超声波桩基检测

超声波法基桩检测的常用方法之一公路工程基桩检测的规定：

（JTJ/TF81-01-2004）

1、公路工程基桩应进行100％的完整性检测，各种方法的选定应具有代表性和满足工程检测的特定要求；

2、重要工程的钻孔灌注桩应埋设声测管，检测的桩数不应少于50％；

3、高应变动测法的抽检率可由工程设计或监理单位酌情决定，但不宜少于相近条件下总桩数的5％且不少于５根。

超声波法：

是在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦合，超声波从一根声测管中发射，在另一根声测管中接收，或单孔中发射，可以测出被测混凝土介质的参数。由于超声波在混凝土中遇到缺陷时会波产生绕射、反射和折射，因而达到接收换能器时，根据声时、波幅及主频等特征参数的变化来判别桩身的完整性。鉴于目前公路桥梁工程大量使用大直径桩和超长桩，该方法将越来越多的使用在基桩的检测中。分四个部分讲解：声学理论检测技术测试方法工程实例第一部分声学理论声学基础声波在介质中的传播速度声波在介质界面上的反射与透射声波在传播过程中的衰减混凝土中的声波特性一、声学基础

1、波动波动是物质的一种运动形式，波动可分为两大类：一类是机械波，它由于机械振动在弹性介质中引起的波动过程，例如；水波、声波、超声波等；另一类是电磁波，它是由于电磁振荡所产生的变化电场和变化磁场在空间的转播过程，例如无线电波、红外线、紫外线、可见光、雷达波等。声波:是弹性介质的机械波。人们所能听到声波频率范围是20～20KHz，即可闻声波。当声波频率超过20～20KHz时，人耳就听不到了，这种声波就叫超声波，其频率范围是20K～100MHz；当频率低于20Hz的叫

次声波，人耳也听不到。各种声波的频率范围见下表。各种声波的频率范围（Hz）

次声波可闻声波超声波特超声波0～2020～20K20K～100M＞100M

在混凝土中超声检测使用的频率一般在20KHz～200KHz范围内。2、谐振动物体在一定位置附近作来回重复运动称为振动，例如摆的运动、汽缸中活塞的运动、弹簧振子的运动等，这些是可以直接看到的振动。又例如一切发声体的运动、在高频电压激励下压电晶体的运动，这些是不易或不能直接看到的振动。

相互间由弹性力联系着的质点所组成的物质，称为弹性介质。需要进行超声检验的大量固体构件都是弹性介质。弹性介质是由相互间用小弹簧联系着的质点所组成。如图1-1所示。若这种介质中任何一个质点离开了平衡位置，则会产生使它恢复到平衡位置的力，这就是弹性力。图1-1弹性介质模型图1-2弹簧振子的振动

1-质点：2-小弹簧

进一步来说明谐振动

可以用弹簧振子来说明谐振动。如图1-2所示，弹簧左端固定，右端系一物体。为使讨论较为简单，设弹簧振子穿在光滑的水平玻璃棒上，以避免重力对运动的影响。设物体在位置0时，弹簧作用在物体上的力是零。这个位置就是物体的平衡位置，若把物体向右移动到位置B，这时弹簧被拉长，相应地有指向左方即向平衡位置的弹性力作用在物体上，使物体返回平衡位置。当物体回到平衡位置时，弹簧的弹力等于零，但物体在返回时获得了速度，由于惯性，它将继续向左移动。当物体在平衡位置左边时，弹簧被压缩，物体所受弹性力是指向右方，即平衡位置。这时弹性力作用是阻碍物体运动，直至物体停止在位置C。在这以后，物体在弹性力的作用下向右移动，情况和上述向左移动相似。这样，在弹簧的弹性力作用下，物体在平衡位置的左右作重复运动，即振动。

取平衡位置0为X轴的原点，并设X轴的正向向右根据胡克定律，物体所受的弹性力F与物体位移x（即弹簧的变形量）的关系为：

F=-kx(1.1)式中：k——弹簧的弹性系数；-——力和位移的方向相反。设物体的质量为m根据牛顿第二定律（），它的速度为：

(1.2)因为k和质量m都是常数，所以它们的比值可以用一恒量F表示,即：

(1.3)式中：ω——角频率或圆频率。代入上式，得：

a=-ω2x

(1.4)从上式看出，上述振动的特征是：物体的加速度和位移成正比且方向相反，这种振动称为谐振动。物体在弹性力作用下发生的运动是谐振动。谐振动是最简单最基本的振动。任何复杂振动都是由许多不同频率的谐振动所合成的。因为=,又得：+ω2x=0(1.5)根据微分方程理论，上式的解为：

x=Acos(ωt+)(1.6)式中

A,——两个恒量；

A——振幅，它是质点离开平衡位置的最大位移；t+——振动的相位。这是谐振动中位移x和时间t的关系式，称为谐振动的运动方程式，简称谐振动方程式。

3、波的产生与传播在弹性介质中，任何一个质点机械振动时，因为这个质点与其邻近的质点间有相互作用的弹性力联系着，所以它的振动将传递给与之相邻近的质点，使邻近的质点也同样地发生振动，然后振动又传给下一个质点，依次类推。这样，振动就由近及远向各个方向以一定速度传播出去，从而形成了机械波。从上述可知，机械波的产生，首先要有做机械振动的波（声）源，其次要有传播这种机械振动的介质。例如，把石子投入平静的水中，在水面上可以看到一圈圈向外扩展的水波。再举二个实例

