是：界面两边介质声速C和介质密度ρ乘积不相等，这就是Snell定律。图1声波传输

当介质不均匀，比如混凝土中存在一个夹层,如图1中2。当纵波P由介质1入射到夹层2时，在1－2分界面处会产生折射纵波PP,夹层2内纵波PP传输到另一个分界面2－1时，一样要产生折射波PPP,并进入介质1（在1－2界面和2－1界面，同时还有折射横波PS、PPS，暂不加讨论）。超声波法检测基桩完整性第19页声波透射法基础原理

图中介质1声速为C1，夹层声速为C2，P波入射角为a、折射角为b，由Snell定律可知入射角a、折射角b有下例关系：由此可见，不均匀介质内，因为折射出现，声波传输路径加长，假如夹层又是低声速，声时会更为加大，这时所测声速会降低。

图1声波传输超声波法检测基桩完整性第20页声波透射法基础原理混凝土灌注桩，在灌注过程中，因振捣不均、漏振、完全没有振捣、塌孔夹泥、离析等均会出现类似夹层而使声速降低，波幅下降、波形畸变.超声波法检测基桩完整性第21页声波透射法基础原理（2）声波反射

当混凝土不均匀，存在一个分界面（如二次浇灌面、振捣不均、漏振、完全没有振捣、离析、夹泥、异物等与正常混凝土分界面）如图2，界面两边声速C与密度ρ乘积不相等时，入射P波，在界面处产生反射波PP。（上层介质1声速为C1，下层介质声速为C2）一样,依据Snell定律，可知入射角与反射角是相等（反射也会产生横波PS,暂不加叙述）。图2声波反射超声波法检测基桩完整性第22页声波透射法基础原理

（3）声波绕射—关于惠更斯原理惠更斯原理说是：弹性介质中，在某一时刻t，声波波前上全部点，均可视为该时刻开始振动新点振源，各点振源产生新球面波，这些球面波经t+∆t后，波前包络迭加组合，形成新球面波前，如此循环不已。图3声波绕射超声波法检测基桩完整性第23页声波透射法基础原理（4）声波叠加─叠加定律

在声波传输过程中，有时从不一样路径传输声波先后抵达接收点，如图4中混凝土缺点部位绕射、折射、屡次反射声波。这些不一样路径来声波脉冲，在接收点将按照到来先后时间次序，叠加成新脉冲声波，这就是叠加定律。不一样路径到来波，叠加结果，会使接收波形复杂、畸变。图4声波叠加超声波法检测基桩完整性第24页声波透射法基础原理（四）声波波幅衰减在混凝土中声波波幅与混凝土内部结构特征相关关系是有一定规律，故波幅成为可用声参量。声波在传输过程中，质点振动幅度，伴随传输距离延伸，而逐步减小，也就是波幅衰减，其规律以下：超声波法检测基桩完整性第25页声波透射法基础原理由此可见，声波是按指数规律衰减。衰减系数α与介质物理性能相关。致密混凝土衰减小；疏松混凝土衰减大；不均匀混凝土衰减大；有缺点混凝土，因绕射、折射、反射，使得声传输距离拉长衰减会大。式中：

Am——

发射点波幅

A——

为传输了L距离后接收点波幅

e——

为自然对数底

α——

为声衰减系数超声波法检测基桩完整性第26页声波透射法基础原理

衰减系数α与脉冲声波频率相关，大致和频率一次方或二次方相关，当脉冲声波频率很高时，声波波长小于混凝土骨料粒径时，会出现“散射”，即声波被颗粒状骨料乱反射，而不能继续向前传输，这时衰减系数与频率四次方成正比。可见，掌握基础声学原理，会对声波测试所得到得声时、波幅、波形、声信号频率，来分析判断混凝土缺点，会有很大帮助。超声波法检测基桩完整性第27页混凝土声学参数与测量

