基桩的声波透射法检测-摘自实用桩基工程手册.docx

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1、基桩的声波透射法检测1 .基本原理及方法混凝土是由多种材料组成的多相非匀质体。对于正常的混凝土，声波在其中传播的速度是有 肯定范围的，当传播路径遇到混凝土有缺陷时，如断裂、裂缝、夹泥和密实度差等，声波要 绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过，声波将发生衰减，造成传播时间延长，使声时增 大，计算声速降低，波幅减小，波形畸变，利用超声波在混凝土中传播的这些声学参数的变 更，来分析推断桩身混凝土质量。声波透射法检测桩身混凝土质量，是在桩身中预埋24根声测管。将超声波放射、接收探 头分别置于2根导管中，进行声波放射和接收，使超声波在桩身混凝土中传播，用超声仪测 出超声波的传播时间t、波幅A及频率f等物

2、理量，就可推断桩身结构完整性。2 .适用范围声波透射法适用于检测桩径大于0.6m混凝土灌注桩的完整性，因为桩径较小时，声波换能 器与检测管的声耦合会引起较大的相对测试误差。其 桩长不受限制。I-超声检测仪；2发射换能器； 3接收换住器；4一声测臂；5一痛注班3 .仪器设备(1)试验装置声波透射法试验装置包括超声检测仪、超声波发射及接收换能器(亦称探头)、预埋测管等，也有加上 换能器标高限制绞车和数据处理计算机。其装置见图37-21 o(2)超声检测仪的技术性能应符合下列规定：接收放大系统的频带宽度宜为550kHz,增益应大于IoOdB,并带有。60 (或80) dB的衰减器，其 辨别率应为Id

3、B,衰减器的误差应小于IdB,其档间误 差应小于1%。放射系统应输出250IoOoV的脉冲电压，其波形 可为阶跃脉冲或矩放射系统应输出250IoOOV的脉冲 电压，其波形可为阶跃脉冲或矩形脉冲。显示系统应同时显示接收波形和声波传播时间，其显示时间范围宜大于300 s,计时精度 应大于1 us,仪器必需稳定可行，2h中声时漂移不得大于0.2 us。(3)换能器应采纳柱状径向振动的换能器，将超声仪发出的电脉冲信号转换成机械振动信 号，其共振频率宜为2550kHz,外形为圆柱形，夕卜径30mm,长度200mm。换能器宜装 有前置放大器，前置放大器的频带宽度宜为5-50kHzo绝缘电阻应达5M,其水密

4、性应 满意在IMPa水压下不漏水。桩径较大时，宜采纳增压式柱状探头。(4)声测管是声波透射法检测装置的重要组成部分，宜采纳钢管、塑料管或钢质水纹管， 其内径宜为5060m。4 .测试技术(1)预埋声测管应符合下列规定：桩径0.6LOm应埋设双管；1.02.5m应埋设三根管；桩径2.5m以上应埋设四根。见图 3722声测管布置方式。声测管底端及接头应严格密封，保证管外泥冰在IMPa压力下不会渗入管内。上端应加盖。 声测管可焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，检测管之间应相互平行。在检测管内应注满清水。(2)现场检测前应测定声波检测仪放射至接收系统的延迟时间to,并应按下式计算声时修 正值t：t =(D-d

5、)Vt+(d-d z )Vw(37-52)式中 D检测管外径(mm)； d 检测管内径(mm)；d 换能器外径(mm)； V1检测管壁厚度方向声速(km / s)；VW一水的声速(km/s)； T一一声时修正值(s)将发、收换能器置于水中，间距0.5m左右，接收信号波幅调整到二或三格，变更发、收换 能器间距，测量不同距离的声时值，按时距曲线求出S值。(3)检测步骤应符合下列要求：接收及放射换能器应在装设扶正器后置于检测管内，并能顺当提升及下降。测量时上述放射与接收换能器可置于同一标高，当放射与接收换能器置于不同标高时，其水 平测角可取3040。测量点距2040cm。当发觉读数异样时，应加密测量