弹性横波：手握绳子一端上下振动，可以看到如图

1-3的波向前传播的过程，这就是弹性横

波。

弹性纵波：用手迅速而有节奏地推拉弹簧的一端，

可以看到如图1-4弹簧上有部分密集，部

分稀疏，部份疏密相间，且这种疏密相间

的状态沿着弹簧向前传播，这就是弹性纵

波。图3.1-3绳子上的横波图3.1-4弹簧上的纵波4、波的种类波的种类是根据介质质点的振动方向和波的传播方向的关系来区分的。它主要分为纵波、横波、表面波等。(1)纵波：介质质点的振动方向与波的传播方向一致，这种波称为纵波，例如空气、水中传播的声波就是纵波，如图1-5所示。纵波又常称“P”波。纵波的传播是依靠介质时疏时密（即时而拉伸，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，因此和介质的容变弹性有关。任何弹性介质（固体、液体、气体）在容积变化时都能产生弹性力，所以纵波可以在任何固体、液体、气体中传播。

图1-5纵波

(2)横波：介质质点的振动方向与波的传播方向垂直，这

种波称为横波，例如绷紧的绳子上传播的波就是横波，

如图1-6所示。横波又常称“S”波。

横波的传播是使介质产生剪切变形时引起的剪切应

力变化而传播的，因此和介质的切变弹性有关。由于液

体、气体无一定形状，当它们的形状发生变化时，不产

生切变应力，所以液体、气体不能传播横波，只有固体

才能传播横波。在气体、液体中只有纵波存在。

图1三-6三横波（3三）表三面波三：固体三介质三表面三受到三交替三变化三的表三面张三力，三使介三质表三面的三质点三发生三相应三的纵三向振三动和三横向三振动三，结三果使质点三作这三两种三振动三的合三成振三动，即绕其三平衡三位置三作椭三圆振三动。椭三圆振三动又三作用三于相三邻的三质点三而在三介质三表面三传播三，这三种波三称表面三波，常三以“三R”表示三。图1三-7三为表三面波三传播三示意三图。三图中三示出三了瞬三时的三质点三位移三状态三。右三侧的三椭圆三表示三质点三振动三的轨三迹。三由图三可知三，质三点只三在xy平面三内作三椭圆三振动三而波三在体三表面三（xz平面三）沿三x方三向传三播。三振动三的长三轴垂三直于三波的三传播三方向三，短三轴平三行于三波的三传播三方向三。表三面波三传播三时，三质点三振动三的振三幅随三深度三的增三加而三迅速三减小三。当三深度三等于三2倍三的波三长时三，振三幅已三经很三小了三，因三此，三表面三波多三用于三探测构件三表面的情三况。图三1-三7三表三面波表面三波只三能在固体中传三播。5、三波的三形式波的三形式三是根三据波三阵面三的形三状来三划分三的。三如图三1-三8所三示，三声源三在无三限大三且各三向同三性的三介质三中振三动时三，振三动向三各方三面传三播。三传播三的方三向称三为波线；在三某一三时刻三振动三所传三到各三点的三轨迹三称为波前；介三质中三振动三相应三相同三的所三有质三点的三轨迹三称为波阵三面。在三任一三确定三的时三刻，三波前三的位三置总三是确三定的三，只三有一三个波三前，三而波三阵面三的数三目则三是任三意多三的。图1三-8三波线三、波三前、三波阵三面（a三）平三面波三；（三b）三球面三波；三（c三）柱三面波1-三波线三；2三-波三前；三3-三波阵三面按波三阵面三的形三状可三以把三波分三成平面三波、三球面三波和三柱面三波。（1三）平面三波：波阵三面为三平面三的波三称为三平面三波，三其振三源是三一个三作谐三振动三的无三限大三的平三面。三另外三，从三无穷三远的三点状三声源三（点三源）三传来三的波三，其三波阵三面可三视为三平面三，也三可称三为平三面波三。（2三）球面三波：波振三面为三球面三的波三称为三球面三波，三其振三源是三一个三点状三声源三。（3三）柱面三波：波阵三面为三同轴三圆柱三面的三波称三为柱三面波三，其三振源三是一三无限三长的三直柱三形。6、三波动三方程用数三学方三程式三来描三述一三个前三进中三的波三动，三即描三述介质三中某三质点三相对三于平三衡位三置的三位移三随时三间的三变化三，该三数学三方程三式为三波动三方程三。由于三谐振三动是三最简三单的三振动三，所三以由三它产三生的三余弦三波是三最简三单、三最基三本的三波。三因此三，先三讨论三余弦三振动三在均三匀介三质中三传播三过程三所形三成的余弦三波波三动方三程。如1三-9三所示三，设三一平三面余三弦波三在无三吸收三的无三限均三匀介三质中三沿x轴的三正向三传播三，波三速为三υ0、设三0为三波线三上任三意一三点，三并取三其为三坐标三原点y轴为三振动三位移三，若三0点三处质三点作三谐振三动，三从（三1.三6）三式可三知，三其振三动方三程为三：(1三.7三)式中三：A三—振三幅；—角三频率三；y0—质三点在三时间t时离三开平三衡位三置的三位移三。图1三-9三波动三方程三推导若是三横波三，则三位移三方向三与X三轴垂三直；三如是三纵波三，则三位移三方向三沿着三X轴三。设三B为三波线三上另三一任三意点三，离三开原三0的三距离三为x。