结构混凝土在施工过程中常因各种原因产生缺点，尤其是混凝土灌注桩，因为施工难度大、工艺复杂、隐蔽性强，混凝土硬化环境及成型条件复杂，更易产生空洞、裂隙、夹杂物、局部疏松、缩径等各种桩身缺点，对建筑物安全和耐久性组成严重威胁。声波透射法是检测混凝土灌注桩桩身内部缺点评价其完整性一个有效方法，当声波经混凝土传输后，它将携带相关混凝土材料性质、内部结构特征等相关信息，准确测定声波经混凝土传输后各种声学参数量值及改变，就能够推断混凝土性能、内部结构完整性与组成等情况。超声波法检测基桩完整性第28页混凝土声学参数与测量检测细致，结果准确可靠；不受桩长、桩径限制；无盲区，声测管埋到什么部位，就能够检测到什么部位，包含桩顶低强区和桩底沉渣区；不需桩顶露出地面即可检测，方便施工；正因为如此，即使该方法需要预埋声测管，用较高，但依然得到广泛采取，尤其是桥梁、高层建筑大型、特大型灌注桩检测。声波透射法检测基桩完整性优点：超声波法检测基桩完整性第29页混凝土声学参数与测量当前，超声法检测灌注桩质量方法已列入许多检测规范中。作为全国性规范有：建设部行业标准《建筑基桩检测技术规程》JGJ106-中国工程建设标准化协会标准《超声法检测混凝土缺点技术规程》CECS21：交通部行业标准《公路工程基桩动测技术规程》JTG/TF81-01—铁路系统标准超声波法检测基桩完整性第30页混凝土声学参数与测量1．声学参数与混凝土质量关系声波在混凝土中传输速度是混凝土声学检测中一个主要参数。混凝土声速与混凝土弹性性质相关，与混凝土内部结构（是否存在缺点及缺点程度）相关。这是利用声速进行混凝土测强和测缺理论依据超声波法检测基桩完整性第31页混凝土声学参数与测量1.1．接收声波波速与混凝土质量关系声波在混凝土中传输波速反应了混凝土弹性性质，而混凝土弹性性质与混凝土强度含有相关性，所以在混凝土声速与强度之间存在相关性。另首先，对组成材料相同构件（混凝土），其内部越密实，孔隙率越低，其声波波速越高，强度也越高。所以，构件（混凝土）强度与声速之间亦应有相关性。不过，混凝土材料是一个复合体，其强度与声速关系受到混凝土材料性质、配合比、龄期、硬化环境、施工工艺等各种原因影响超声波法检测基桩完整性第32页混凝土声学参数与测量

声波在混凝土中传输速度快慢，与混凝土密实度有直接关系。对于原材料、配合比、龄期及测试距离一定混凝土来说，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。当混凝土中存在异物夹泥、蜂窝、空洞或裂缝时，便破坏了混凝土整体性。因为混凝土与缺点部位特征阻抗相差悬殊，所以声波极难穿透混凝土/缺点区域界面。因为低频超声波漫射特点，声波又将沿缺点边缘传输（如右图所表示），声波在缺点边缘处会产生折射、绕射、反射，使声测线拉长，所测得声时要比正常混凝土声时要增大。在计算混凝土声速时，咱们总是以换能器之间直线距离L作为声传输距离，结果有缺点处计算声速（视声速）就降低。

超声波在混凝土中传输特点超声波法检测基桩完整性第33页混凝土声学参数与测量

有时混凝土内部缺点是由较为疏松材料组成（比如漏振等情况形成蜂窝、孔洞或配料错误形成低密实区），因为这些部位声速要比正常混凝土声速低，也会使得这些测点声时加大。在这种情况下，声波分为两条路径传输：一是绕过缺点分界面传输；二是直接穿过低声速材料。不论那种情况，在该处声时都会比正常部位长。因为，咱们是以首先抵达波（首波）为准来读取声时值，总之，在缺点部位测得声速要比正常部位声速小。超声波法检测基桩完整性第34页混凝土声学参数与测量1.2．接收声波波幅与混凝土质量关系接收波波幅是表征声波穿过混凝土后能量衰减程度主要指标。普通认为，接收波幅强弱与混凝土粘塑性相关。接收波幅值越低，混凝土对声波衰减就越大。依据混凝土声波衰减原因可知，在混凝土中存在低强度区、离析区以及夹泥、蜂窝等缺点时，吸收衰减和散射衰减增大，使得接收波波幅显著下降。波幅值能够直接在接收波上观察到，测量时通常以首波（接收信号前半个周期）波幅为准。后续波往往受其它叠加波干扰，影响测量结果。幅值测量受换能器与被测构件耦合条件影响较大，在灌注桩检测中，在声测管中注满水进行耦合，普通比较稳定，但要注意使换能器在管中处于居中位置，所以应在换能器上安装扶正器。超声波法检测基桩完整性第35页混凝土声学参数与测量1.3．接收波频率改变与混凝土质量关系超声脉冲是复频波，含有各种频率成份。当它们穿过混凝土后，各频率成份衰减程度不一样，高频个别比低频个别衰减严重，因而造成接收信号主频向低频漂移。其漂移多少取决于衰减严重程度。所以，接收主频率实质上是介质衰减作用一个表征量，当碰到缺点时，因为衰减严重，使接收主频率显著降低。多年来伴随数字式超声仪问世，频率测量已普遍采取频谱分析方法，它取得频谱所包含信息更为丰富、更为准确。超声波法检测基桩完整性第36页混凝土声学参数与测量2．接收波形改变与混凝土质量关系因为声波在缺点界面反射和折射，形成波线不一样波束，这些波束因为传输路径不一样，或因为界面上产生波形转换而形成横波等原因，使得抵达接收换能器时间不一样，因而使接收波形成为许多同相位和不一样相位叠加波，造成波形畸变。实践证实，凡超声脉冲在传输过程中碰到缺点，其接收波形往往发生畸变，所以波形畸变程度能够作为判断缺点程度参考依据。超声波法检测基桩完整性第37页混凝土声学参数与测量

