基桩完整性的声波透射法自动检测技术

基桩完整性的声波透射法自动检测技术

研发部:王维刚

在各种桩基完整性检测方法中，声波透射法因其检测范围全面、检测结果准确可靠、不受桩长、桩径、场地的限制等特点已成为大直径、桩长较长的混凝土灌注桩完整性检测的重要手段，应用越来越普及。但以往的非金属超声检测分析仪用于基桩完整性检测时，只能通过人工提升换能器、人工观察深度并存储测试结果的方法实现，检测效率较低；同时由于多人配合，容易造成仪器操作与换能器提升的不同步，造成误测。为此，北京智博联科技有限公司在原有ZBL-U520型非金属超声检测仪的基础上，通过应用位移传感技术研制了ZBL-U520型非金属超声检测仪（自动测桩）。该仪器可自动记录传感器在声测管中的位置，自动记录预定测点的声参量及波形，并可同时对两个声测剖面进行自动检测，大幅度地提高了测试速度和测试效率。本文仅就U520自动测桩系统在桩基检测过程中的应用和一些使用心得进行阐述。一、

系统的原理及组成

U520自动测桩系统的组成示意图如图1所示，系统由超声仪、径向换能器、位移测量系统（深度记录轮、三角架、井口滑轮）、信号线等组成。其中超声仪和径向换能器组成超声脉冲测量部分，在测试过程中超声仪通过激发发射换能器发出超声波，同时通过接收换能器接收穿过桩身混凝土的接收波波形，实时地高速显示接收波形（几至十几幅/秒）并判读声参量。换能器在桩身内部移动的过程中，位移测量系统实时的将换能器在桩身中的位置传输给超声仪，当超声仪判断换能器的位置到达预定的测点位置时，自动存储该测点的声参量及波形，实现换能器在桩身（声测管）内部运动过程中，自动存储各测点的声参量及波形的目的。图1

自动测桩系统组成示意图二、现场测试方法

1、现场检测前的准备工作

①

依照相关规范要求将声测管注满清水、测量声测管内边距等；

②

架设深度记录滑轮；

方法1：将深度记录滑轮固定在三角架上，如图2所示。

方法2：将深度记录滑轮固定在声测管的管口上，如图3所示。

方法1在更换声测剖面时，只需要更换管口导向轮，一般尽量使用该方式。只有在现场狭小、不利于安放三角架时，才使用方法2。

图2

图3图4

三角架放置示意图

三角架的放置位置不宜离桩头过近，避免传感器导线与深度记录轮之间形成很大夹角，影响换能器的提升。在提升换能器过程中，三角架受力容易向测试人员方向倾倒，所以架设三角架时尽量将三角架的一角正对测试人员，如图4所示。

③安装管口导向轮：如果同一时间只测试一个剖面，只需使用两个管口导向轮，分别安装在正在测试的两个声测管上。2、测试桩长

①

第一种方法：将换能器下放到桩底，读取位于管口的传感器导线高度标记，计算桩长；

②

第二种方法：在传感器导线无高度标记或标记不准确的情况下，可以使用深度记录轮测试桩长。但此前应确保深度记录轮的提升精度准确。测试精度在0.2％左右，操作方法是：

a.将换能器通过深度记录轮、导向轮放置到桩头任一声测管中；

b.将超声仪置于自动模式，并进入测试状态，此时测试界面的“换能器位置”显示为0米；

c.匀速下放换能器，直至桩底，此时“换能器位置”处显示的值即为测试桩长；

d.可多次测量取平均值；

注：也可采用从下往上提升的方法测量。3、剖面的超声检测

①

将换能器放置到桩底，进行动态采样，将收、发换能器调整到同一水平位置。在认为某段桩身没有缺陷的情况下，可以上下移动某一只换能器，一般来讲，首波声时最小、幅度最大时，两个换能器处于同一水平位置；

②

调整好波形后，观察声速是否正常。确认无误后，按存储键，输入此时的测点位置，作为该剖面的测试起点，同时保存该测点；

③

确保首波清晰可见的情况下连续匀速提升换能器（提升速度不要超过1米/秒），提升过程中，若个别点自动判读不准确，但在首波清晰可见的情况下，可暂不予处理，待Windows平台分析处理时再进行人工重新判读；

④

随时观察右侧测试曲线，若出现若干点连续的声速或幅度异常（显示为红色），需及时将换能器放回重测，确认该位置声参量是否确实异常，并记录发生异常的剖面名称和高度；

⑤

完成所有剖面的测试后，对各剖面测试结果进行初步分析，剔除人为原因、声测管倾斜等因素造成的影响，最后确定是否有可疑区域，及区域的位置；对可疑区域进行加密、斜测或扇形测试；

注意：在所有测试过程中必须保证首波波形正确的显示在仪器的屏幕上，否则后续分析处理时，也无法找到首波并测读声参量。

只有在桩比较长，且场地条件较好时，才使用一发双收的方式同时测试两个剖面。否则由于传感器导线相互影响，测试效率并不会提高。二、常见问题分析

1、扶正器：测桩过程中，应经常观察扶正器的磨损情况并及时更换，否则会严重影响波形质量，并易出现首波反向；

2、提升精度：定期对提升系统的提升精度进行校核；

3、波形不理想的若干种情况分析：

波形不理想对最终测点声参量的判读结果影响很大，甚至导致无法判读。有可能导致波形形态不理想的原因一般有以下几种：

①扶正器磨损严重，导致换能器与声测管内壁剧烈摩擦，会使波形畸变或反向，应尽快更换新的扶正器；

②接收换能器前置放大部分损坏或使用不带前置放大器的接收换能器，导致波形很弱或者根本不可见，只能看到被放大的噪声信号。此时若将收、发换能器平行，近距离放置到水桶中，仍能观察到正常波形，只是波形幅度较低，应更换接收换能器或返回厂家进行修理；

③接收传感器导线损伤，导致渗水至传感器本体，此时换能器长时间干燥后，在空气中完好，入水一定深度波形异常，应更换接收换能器或返回厂家进行修理；

④发射换能器损坏，此时无发射信号，只能看到被放大的噪声信号，应更换发射换能器或返回厂家修理；

⑤桩身存在严重缺陷或声测管倾斜导致测管间距变得很大。此时可反复提升、下放换能器，观察出现此现象的区域是否固定且可重复，若是，