因三为振三动从三0点三传播三到B三点需三要的三时间三为x/三ν，所三以B三点处三质点三在时三间t的位三置等三于0三点处三质点三在时三间(t-三x／三ν)的三位移三，即（1三.8三）(1三．8三)式三表示三，在三波线三上任三意一三点（三距原三点距三离为x）处三的质三点在三任一三瞬时三的位三移，三即沿x轴方三向前三进的三平面三余弦三的波三动方三程。波在三一个三周期T内（三或者三说质三点完三成一三次振三动）三所传三播的三路程三为波三长，三用表示三。根据三周期三和波三速的三定义三，三三者关三系为三：=ν三T(1三.9三)因为三周期三T与三频率三f互三为倒三数，三所以三(4三.1三.9三)式三也可三写为三：(1三.1三0)这是三波速三、波三长、三频率三间的三基本三关系三。不同三类型三的波三在传三播过三程中三速度三各不三相同三，且三其声三速还三取决三于固三体介三质的三性质三（密三度、三弹性三模量三、泊三松比三），三所以三声速三是表三征介三质声三学特三性的三一个三参数三。另三外，三声通三的大三小还三与固三体介三质的三边界三条件三有关三。二、三声波三在介三质中三的传三播速三度1、三纵波三声速在无三限大三固体三介质三中传三播的三纵波三声速三：(1三.1三1)式中三：E——三杨氏三弹性三模量三；γ——三泊松三比；ρ——三密度三。在有三限固三体介三质中三传播三时，三则形三成制三导波三，其三速度三变小三。2、三横波三声速在无三限大三固体三介质三中传三播的三横波三声速三：三(三1.三12三)式中三：G——三切变三弹性三模量三。3、三材料三的弹三性参三数与三声速三值下表三列出三了部三分材三料的弹性三参数与声速三值。部分三材料三的弹三性参三数、三声速三和特三性阻三抗表3三.1三-2通过三对固三体介三质声三速的三讨论三可以三看出三：通过三对固三体介三质声三速的三讨论三可以三看出三：（1三）介三质的三弹性三性能三愈强三即E或G愈大三，密三度ρ愈小，三则声三速愈三高。（2三）把三（1三.1三1）三、（三1.三12三）两三式相三除，三得到三纵、三横波速三度之三比：(1三.1三3)对于三一般三固体三介质三λ大三约在三0.三33三左右三，故νp／三νs≈2三。混三凝土三的泊三松比三介于三0.三20三、0三.3三0之三间，三因此νp／νs介于三1.三63三～1三.8三7之三间，三即在混三凝土三中，三纵波三速度为三横波三速度三的1三.6三3～三1.三87三倍。声波三在无三限大三介质三中传三播只三是在三理论三上成三立。三实际三上任三何介三质总三有一三个边三界。三当声三波在三传播三中从三一种三介质三到达三另一三种介三质时三，在三两种三介质三的分三界面三上，三一部三分声三波被三反射三，仍三然回三到原三来介三质中三，称三为反射三波；另三一部三分声三波则三透过三界面三进入三另一三种介三质中三继续三传播三，称三为折射三波（透三射波三）。三声波三透过三界面三时，三其方三向、三强度三、波三型均三产生三变化三。这三种变三化取三决于三两种三介质三的特性三阻抗和入射三波的三方向。现三分垂直三入射和倾斜三入射两种三情况三来讨三论。三、三声波三在介三质界三面的三反射三与透三射1、三垂直三入射（1三）单三一的三平面三界面当平三面波三垂直三入射三到一三个光三滑平三面界三面时三，将三产生三一个与入三射波三方向三相反三的反三射波和一三个与入三射波三方向三相同三的透三射波（图三1-三10三）。三这是三波入三射到三界面三上时三最简三单的三情况三。先讨三论入射三波、反射三波和透射三波声三压之间三的关三系。在界三面上三，用三反射三波声三压pr与入三射波三声压p0的比三值表三示声压三反射三率R，即三：(1三.1三4)用透三射波三声压Pd与入三射波三声压p0的比三值表三示声三压透射率三D即三：(1三.1三5)界面三两侧三两种三介质三的特三性阻三抗分三别为三Z1和Z2。（2三）异三质薄三层的三反射三与透三射当声三波在三一种三介质三中传三播时三，有三时会三遇到三第二三层介三质的三薄层三，如三混凝三土裂三缝就三是这三种情三况。三这种三情况三下将三产生三多次三反射三与透三射，三情况三要更三复杂三一些三。2、三倾斜三入射当声三波在三一种三介质三中倾三斜入三射到三另一三介质三界面三时，三将产三生方向、角度及波形的变三化。三和光三的传三播类三似，三声波三在界三面上三方向三和角三度的三变化三服从反射三定律和折射三定律，如三图1三-1三1。反射三定律三：入射三角（i）的三正弦三与反三射角三（β）三的三正弦三之比三等于三入射三波与三反射三波速三度之三比。三由三于三入射三波与三反射三波在三同一三介质三中，三其速三度相三等，三所三以入三射角三等于三反射三角（i=β）。折射三定律三：入射三角（i）的三正弦三与折三射角三（θ）三的正三弦之三比等三于入三射波三与折三射波三速度三之比三，即三：三(1三.1三6）图1三-1三1三流三体界三面上三声波三的反三射与三折射三图三1-三12三固体三界面三上声三波的三反射三与折三射以上三情况三可以三在流三体（三气体三、液三体）三的分三界面三看到三。在三这种三情况三下，三介质三中只三有单三一的三波-三纵波三出现三。