超声波穿透正常混凝土和有缺点混凝土后接收波波形特征以下：声波透过正常混凝土后波形特征（图3-2）首波陡峭，振幅大；首波后半周即到达较高振幅，包络线为半圆形；首波（第一个周期波）波形无畸变。a）正常混凝土波形b）正常混凝土半圆形包络线图3－2正常混凝土接收波形超声波法检测基桩完整性第38页混凝土声学参数与测量声波透过缺点混凝土后波形特征（图3-3）首波平缓，振幅小；首波后半周振幅增大不显著；包络线呈喇叭形；第一、二周期波形有畸变；当缺点严重且范围大时，无法接收到波形。a）有缺点混凝土波形b）有缺点混凝土喇叭形包络线图3－3有缺点混凝土接收波形超声波法检测基桩完整性第39页混凝土声学参数与测量换能器本身振动模式复杂；换能器性能改变（比如老化）；耦合状态不一样，也会造成波形畸变；后续波是各种不一样类型波形叠加，一样会造成波形畸变。

所以，观察波形畸变程度应以初至波（接收第一、第二周期波形）为主。因为声波在混凝土中传输过程是一个相当复杂过程，当前对波形畸变分析尚处于经验阶段，有待深入研究。

造成波形畸变原因很多一些非缺点原因也会造成波形畸变：超声波法检测基桩完整性第40页混凝土声学参数与测量3.判断混凝土性质几个声学参数比较3.1接收波声速声速测试值较为稳定，结果重复性很好，受非缺点原因影响较小，在同一桩不一样剖面以及同一工程不一样桩之间能够比较，是判断混凝土质量主要参数，但声速对缺点敏感性不及波幅。超声波法检测基桩完整性第41页混凝土声学参数与测量3.2接收波波幅（首波波幅）波幅（首波波幅）对混凝土缺点很敏感，它是判断混凝土质量另一个主要参数。但波幅测试值受仪器系统性能、换能器耦合情况、测距等很多原因影响，它测试值没有声速稳定，当前只能用于相对比较，在同一桩不一样剖面或不一样桩之间往往无可比性。超声波法检测基桩完整性第42页混凝土声学参数与测量3.3接收波主频接收主频改变即使能反应波在混凝土中衰减情况，从而间接反应混凝土质量好坏，但声波主频改变也受测距、仪器设备状态等非缺点原因影响，所以在不一样剖面以及不一样桩之间可比性不强，只能用于同一剖面内各测点相对比较，其测试值也没有声速稳定。所以，当前主频漂移指标仅作为声速、波幅辅助判据。超声波法检测基桩完整性第43页混凝土声学参数与测量3.4接收波波形接收波波形也是反应混凝土质量一个主要方面，它对混凝土内部缺点也很敏感，在现场检测时，除逐点读取首波声时、波幅外，还应注意观察整个接收波形态改变，作为声波透射法对混凝土质量进行综合判定时一个主要参考，因为接收波形是透过两声测管间混凝土声波能量一个总体反应，它反应了收、发换能器之间声波在混凝土内部各种声传输路径上总体能量，其影响区域大于直达波（首波）。超声波法检测基桩完整性第44页混凝土声学参数与测量4.声学参数检测原始信息采集准确性是确保检测结果准确可靠必要前提，所以掌握正确信号采集方法至关主要。4.1声时（声速）检测混凝土声速是间接测量量，它是经过测量声波在混凝土中传输时间（t）及在混凝土中传输距离（l）经过计算而间接得到，所以声速测量技术关键取决于声时和测距测试（排除各种影响原因干扰）。 式中：

V—声速(m/s)。

l—测距(m)，即声波传输距离。

t—声时(s)，即声波传输距离l所需时间。V=l/t超声波法检测基桩完整性第45页混凝土声学参数与测量V=l/t式中：

V—声速(m/s)。

l—测距(m)，即声波传输距离。

t—声时(s)，即声波传输距离l所需时间。声波在介质中传输一定距离所需要时间称为声时。为了准确地测读声时，必须注意一下几点：超声波法检测基桩完整性第46页混凝土声学参数与测量a) 接收信号起点读数确实定超声仪以一定强度高压脉冲激励发射换能器，发射换能器将电信号转换为声波信号，声波经混凝土传输后被接收换能器接收，并将声信号转换为电信号，由超声仪进行信号采集及分析处理。图4－1接收信号波形

声时测读就是测量从发射开始到出现接收波形所经过时间t（如图4-1）。为了测量这段时间，仪器从激励发射换能器开始计时（图4-1中a点），直到接收换能器接收到首波时停顿计时（图4-1中b点）。问题关键在于怎样确定首波出现时刻。超声波法检测基桩完整性第47页图4－2混凝土声学参数与测量

在测量声速时，是以传感器直线距离（即最短距离）作为声速计算测距，所以也应以最先抵达波作为测读声时依据。图4－2可见，接收信号前沿b点声时读数代表声信号抵达接收换能器最短时间，只有b点读数才能与最短声程（测距）相对应，作为声速计算声时。超声波法检测基桩完整性第48页混凝土声学参数与测量

当接收信号很弱（图4-2）或仪器本身噪声过大时，要准确读取b点时间读数并不是很轻易。为了准确地找到首波起点（b点），在测度时要尽可能使接收信号幅值调整到足够大或调整到屏幕一定高度，以确保首波起点陡峭，防止丢波或误判。图4－2超声波法检测基桩完整性第49页混凝土声学参数与测量b) 系统延迟零读数问题咱们所关心声时是声波穿过被测构件（混凝土）时间t，而不论何种超声仪，采取何种测读方式，未经调零仪器所显示时间都是由发射到接收这两个电信号之间时差t1。即仪器测读时间除声波在混凝土中传输时间t外，还包含了以下几个别：电延迟时间(仪器内部电路及信号线)电声转换时间(传感器)声延迟时间超声波法检测基桩完整性第50页混凝土声学参数与测量

换能器辐射出超声波并不是直接进入被测物体，而是经过换能器壳体或夹心式换能器辐射体，再经过耦合介质层，然后才进入被测体。接收过程也是类似。超声波在这些介质中传输需要花费相当时间，这些时间统称为声延迟。超声波法检测基桩完整性第51页混凝土声学参数与测量

这三个别延迟组成仪器测读时间t1与超声在被测介质中传输时间t差异。这三个别中声延迟所占百分比最大。咱们将这些延迟称为零读数t0（即零声时）。因为t0存在造成了仪器测读时间t1大于声波在被测介质中实际传输时间t（即t1＝t+t0）。在计算声速V时，t（t＝t1-t0）是计算依据，所以只要将零声时t0测试出来问题就迎刃而解。超声波法检测基桩完整性第52页混凝土声学参数与测量

零声时t0标定方法能够采取以下两种方法:时距曲线法：该个别在规范中已介绍。直接对测法：普通认为，只要将发射与接收传感器直接耦合即可读出t0。即当测距为零时，声时也应该为零。超声波法检测基桩完整性第53页混凝土声学参数与测量

在声波透射法测桩时，咱们能够取两根长约40cm左右,与现场工程桩中声测管相同管材，将两根管并排放在装满水水桶中，将径向换能器放入声测管中，保持传感器在声测管中心（如图4-3所表示），使其满足两声测管之间测距为零条件，即L=0。此时，读测声时应为零，即t应等于零。图4－3测桩调零示意图超声波法检测基桩完整性第54页混凝土声学参数与测量

假如此时测读声时不为零，那么这时测读声时值即为零声时t0（包含：电信号在电路、信号线中消耗时间及声波在水、声测管管壁、传感器壳体等介质中传输时间），对于数字式超声仪只要将零声时输入到仪器中，仪器就能够自动扣除t0影响，直接给出声波在混凝土中传输声时值t，用于计算混凝土声速。

不一样仪器、传感器、信号线及耦合条件下，零声时是不一样，普通在几微秒至几十微秒之间。在测试过程中，当上述条件之一发生改变时，都要重新进行零声时测读。超声波法检测基桩完整性第55页混凝土声学参数与测量c) 影响声速测试值原因在测试结构混凝土声速时，所测得介质声速受到一些原因影响，在要求准确测量声速值场所，应考虑这些影响原因，并加以防止或修正。振幅大小影响在测读时，接收信号振幅大小对测量结果有影响，当接收信号振幅大时，接收波前沿陡峭，读测声时较小，计算出声速较高；当振幅较弱时，接收波前沿平缓，测得声时较大，计算出声速较低。超声波法检测基桩完整性第56页混凝土声学参数与测量频率影响因为混凝土检测中可能使用不一样频率换能器，普通情况下在短距离使用较高频率，大距离测量时使用较低频率。从大量试验研究资料看，在50kHz～100kHz范围差异甚微，但所采取频率改变范围再大，则影响较为显著。从频率影响这一角度出发，不宜过多改变所用频率，高频段不宜超出100kHz，低频段视测距需要而定，若使用30kHz以下频率，则应考虑声速值修正问题。超声波法检测基桩完整性第57页混凝土声学参数与测量传感器选择鉴于超声波在混凝土中传输有显著衰减现象，所以采取超声脉冲频率不宜太高，传感器频率应随测试距离增大而降低。同时为了考虑声波传输时边界条件，所选频率还应与被测试体横截面尺寸相适应。在测量混凝土纵波声速时，应选择适当频率，使波长小于测试距离1/2及横截面尺寸1/2（见表一），教授提议按下式选取。超声波法检测基桩完整性第58页混凝土声学参数与测量λ/l≤0.25～0.30式中：λ——波长（λ＝v/f）；

l——为测试距离。测量距离（mm）传感器频率（kHz）试体最小截面积（mm）100～700≥6070700～1500≥40150>1500≥20300超声波法检测基桩完整性第59页混凝土声学参数与测量4.2波幅检测波幅是标志接收换能器接收到声波信号能量大小参数，波幅测量是对接收波首波波峰大小测量。当前在波幅测量中普通都采取分贝（dB）表示法，即将测点首波信号峰值a与某一固定信号量值a0比值取对数后量值定位该测点波幅分贝（dB）值，表示为Ap＝20log（a/a0）。超声波法检测基桩完整性第60页混凝土声学参数与测量