在固三体介三质分三界面三的情三况则三复杂三一些三。当三一种三波（三例如三纵波三）入三射到三固体三分界三面时三，不三仅波三方向三发生三变化三且波三型也三发生三变化三，分三离为反射三纵波三、反三射横三波，三折射三纵波和折射三横波。各类三波的三传播三方向三（即反射三角与折射三角）各三不相三同，三如图三1-三12三所示三。各种三类型三波的三传播三方向三的变三化亦三符合三几何三光学三中的反射三定律和折射三定律。其三数学三表达三式如三下：(1三.1三7)ν1p,ν2p——三纵波三在第三一、三二介三质中三的传三播速三度；ip,βp，θp——三纵波三入射三角、三反射三角、三折射三角；βS，θS——三横波三反射三角、三折射三角。增大三入射三波的入射三角，则三折射三波的折射三角亦随三之增三大。三如果三入射三波是三纵波三，且ν1p<ν2p则由三（1三.1三5）三式可三知，θp>ip,即三折射三角大三于入三射角三。当ip增大三，θp也增三大，三当θp＝9三0°三时，三此时三的入三射角三叫第一三临界三角，用三符号三i1；表三示。三显然三，当三入射三角大三于第三一临三界角三时，三第二三种介三质中三只有三折射三横波三存在三，如三图1三-1三3。三这是三一种三获得三横波三的方三法。第一三临界三角三(三1.三18三)当θ=9三0°三时，三此时三的入三射角三叫第二三临界三角，用三符号三i2表示三，如三图1三-1三4。第二三临界三角三(三1.三19三)图1三-1三3三第一三临界三角三图三1-三14三第二三临界三角声波三在介三质中三传播三过程三中其振幅将随三传播距离的增三大而三逐渐三减小三的现三象为衰减。声三波衰三减的三大小三及其三变化三不仅三取决三于所三使用三的超声三频率三及传三播距三离，也三取决三于被三检测三材料三的内部三结构及性能。因三此研三究声三波在三介质三中的三衰减三情况三将有三助于三探测三介质三的内三部结三构及三性能三。四、三声波三在传三播过三程中三的衰三减固体三材料三中声波三衰减主要三有以三下几三个方三面的三原因三：（1三）吸三收衰三减：声波三在固三体介三质中三传播三时，三由于三介质三的粘三滞性三而造三成质三点之三间的内摩三擦，从三而使三一部三分声能三转变三为热三能。（2三）散三射衰三减：当介三质中三存在颗粒三状结三构（如三固体三介质三中的三颗粒三、缺三陷、三掺杂三物等三）而三导致三声波三能量三的衰三减。三如在三混凝三土中三一方三面其三中的三粗骨三料构三成许三多声三学界三面，三使声三波在三这些三界面三上产三生多三次反三射、三折射三和波三型转三换；三另一三方面三微小三颗粒三在超三声波三的作三用下三产生三新的三震源三，向三四周三发射三声波三，使三声波三能量三的扩三散到三达最三大。（3三）扩三散衰三减：声波三发射三器发三出的三超声三波束三都有三一定三的扩散三角。波三束的三扩散三，导三致能三量的三逐渐三分散三，从三而使三单位三面积三的能三量随三传播三距离三的增三加而三减弱三。致密三、强三度高的混三凝土三声衰三减系三数小三，相三对接三收波三幅大三；强度三低或存在三缺陷混凝三土衰三减系三数大三，相三对接三收波三幅小三。当三混凝三土质量三差或存在三缺陷时接三收到三的声三信号三中高三频已损失，频三率变三低。五、三混凝三土中三的声三波特三性声学三原理三中所三讨论三的声三波指三的都三是连三续的余弦三波，而三实际三上超三声仪三发射三换能三器所三发射三的超三声波三却是脉冲三超声三波。脉冲三超声三波有以三下特三点：（1三）重三复间三断发三射。发射三换能三器发三出的三超声三波不三是连三续不三断的三，而三是以三一定三重复三频率三（1三00三Hz三或5三0H三z）三间断三地发三射出三一组三组超三声脉三冲波三，如三图1三-1三5所三示。三这就三是所三谓超声三脉冲三波。三虽然三脉冲三波与三连续三波不三一样三，但三是前三面所三推导三的单三一界三面的三反射三率和三透射三率公三式仍三然能三适用三。至三于异三质薄三层的三反射三率和三透射三率的三公式三只有三在异三质薄三层相三对于三脉冲三宽度三很窄三时（三例如三裂缝三），三脉冲三波相三当于三连续三波时三，该三式才三适用三。（2三）脉三冲超三声波三不具三有单三一频三率而三是所三谓复三频波三。也就三是说三，这三一组三超声三波由三许多三不同三频率三的余三弦波三组成三。当三然，三它也三有其三固有三的主三频率三，这三就是三换能三器上三的标三称频率。这三种复频三超声三波在有三频散三现象三的介三质中三传播三时，三各种三频率三成分三的波三将以三不同三速度三传播三，这三就使三得脉三冲波三形将三随传三播距三离的三增大三而发三生畸弯，变三成如三图1三-1三6所三示，三脉冲三开始三部分三的频三率比三后面三部分三要高三，后三面愈三来愈三平坦三变宽三。图1三-1三5超三声脉三冲波三图三1-三16三脉冲三传播三过程三中的三畸变由于三声波三的衰三减与三频率三有关三，频三率越三高衰三减越三大，三因此三在脉三冲超三声波三传播三时由三于衰三减将三引起三主频三率向三低步三侧的三漂移三，即三所谓频漂。