在数字式仪器中，因为数字化信号屏幕波幅能够量化，所以经过调整放大衰减系统，只要满足信号首波幅度不超满屏条件，即可由仪器内部软件自动判读出首波波峰幅值并计算出接收到原始信号值。波幅量值是放大器增益（dB）值、衰减器衰减（dB）值和屏幕显示波形屏幕量化（dB）值综合值，这么大大提升了波幅测量动态范围。

因为模拟仪器采取示波管显示模拟波形，无法量化，所以只能用衰减器衰减值表示信号幅度值。数字式仪器波幅测量超声波法检测基桩完整性第61页混凝土声学参数与测量

数字式超声仪波幅测量有自动判读和手动判读两种方式，在绝大多数情况下均可使用自动判读方式。检测时要注意同时观察屏幕波形，假如屏幕显示自动判读光标所对应位置与首波波峰（或波谷）有差异时，应重新采样或改为手动游标判读。

ZBL-U5系列非金属超声仪在首波声时自动判读同时，完成波幅自动判读，并在屏幕上给出自动判读游标，便于用户即时观察自动判读点位置。仪器自动统计各个测点波幅。超声波法检测基桩完整性第62页混凝土声学参数与测量4.3频率检测对接收波形主频进行测量，通常采取以下两种方法：模拟式仪器通常采取周期法，即利用频率与周期倒数关系，经过测量周期计算出接收声波信号主频。数字式超声仪普通采取频谱分析方法，更准确地测试接收声波信号主频。超声波法检测基桩完整性第63页混凝土声学参数与测量4.4波形统计在声波传输过程中碰到混凝土内部存在缺点、裂缝或异物时会使接收波形发生畸变，所以，对接收波形分析与研究有利于对混凝土内部质量即缺点判断，模拟仪器波形统计只能用屏幕拍照方法，数字式仪器可将波形以数字方式统计并存放在仪器中，能够随时回放、显示、调用并打印出波形图，还能够波列方式在一屏内显示波列图，更直观地显示声参数改变情况。超声波法检测基桩完整性第64页超声波法检测基桩完整性基桩分类基桩工程常见质量问题声波透射法基础原理仪器设备现场检测技术方法及影响原因数据分析处理与汇报编写工程实例CT成像技术超声波法检测基桩完整性第65页超声波在混凝土中传输特点

对于原材料、配合比、龄期及测试距离一定混凝土来说，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。当混凝土中存在异物夹泥、蜂窝、空洞或裂缝时，便破坏了混凝土整体性。因为混凝土与缺点部位特征阻抗相差悬殊，所以声波极难穿透混凝土/缺点区域界面。因为低频超声波漫射特点，声波又将沿缺点边缘传输（如右图所表示），声波在缺点边缘处会产生折射、绕射、反射，使声测线拉长，所测得声时要比正常混凝土声时要增大。在计算混凝土声速时，咱们总是以换能器之间直线距离L作为声传输距离，结果有缺点处计算声速（视声速）就降低。

声速与混凝土质量关系。超声波法检测基桩完整性第66页混凝土声学参数与测量接收声波波幅与混凝土质量关系接收波波幅是表征声波穿过混凝土后能量衰减程度主要指标。普通认为，接收波幅强弱与混凝土粘塑性相关。接收波幅值越低，混凝土对声波衰减就越大。依据混凝土声波衰减原因可知，在混凝土中存在低强度区、离析区以及夹泥、蜂窝等缺点时，吸收衰减和散射衰减增大，使得接收波波幅显著下降。波幅值能够直接在接收波上观察到，测量时通常以首波（接收信号前半个周期）波幅为准。后续波往往受其它叠加波干扰，影响测量结果。幅值测量受换能器与被测构件耦合条件影响较大，在灌注桩检测中，在声测管中注满水进行耦合，普通比较稳定，但要注意使换能器在管中处于居中位置，所以应在换能器上安装扶正器。超声波法检测基桩完整性第67页声波透射法基础原理混凝土灌注桩，在灌注过程中，因振捣不均、漏振、完全没有振捣、塌孔夹泥、离析等均会出现类似夹层而使声速降低，波幅下降、波形畸变.超声波法检测基桩完整性第68页非金属超声检测设备非金属超声检测分析仪（简称超声仪）、超声换能器。实施超声脉冲检测技术主要设备：超声波法检测基桩完整性第69页超声仪基础工作原理框图高压脉冲发射A/D转换显示器系统总线键盘数据采集系统程控系统直流高压程控打印机专用计算机系统

声波在混凝土中传输速度是混凝土声学检测中一个主要参数。混凝土声速与混凝土弹性性质相关，与混凝土内部结构（是否存在缺点及缺点程度）相关。这是利用声速进行混凝土测强和测缺理论依据。

主机发射高压脉冲至发射换能器，发射换能器将电能转换位声能传入被测结构，接收换能器将接收到声波信号转换为电信号被主机系统采集，声波信号在传输过程中携带了大量被测介质声参量信息，因为声参量与被测介质性质含有一定相关性，经过信号分析处理评价被测介质性能。超声仪基础工作原理示意图基础原理：超声波法检测基桩完整性第70页非金属超声检测设备主要技术指标（选择购置超声仪应注意几点）应含有波形显示功效和游标测度功效；仪器应含有一发双收功效（双通道）；采样频率不应低于10MHz；声时测读范围应大于μs；声时测读分辨率：0.5μs，计时误差小于2％，（数字式±2个字）；增益（放大）：大于80dB，（动态范围：包含增益、衰减）；灵敏度：≥50μv；幅度测量范围大于80dB，测量误差小于±1dB；接收放大器频响范围应有足够宽度，普通为5～200kHz,且下线不宜降低，不然不利于滤去低频信号；发射电压1000V，可分档调整；系统应包含信号放大、采集、存放及处理功效，径向换能器等；径向换能器：谐振频率宜为25～50kHz，长度约20cm，无指向性，能够在1MPa水压下正常工作；宜使用带有前置放大器径向换能器；超声波法检测基桩完整性第71页非金属超声检测设备一、首涉及其判定首波：接收超声波第一个波谷(向下)或波峰(向上)。是声参量判读前提。

2.自动调整接收波形首波自动增大到一定幅度（1/4波形区），后续波削波。波形清楚。基线较洁净、平直。1.完整接收波（平面换能器）超声波法检测基桩完整性第72页非金属超声检测设备接收声波过弱调整幅度，出现首波（右上图）；依据测距及介质声速估算大约声时，在动态采样模式下手动移动波形至估算声时处；出现做右下列图所表示波形雏形；波形及首波依据：形态、频率、幅度。3.手动调整接收波形超声波法检测基桩完整性第73页非金属超声检测设备增益太大或波形靠前

增益太大，可能造成超前误判(左下列图)；

处理：减小幅度，前移波形；波形靠前，可能造成丢波(右下列图)；

处理：后移波形。超声波法检测基桩完整性第74页非金属超声检测设备由发射脉冲及其干扰产生，依据声时判定(0点附近）处理：依据声时、形态、频率正确判断。发射脉冲及其干扰。超声波法检测基桩完整性第75页超声波法检测基桩完整性基桩分类基桩工程常见质量问题声波透射法基础原理仪器设备现场检测技术方法及影响原因数据分析处理与汇报编写工程实例CT成像技术超声波法检测基桩完整性第76页现场检测技术方法及影响原因1、检测原理超声波法检测基桩完整性第77页现场检测技术方法及影响原因

在被测桩内预埋两根或两根以上竖向相互平行声测管作为检测通道，管中注满清水作为耦合剂，将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声测管中，由超声仪激励发射换能器产生超声脉冲，穿过桩体混凝土，并经接收换能器，由仪器接收并显示接收超声波波形，判读出超声波穿过混凝土声时、接收波首波波幅以及接收波主频等声参数，经过桩身缺点引发声参数或波形改变，来检测桩身是否存在缺点。超声波法检测基桩完整性第78页现场检测技术方法及影响原因2、声测管布置示意图声测管根数依据桩直径而定，目标是在确保全部剖面声场覆盖范围，占桩截面积一定百分比前提下，尽可能节约费用、提升检测效率。超声波法检测基桩完整性第79页现场检测技术方法及影响原因检测管材质选择以透声率大，便于安装，费用较低为标准。普通采取钢管、钢质波纹管、硬塑管等。管径大于换能器直径，普通以内径Ф50~60mm为宜。管子普通采取与钢筋笼架立筋焊接或绑扎方式固定。安装管子时应注意管子接头应不漏浆，内壁光滑平顺，管底密封。管子之间力争平行。3.声测管安装超声波法检测基桩完整性第80页现场检测技术方法及影响原因检测前准备工作多方搜集基桩技术资料，如工程地质资料、基桩设计图纸和施工统计、监理日志等，了解施工工艺及施工过程中出现异常情况，这对判定异常信号产生真实原因是十分有益。同时还应依据调查结果和检测目标，制订对应检测方案；检测方案包含：工程概况目标与任务方法与技术仪器设备检测场地要求检测人员和时间安排检测汇报超声波法检测基桩完整性第81页现场检测技术方法及影响原因检测时间应满足混凝土强度龄期要求。为确保检测结果可靠性，普通要求混凝土灌注桩龄期应大于14天（此时超声波波速特征参数改变已经趋于平缓）；检测前应冲洗声测管，在孔中注满清水作为耦合剂（浑浊水将显著加大声波衰减，使得声时延长)，单孔超声检测时也应先进行孔内清洗；标定超声仪从发射至接收系统零声时；用直径大于换能器假探头对声测管疏通并统计深度，以确保换能器在全程范围内移动通畅；准确测量并统计声测管内、外径和各个声测剖面两声测管外壁间距离，精度为±1mm。超声波法检测基桩完整性第82页现场检测技术方法及影响原因依据收发换能器相对位置关系，有平测、斜测、扇测。1.测试方法超声波法检测基桩完整性第83页现场检测技术方法及影响原因