第二三部分三检测三技术超声三波检三测混三凝土三缺陷三的基三本原三理超声三波检三测混三凝土三灌注三桩完三整性三方法三的适三用范三围超声三波检三测仪三器与三设备采用三超声三脉冲三检测三混凝三土缺三陷的三基本三依据三是，三利用三脉冲三波在三技术三条件三相同三（指三混凝三土的三原材三料、三配合三比、三龄期三和测三试距三离一三致）三的混三凝土三中传播的时间（或速度）、三接收三波的振幅和频率等声三学参三数的三相对三变化三来判三定混凝三土的三缺陷。一、三超声三波法三检测三混凝三土缺三陷的三基本三原理超声三脉冲三波在三混凝三土中三传播三速度三的快三慢，三与混三凝土三的密实三度有直三接关三系，三对于三原材三料、三配合三比、三龄期三及测三试距三离一三定的三混凝三土来三说，声速三高则三混凝三土密三实，相三反则三混凝三土不三密实三。当三有空洞三或裂三缝存在三时，三便破三坏了三混凝三土的三整体三性，三超声三脉冲三波只三能绕过空洞三或裂三缝传三播到三接收三换能三器，三因此三传播三的路程三增大，测三得的声时必然偏长或声速三降低。另三外，三由于三空气三的声三阻抗三率远三小于三混凝三土的三声阻三抗率三，脉三冲波三在混三凝土三中传三播时三，遇三到蜂窝三、空三洞或裂缝等缺三陷，三便在三缺陷三界面三发生反射和散射，声三能被三衰减三，其三中频三率较三高的三成分三衰减三更快三，因三此接三收信三号的波幅明显三降低三，频率明显三减小三或频三率谱三中高三频成三分明三显减三少。三再者三经过三缺陷三反射三或绕三过缺三陷传三播的三脉冲三波信三号与三直达三波信三号之三间存三在声三程和三相位三差，三叠加三后互三相干三扰，三致使三接收三信号三的波三形发三生畸变。根据三上述三原理三，可三以利三用混三凝土声学三参数三测量三值和相对三变化综合三分析三，判三别其三缺陷三的位置和范围，或三估算三缺陷三的尺寸。二、三超声三波检三测混三凝土三灌注三桩完整三性方三法的三适用三范围基桩三声波三透射三法是一三种检三测混三凝土灌注三桩完三整性的有三效手三段，三它是三利用声波三的透三射原三理对桩三身混三凝土介质三状况进行三检测三，因三此仅三适用三于在三灌注三成型三过程三中已三经埋三了两根三或两三根以三上声三测管的基三桩。在桩三身预三埋一三定数三量的声测三管，通三过水的三耦合，超三声波三从一三根声三测管三中发射，在三另一三根声三测管三中接收，或三单孔三中发三射并三接收三，可三以测三出被三测混三凝土三介质三的声学三参数。由三于超三声波三在混三凝土三中遇三到缺三陷时三会产三生绕射三、反三射和折射，因三而到三达接三收换三能器三的声时三、波三幅及主频发生三改变三。超三声波三法就三是利三用这三些声三波特三征参三数来三判别桩身三的完三整性三。对跨孔三透射三法，当三桩径三较小三时，三声测三管间三距也三较小三，其测试三误差相对三较大三，同三时预三埋声三测管三可能三引起三附加三的灌三注桩施工三质量问题三。因三此，三超声三波检三测方三法适三用于三检测直径三不小三于8三00三mm的混三凝土三灌注三桩的三完整三性，三它包三括跨孔三透射三法和单孔三折射三法。单三孔折三射波三法是三根据三上部三结构三对基三桩的三质量三要求三，检三测钻芯三孔孔三壁周三围的混三凝土三质量三。用超三声波三法检三测钻三孔灌三注桩三完整三性的三优点三在于结果三准确三可靠三，不三受桩三长、三桩径三限制三，无三盲区（声三测管三范围三内都三可检三测）三，可测三桩顶三低强三区和桩底三沉渣三厚度三，桩三顶不三露出三地面即可三检测三，方三便施三工，三也可粗略三估测三混凝三土强三度。1、三超声三波仪超声三波仪三是混三凝土三灌注三桩缺三陷检三测的三基本三装置三。它三的作三用是产生三重复三的电三脉冲三并激三励发三射换三能器。发三射换三能器三发射三的超三声波三经耦三合进三入混三凝土三，在三混凝三土中三传播三后被三接收三换能三器接三收并三转换三为电三信号三，电三信号三送至三超声三仪，三经放三大后三显示三在示三波屏三上。三自6三0年三代开三始生三产第三一代三电子三管超三声仪三至今三已发三展为三第四三代智三能数三字式三超声三仪，三见下三表：三、三超声三波检三测仪三器与三设备超声三波仪三的发三展概三况超声三波仪三的发三展概三况表3三.2三-1超声三波仪三的发三展概三况表3三.2三-1超声三检测三系统三应包三括三三大部三分：三即接收三信号三放大三器，三数据三采集三及处三理存三储器和径向三振动三换能三器等。三为了三提高三现场三检测三及室三内数三据处三理的三工作三效率三，保三证检三测结三果的三准确三性和三科学三性，三声波三测试三仪器三必须三具有实时三显示三波形三、分三析功三能及一发三双收三等功三能。声三波发三射应三采用三高压三阶跃三脉冲三或矩三形脉三冲，三其电三压最三大值三不应三小于三10三00V，且三分档三可调三。数三字式三超声三波仪三的基三本工三作原三理框三图见三图2三-1三所示三。图2三-1三数字三式超三声仪三的基三本原三理超声三波仪三除了产生三、接三收、三显示超声三波外三，还三必须三量测三超声三波的三有关三参数三，如声传三播时三间、三接收三波振三幅、三频率等。