普通应采取水平同时测法，一对换能器分别置于两个对应声测管中，位于统一高度；相邻两测点间距小于250mm，累计相对高程误差控制在20mm以内。平测法速度快、效率高，可作为是否存在缺点初步判断依据；1）水平同时测法超声波法检测基桩完整性第84页现场检测技术方法及影响原因2）等差同时斜测方法：将一对换能器分别置于两个对应声测管中，换能器保持一定高程差；收发换能器水平夹角普通为300～400。因为平测其准确性降低，对于缺点范围及其严重程度进行判定时，应最少结合斜测加以综合判定超声波法检测基桩完整性第85页现场检测技术方法及影响原因

若要准确描绘缺点位置，应采取扇形扫测方法。将一对换能器分别置于两个对应声测管中，保持一个换能器高度位置固定，另一个以一定高程差上下移动进行测试。3）扇形扫测超声波法检测基桩完整性第86页现场检测技术方法及影响原因声测管内注满清水作为耦合剂。将声测管编号，测量并统计各剖面声测管外壁间距。将发射和接收换能器分别放入两个声测管中第一个测点位置处，统计该位置高程。可自上而下或自下而上逐点平测法进行检测，测点间距普通可取25cm或小于25cm，测取各测点声时、幅值、频率等参数、统计波形。测完后，可对可疑测点进行复测校核。可对异常声参量区域进行斜测或扇测。2.检测步骤超声波法检测基桩完整性第87页声测管对基桩检测结果影响

声波透射法检测因为检测精度高、不受桩长、桩径条件限制、测试无盲区等优点，在混凝土基桩检测中应用越来越普及。尤其是公路工程以及铁路、港口码头等工程领域，国家出台了《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-），明确要求声波透射法检测数量不少于50%，对一些主要工程要求100%使用声波透射法进行基桩检测。不过因为一些施工单位对该方法认识不是十分明确，施工过程中可能会出现一些问题，并可能影响对基桩进行检测，造成工作被动。超声波法检测基桩完整性第88页声测管对基桩检测结果影响

在安装钢筋笼启吊过程中，钢筋笼底部会在地面拖动，假如绑扎不牢，声测管往往轻易发生弯曲变形，声测管间距变小。有时设计桩底钢筋笼直径缩小（变径），为了确保声测管平直，声测管就要穿到钢筋笼外侧。假如不采取加固办法，很轻易使声测管压弯或打折，甚至折断。另一个情况是，设计声测管超出钢筋笼底1－2m（在设计桩底有一段素混凝土）时，也存在类似情况。桩底声测管弯曲超声波法检测基桩完整性第89页

如图所表示，桩长18.0m左右，埋设三根声测管，三个检测剖面中，-16.0m－-18.0m区段声速曲线均显著向右翘起，声速异常偏高，波幅反而降低（这是因为声测管弯曲，使发射与接收换能器不再保持平行，造成波幅降低）其它区域曲线基础正常。推断桩底部位三根声测管全部向内弯斜，间距变小，计算波速异常偏高。因为桩底是缺点易发生部位，依据这类曲线极难判定桩底是否存在缺点，很可能发生漏判、误判，给工程留下安全隐患。声测管对基桩检测结果影响图1声测管底部弯曲时检测剖面图

超声波法检测基桩完整性第90页声测管对基桩检测结果影响2.桩身声测管弯曲变形

声测管绑扎不牢或绑扎间距过大，在浇筑混凝土过程中，声测管受混凝土挤压发生弯曲变形，管间距离变大或变小，直接影响检测结果分析判定，甚至无法给出桩身完整性类别，只能采取钻芯或其它可靠方法进行检测，影响正常施工。如图2所表示，桩长18.0m，埋设三根声测管。从图上能够看出，Ⅰ、Ⅲ剖面深度曲线基础正常，Ⅱ剖面中上部声速曲线向右弯曲，声速严重异常。推断是声测管受挤压变形，相互靠近，造成计算声速严重异常。依据深度曲线也极难划定该桩完整性类别，只能采取其它方法补充检测。声测管弯曲还造成声速异常值判定区间太大，易造成漏判。图2桩身声测管不平行时检测剖面图超声波法检测基桩完整性第91页声测管对基桩检测结果影响

声测管联接普通采取外套钢管方式进行联接。钢套管直径不宜太大，普通比声测管略大即可，焊接起来比较轻易，封闭性也比很好。钢套管也不能太长，普通80mm左右，对检测结果几乎无影响。钢套管作用仅仅是把两段声测管联接起来，并不是什么特殊工艺要求。有些单位不了解它作用，在以往检测过程中发觉过有些单位误把80mm写成80cm，不但浪费原材料，而且对检测结果产生很大影响。因为钢套管较长，焊接质量很好，密封在内部空气不能排出，声波信号要绕行很长距离或穿过空气层后才能被接收到，造成声波信号严重异常。图3钢套管太长时检测剖面图

3声测管连接部位钢套管过长造成影响超声波法检测基桩完整性第92页声测管对基桩检测结果影响

声测管是检测主要通道，使用声波透射法检测基桩完整性时，需要依据桩径在桩内预埋一定数量声测管，检测时，管内注满清水，把声波换能器（俗称探头）放到声测管内，由下向上逐一剖面进行检测。当声测管安装工艺较差时，可能造成漏浆、断裂、弯曲、下沉、堵塞、卡管等事故发生，对声波透射法基桩完整性检测产生较大影响，甚至无法检测或判定基桩完整性类型。所以声测管连接和安装是施工中十分主要一项内容，在施工时必须加强管理。对声测管总要求是：联接牢靠不脱开，密封良好不漏浆，联接平整不打折，管间平行不弯斜，管内通畅无异物。声测管安装超声波法检测基桩完整性第93页声测管对基桩检测结果影响声测管尺寸