三其接三收放三大器三与数三据采三集器三的主三要技三术指三标要三求如三下：(1三)仪三器接三收放三大器三频率三响应三范围三（频三带）三应有足够三宽度，一三般为三5～三20三0kH三z，其三下限三不宜三降低三，否三则不三利于三滤去三因换三能器三绝缘三性能三降低三而产三生的三低频三信号三，造三成自三动判三读时三丢波三和错三判现三象。三增益三不应三小于三10三0dB，放三大器三的噪三声有三效值三不大三于三2μs，波三幅测三量范三围不三小于三8三0dB，测三量误三差小三于1dB。(2三)三为满三足最三大测三距的三要求三，仪三器的三计时三显示三范围三应大三于2三00三0μs，保三证有三足够三的扫三描延三迟时三间及三声时三显示三位数三，并三应具三有良三好的三稳定三性，三声时三显示三调节三在2三0～三30μs范围三内，三2小三时内三声时三显示三的漂三移应三不大三于±三0.三2μs，且三不允三许发三生间三隔跳三动。(3三)仪器三应有三较好三的接三收灵三敏度三（即三对微三弱信三号的三接收三分辨三能力三）。三一般三要求三接收三灵敏三度≤三50μν，该三参数三取决三于仪三器的三放大三能力三和信三噪比三水平三，提三高灵三敏度三可以三加大三穿透三距离三，提三高对三微弱三信号三的识三别能三力。三为满三足混三凝土三试件三声速三测量三精度三的要三求，三测时三最小三分辨三度为三0.三5μν，计三时误三差不三大于三2％三。(4三)三采集三器模三数转三换精三度不三应低三于8bi三t，采三样频三率不三应小三于1三0MH三z，最三大采三样长三度不三应小三于3三2kB。(5三)三仪器三宜具三有示三波屏三显示三波形三和游三标测三读功三能，三以便三较准三确的三测读三声时三、振三幅及三频率三等参数三。若三采用三整形三自动三测读三时，三检测三混凝三土测三距不三宜超三过l三m（三以软三件判三别方三法自三动测三读的三智能三超声三仪除三外）三。(6三)三为了三提高三现场三测试三效率三，仪三器应三有自三动测三读、三信号三采集三、存三储和三处理三系统三，适三于一三般现三场测三试情三况下三的温三度、三电源三变化三条件三。常用三换能三器按三波型三不同三分为纵波三换能三器与横波三换能三器，分三别用三于纵三波与三横波三的测三量。三目前三，一三般检三测中三所用三的多三是纵波三换能三器。以三发射三和接三收纵三波为三目的三的换三能器三，又三分为平面三换能三器、三径向三换能三器以及一发三多收三技能三器，见三图2三-2三。2、三径向三振动三换能三器图三2-三2三换三能器三的分三类换能三器的三种类三需根三据被三测结三构物三的测三试要三求和三测试三条件三确定三。测三桩所三用的三换能三器应三是柱三状径三向换三能器三，其三主频三宜为三25三～5三0k三HZ三，长三度宜三为2三0c三m。三收、三发换三能器三的导三线均三应有三长度三标注三，其三标注三允许三偏差不应三大于三10三mm。为三提高三接收三换能三器的三灵敏三度，三可在三换能三器中三安装前置三放大三器。前三置放三大器三的频三带宽三度宜三为5三～5三0k三Hz三。由三于换三能器三在深三水中三工作三，其三水密三性应三满足三在1M三Pa三水压下不三漏水三。换能三器频三率的三选择三需综三合考三虑测距三、声三波的三衰减三程度三、测三试精三度等。三测距三越大三，衰三减越三大，三选用三换能三器的频率三越低；混三凝土三质量三越差三，强三度越三低，三龄期三越短三，对三声波三的衰三减越三大，三使用频率三越低；在三满足首波三幅度三测读三精度的条三件下三，宜三选用三较高三频率三换能三器。三对于三一般三的正三常混三凝土三，换三能器三频率三选择三可参三见表三2-三2。表2三-2三换能三器的三分类单孔三检测三采用一发三双收三一体三型换三能器，其三发射三换能三器至三接收三换能三器的三最近三距离三不应三小于30三0m三m，两三接收三换能三器的三间距三宜为20三0m三m。3、三声测三管声测三管是三进行三超声三脉冲三法检三测时三换能三器进三入桩三体的三通道三。它三是灌三注桩三超声三脉冲三检测三系统三的重三要组三成部三分。三它在三桩内三的预三埋方三式及三其在三桩的三横截三面上三的布三置形三式，三将直三接影三响检三测结三果。三因此三，需三检测三的桩三应在三设计三时将三声测三管的三布置三和埋三置方三式标三入图三纸，三在施三工时应严三格控三制埋三置的三质量，以三确保三检测三工作三顺利三进行三。（1三）声三测管三的选三择，三以透声三率较三大、三便于三安装三及费三用较三低为原三则。三考虑三到公三路基三桩大三多数三是大三桩、三长桩三，加三上混三凝土三的水三化热三作用三及钢三筋笼三安放三和混三凝土浇三注过三程中三存在三较大三的作三用力三，容三易造三成检测三管变形三、断三裂，从三而影三响检三测工三作的三顺利三进行三。因三此，三声测三管应三采用强度三较高三的金三属管。（2三）声三测管三常用三的内三径规三格是50三～6三0m三m。为三了便三于换三能器三在管三中上三下移三动，三声测三管的三内径三通常三比径三向换三能器三的外三径大1三0m三m；当三对换三能器三加设三定位三器时三，声三测管三内径三应比三换能三器外三径大2三0m三m。（3三）在三声波三透射三法检三测中三，超声三波特三征值仅与三收、三发检三测管三间连三线两三边窄三带区三域三（声三测剖三面）三的混凝三土质三量密切三相关三。当三灌注三桩的三直径三增大三时，三每组三声测三管间三超声三波的三混凝三土检测三范围三占桩三截面三积比三例减三小，不三能反三映桩三身截三面混三凝土三的整三体质三量状三况，三因此三，声三测管三的数三量及三布置三方法三决定三了桩三身混三凝土三实际的三检测三面积三和检三测范三围，三对直三径大的三桩必三须增三加声三测管三的数三量。三一般三桩径三小于三80三0m三m时三，沿三直径三布置三两根三声测三管，三构成一个三声测三剖面；桩三径为三8三00三～1三50三0m三m时三，应三按等三边三三角形三均匀三布置三三根三声测三管，三构成三个三声测三剖面；桩三径大三于1三50三0m三m时三，应三按正三方形三均匀三布置三四根三声测三管，三构成六个三声测三剖面，如三图2三-3三图中三的阴三影区三为检三测的三控制三面积三。图三2-三3三声三测管三布置三方式（4三）由三于声三测管三间距三随深三度的三变化三难以三确定三，各三深度三处的三声速三只能三采用三桩顶三二根三声测三管的三距离三来计三算，三因此三，为三减少三偏差三必须三将声三测管三牢固三焊接三或绑三扎在三钢筋三笼的三内侧三，并三在相三邻声三测管三之间三焊接等长三水平三撑杆，保三持管三与管三之前三互相三平行三且定三位准三确。三为避三免产三生漏三浆、三漏水三和因三焊渣三造成三管内三堵塞三问题三，声三测管三不应三采用三对焊三方法三连接三，而三应采三用螺纹三连接，声三测管三埋设三至桩底三并封三闭，管三口高三出桩三顶面三30三0m三m以三上并加盖。（5三）根三据公三路工三程的三特点三和便三于了三解桩三身缺三陷存三在的三方位三，声三测管三埋设三时宜三将其三中一三根对准三线路三前行三方向。以三路线三前进三方向三的顶三点为三起始三点，按顺三时针三旋转三方向三进行三编号三和分三组，三每二三根编三为一三组。第三三部分三测三试方三法测试三方法检测三数据三分析三与评三定桩身三混凝三土质三量评三价检测三报告1、三检测三前的三准备（1三）在三检测三前应三进行三现场三调查三，多三方面三收集三基桩三的技三术资三料，三如工三程地质三资料三、基三桩设三计图三纸和施工三记录三、监三理日三志等，三了解施工三工艺及施三工过三程中三出现三的异常三情况，这三对判三定异三常信三号产三生的三真实三原因三十分三有益三。同三时还三应根三据调三查结三果和三检测三的目三的，三制定三相应三的检测三方案。检三测方三案包三括：工程三概况三，目三的与三任务三，方三法与三技术三，仪三器设三备，三检测三场地三要求三，检三测人三员和三时间三安排三，检三测报三告等。一、三测试三方法（2三）检三测的三时间三应满三足混凝三土强三度龄三期的要三求。三为保三证检三测结三果的三可靠三性，三同时三考虑三到混三凝土三在龄三期1三4天三后的三超声三波波三速等三特性三参数三变化三已经三趋于三平缓三，一三般要三求超三声波三检测混凝三土灌三注桩三的龄三期应三大于三14三天。（3三）检三测前三应冲三洗声三测管三，以三保证三换能三器在三全程三范围三内升降三顺畅。声三测管三内灌满三清水做为三偶合三剂，三因声三测管三中的三浑浊三水将三明显三甚至三严重三加大三声波三衰减三和延三长传三播时三间，三给声三波检三测结三果带三来误三差。三对利三用取三芯孔三进行三单孔三超声三波混三凝土三质量三检测三，在三检测三前也三应进三行孔内三清洗，取三芯孔三的垂三直度三误差不应三大于三0.三5％。（4三）标定超声三波检三测仪三从发三射至三接收三仪器三系统三产生三的系统三延迟三时间三t0。将三发、三收换三能器三平行三置于三清水三中的三同一三高度三，其三中心三间距三从4三00三mm三左右三开始三逐次三加大三两换三能器三之间三的距三离，三同时三定幅三测量三与之三相应三的声三时，三再分三别以三纵、三横轴三表示三间距三和声三时作三图，在声三时横三轴上三的截三距即三为t0。为三保证三测试三精度三，两三换能三器间三距的三测量三误差三不应三大于三0.三5％三，测三量点三不应三少于三5个三点。（5三）用三直径三明显三大于三换能三器的三圆钢三疏通三声测三管，三并记三录深三度，三准确三量测声测三管的三内、三外径三和两三相邻三声测三管外三壁间的距三离，三量测三精度三为±三1m三m。2、三测试三装置三形式灌注三桩的三测试三装置三形式三主要三有：1）水平三同步三平测，一三对换三能器三分别三置于三两个三对应三声测三管中三，位三于同一三高度进行三测试三；2）等差三同步三斜测，一三对换三能器三分别三置于三两个三对应三声测三管中三，但三不在三同一三高度三，保持三一定三高程三差进行三测试三；3）扇形三扫测，一三对换三能器三分别三置于三两个三对应三声测三管中三，保三持一三个换三能器三高度位置三固定，另三一个三换能三器以一定三的高三程差三上下三移动进行三测试三，如三图3三-1三。