当前常见园管型径向辐射换能器频率为30－60kHz直径普通30mm左右或更小。规范要求声测管内径比换能器直径宜大10－20mm，所以，普通选取40号钢管（外径48mm，内径42mm）或50号钢管（外径60mm，内径54mm）

超声波法检测基桩完整性第94页声测管对基桩检测结果影响声测管联接因为钢管均是6m一段，需要将一段段钢管联接起来。对联接要求是：有足够强度，确保声测管不致受力弯曲脱开；联接部位应该密实不渗漏，确保在浇灌混凝土时不渗漏水泥沙浆。联接方式主要有套筒联接、螺纹联接、对接焊联接三种方式，最常见方式是套筒联接，效果比很好。套筒联接方式：如右图所表示，选一段长80mm左右钢套筒，套筒内径略大于声测管外径，将两根声测管套起来，用电焊将套筒与声测管上下两端焊结起来。既要确保焊结不渗漏，又不要将声测管焊通，阻塞换能器上下移动。超声波法检测基桩完整性第95页声测管对基桩检测结果影响

声测管安装固定

声测管预先固定在钢筋笼内。用点焊或铁丝绑扎方法固定在架立筋内侧，也能够采取“U”形钢筋环焊接在架立筋上方式。铁丝绑扎间距小于2m。为了确保声测管相互平行，能够在声测管间点焊三角形钢筋架支撑。声测管一直埋到桩底。底部要封死，上部要加盖，预防进入泥浆或异物。超声波法检测基桩完整性第96页声测管对基桩检测结果影响声测管对零声时影响

声波透射法检测中零声时由三个别组成：系统延迟、声测管壁中延迟、藕合水层延迟，依次表示为t01、t02、t03。t01与系统相关，能够直接由仪器测定；T02钢管壁声延时,普通约1μs,对测试结果影响不大；t03受声测管和换能器直径影响，改变很大，对测试结果会有较大影响，不能忽略。

超声波法检测基桩完整性第97页声测管对基桩检测结果影响举例说明：

如桩径为1.5m，埋设三根声测管，声测管管距为1.126m，取混凝土声速为4500m/s。此时，声波传输时间约为250μs，水中声速V水＝1.5km/s

钢材中声速V钢＝5.8km/s

换能器直径d＝26mm

声测管外径φ外＝60mm，内径φ内＝54mm

那么图5藕合水中声波走时t03＝18.67μs以下列图所表示（外部是声测管，中间是换能器）超声波法检测基桩完整性第98页声测管对基桩检测结果影响

藕合水层中零声时在声波走时中所占百分比:可见是不可忽略。假如采取更大声测管，所占百分比就更大。

普通情况下，以上计算过程是假设换能器位于声测管中心位置（如图5所表示情况），假如声测管直径较大，换能器在管内摆动范围较大，对声时影响也更大，对检测结果影响就较大。如图6（a）、（b）所表示两种极限情况，t03改变范围在0－37.34μs之间，引发声时波动已达14.94％。所以为降低无须要声时波动而形成误判，换能器应加扶正器。图6藕合水中声波走时(a)t03＝37.34μs(b)t03＝0μs超声波法检测基桩完整性第99页声测管对基桩检测结果影响

总之，声测管是声波透射法基桩完整性检测主要通道，假如埋设不好，就达不到质量检测目标，可能影响工程整体进度。所以，在预埋声测管时，希望相关单位注意埋设质量，方便质量检测工作正常进行超声波法检测基桩完整性第100页超声波法检测基桩完整性基桩分类基桩工程常见质量问题声波透射法基础原理仪器设备现场检测技术方法及影响原因数据分析处理与汇报编写工程实例CT成像技术超声波法检测基桩完整性第101页数据分析处理与汇报编写零声时计算混凝土声时tc＝T－t0，t0

包含：设备、声测管壁及管中水声时。选择数据处理所依据规程《超声法检测砼缺点技术规程》 （CECS21:）《建筑基桩检测技术规范》 （JGJ/T106-）《公路工程基桩动测技术规程》 （JTG/TF81-01-)描绘声参数与深度关系曲线

“声时——深度曲线”

“波幅——深度曲线”

“声速——深度曲线”检测结果判定及完整性分类超声波法检测基桩完整性第102页数据分析处理与汇报编写异常点实测声速与正常混凝土声速偏离程度；异常点实测幅度与同一剖面内正常混凝土幅度偏离程度；异常点波形与正常混凝土波形相比畸变程度；异常点分布范围及其它剖面异常点分布情况；桩类型（摩擦型或端承型）、地质情况及成桩工艺，桩类型及地质情况。其它判定原因超声波法检测基桩完整性第103页数据分析处理与汇报编写声速判