图三3-三1三测三试装三置示三意3、三检测三方法（1三）径向三换能三器在三水平三方向三具有三一定三的指三向性三，为三了保三证测三点间三声场三对桩三身混三凝土三的覆三盖面三，防三止缺三陷的三漏检三，上、三下相三邻两三测点三的间三距宜三为2三50三mm三。测试三时，三发射三与接三收换三能器三以相三同标三高同步三升降，测三试中三，对三收、三发换三能器三所在三的深三度随三时校三准，三其累三计相对三高程三误差三控制三在2三0m三m以三内，避三免由三于过三大的三相对三高程三误差三而产三生较三大的三测试三误差三。（2三）声三波透三射法三检测三混凝三土灌三注桩三质量三中，声时和波幅是两三个重三要指三标，三其中三波幅三对混三凝土三内部三缺陷三的反三应往三往比三声时三更具敏感三性。在三实际三检测三中，波幅三是一三个相三对量，而三声时三又是三根据三波形三的起跳三点来三确定的。三因此三，为三了使三不同三位置三处的三检测三数据三具有三可比三性和三应用三价值三，在三同一三根桩三的检三测过三程中三，声三波发三射电压三和放三大器三增益等参三数应保持三不变，并三进行等幅三测试。（3三）对三声时三值和三波幅三值的可疑三点应三进行三复测。对三于声三时值三和波三幅值三出现三异常三的部三位，三应采三用水平三加密三、等三差同三步或扇形三扫测等方三法进三行细测，结三合波三形分三析确三定桩三身混凝三土缺三陷的三位置三及其三严重三程度。其三中水三平加三密细三测是三基本三方法三，而三等差三同步三和扇三形扫三测主三要用三于确三定缺三陷位三置和三大小三，其三发、三收换三能器三连线三的水三平夹三角一三般为30三°～三40三°。（4三）常三规超三声波三测试三方法三可以三得到三灌注三桩沿三桩长三方向三的粗三略质三量分三布情三况。CT三层析三成像三技术配有三专门三的分三析软三件，三适宜三于对三局部三可疑三区域三或重三要结三构进三行重三点加三密细三测，三并可三对桩三身缺三陷进三行定量三分析，其三方法三测试三流程三图见三图3三-2。（5三）同三一根三桩中三有三三根以三上声三测管三时，三以每三两个三管为三一个三测试三剖面三分别三测试三。并三在测三试过三程中保持三测试三系统三状态三参数三不变。图三3-三2三混三凝土三灌注三桩的三测试三流程目前三桩身三混凝三土缺三陷判三别主三要依三据于实测三声速三、波三幅及其三随深三度的变化三曲线并根三据声速三判据三、波三幅判三据和PS三D判三据综合三分析三桩身三质量三及混三凝土缺陷三程度。二、三检测三数据三分析三与评三定1、三判断三桩内三缺陷三的基三本物三理量在钻三孔灌三注桩三的检三测中三所依三据的三基本三物理三量有三以下三四个三：（1三）声三速：超声三波在三混凝三土中三传波三的速三度。三当超三声波三在传三播过三程中三遇到三混凝三土缺三陷时三将产三生绕射，此三时超三声波三在混三凝土三中传三播的时间三加长，计三算出三的声速三也降三低。一三般来三说声三速指三标比较三稳定三，重三复性三好，数三据有三可比三性，三但对三桩身三缺陷三反应不够三敏感。（2三）波三幅：超声三波在三缺陷三界面三产生反射三、散三射，三能量三衰减三，波三幅降三低。采三用波三幅指三标进三行缺三陷判三断时三，要三求波三幅值三有可比三性。即三仪器三、换三能器三、信三号线三等测三试系三统不三变，三发射三电压三、采三样频三率等三测试三参数三不变三，测三距相三同，三测试三角度三相同三，这三样的三测试三数值三才有三可比三性。三波幅三变化三受表三面耦三合状三态的三影响三较大三，因三此应三保持三传感三器与三混凝三土灌三注桩三之间三有良好三的耦三合状三态。波三幅变三化对三桩身三缺陷三的反三应就比较三很敏三感。（3三）主三频（三或频三谱）三：超声三脉冲三是复三频波三，具三有多三种频三率成三分，三当它三穿过三混凝三土后三，各三频率三成分三在遇三到缺三陷时三衰减三程度三不同三，高三频部三分比三低频三部分三衰减三严重三，因三而使三接收三信号三的主三频率三向低三频端三漂移三（频三移）三。（4三）波三形畸三变：由于三超声三脉冲三在缺三陷界三面反三射和三折射三，形三成波三线不三同的三波束三，这三些波三束由三于传播三路径不同三，或三由于三界面三上产三生波型三转换而形三成横三波等三原因三，使三得到三达接三收换三能器三的时三间不三同，三因而使接三收波三成为三许多三同相三位或三不同三相位三波束三的叠三加波三，导三致波三形畸三变。实三践证三明，三凡超三声波三在传三播过三程中三遇到三缺陷三，其三接收三波形三往往三产生三畸变三，所2、三声时三修正三值的三计算当声三波从三某一三声测三管传三播至三另一三声测三管时三，将三通过三耦合三的水和金属三声测三管，因三此必三须进三行声时三修正。其三声时三修正三的计三算公三式：(3三.1三)式中三：t‘——声时三修正三值（三μs三）；D——三声测三管外三径（三mm三）；d'—三—声三测管三内径三（m三m）三；d'——三换能三器外三径（三mm三）；νt——三预埋三声测三管的三声速三值（三km三/s三）；νw——三水的三声速三值（三km三／s三）。对钢三质声三测管三，波三速一三般可三取58三00三m／三s；三20三°C时水三的声三速可三取14三80三m/三s。3、