6、点距，以保证测点间声场可以覆盖而 不至漏测。放射与接收换能器应同步升降。各测点放射与接收换能器累计相对高差不应大于2cm,并应 随时校正。检测宜由检测管底部起先，放射电压值应固定，并应始终保持不变，放大器增益值也应始终 固定不变。调整衰减器的衰减量，使接收信号初至波幅度在荧光屏上为2或3格。由光标确 定首波初至,读取声波传播时间及衰减器衰减量,依次测取各测点的声时及波幅并进行记录。 一根桩有多根检测管时，应将每2根检测管编为一组，分组进行测试，见图3722。H每组检测管测试完成后，测试点应随机重复抽测10%20%。其声时相对标准差不应大于 5%；波幅相对标准差不应大于10%。并对声时及波幅异样

7、的部位应重复抽测。测量的相对标准差可按下式计算：(37-53)(37-54)式中。I 声时相对标准差；Oa波幅相对标准差；t 一一第i个测点声时原始测试值(US)； A 一一第i个测点波幅原始测试值(dB)；tji一一第i个测点第j次抽测声时值(HS)； Aji一一第i个测点第j次抽测波幅值(dB)。5 .检测数据的处理与判定(1)由现场所测的数据应绘制声时一深度曲线及波幅(衰减值)一深度曲线。其声时L及 声速VP应按下列公式计算：tc-t-to-t (37-55)Vp=ltc(37-56)式中IC一一混凝土中声波传播时间(PS)； / 一声时原始测试值(us)；to一一声波检测仪放射至接收系

8、统的延迟时间(US)；一 一一声时修正值(US)； I一一两个检测管外壁间的距离(mm)；匕一混凝土声速(km/s)。(2)桩身完整性应按下列规定判定：应采纳声时平均值U1与声时2倍标准差。i之和作为判定桩身有无缺陷的临界值；并应按下(37-57)列公式计算:(37-58)式中n一一测点数；tci一一混凝土中第i测点声波传播时间(s);P t声时平均值(口 s); O(声时标准差。亦可按声时一深度曲线相邻测点的斜率KIZ及相邻两点声时差值T的乘积Ktz-Ai作为缺陷的判据：Klz=(tcrtci-)(Zi- Zi-)(37-59)t=tci-tci.(37-60)Klz l=(tci-tci-

9、)7(Zi- Zm)(37-61)式中 tci第i测点的声时(P s)； tci-1第i1测点的声时(PS)；Zi一一第i测点的深度(m)； Zi-一一第i1测点的深度(m)。Klz - 3值能在声时一深度曲线上明显地反映出缺陷的位置及性能，可结合山+ 2。直进行 综合判定。波幅(衰减量)比声速对缺陷反应更灵敏，可采纳接收信号能量平均值的一半作为推断缺陷 临界值。波幅值以衰减器的衰减量q表示。波幅推断的临界值qD有下列关系：Qd= 口 q-6(37-62)Pq= 5(3763)式中Uq衰减量平均值(dB)； qi第i测点的衰减量(dB)； n 测点数。对超越临界值的测区应进行缺陷分析与推断。桩

10、的完整性宜采纳上述判据，并辅以接收波形的视频率做进一步的综合判定。在作出缺陷判 定后，如需判定桩身缺陷尺寸及空间分布，宜进一步采纳多点放射，不同深度接收的扇形测 量法，用多条交会的声线所测取的波速及波幅的异样加以判定。6 .工程实例福州某特大桥桩基础进行声波透射法检测，现场测试工作于1997年3月16日完成。拟建场地位于福州峡南，大桥基础采纳冲钻孔灌注桩，被测桩编号为Z4-5,桩径中 2500mm,桩长45.3m,桩身混凝土强度等级C25,桩端持力层为微风化岩，土层自上而下 为：粗砂，砂夹淤泥，砂卵石，微风化岩，详见该工程地质勘察报告。声波透射法按基桩低应变动力检测规程(JGJ/T93-95)

11、有关规定进行，桩内埋设4根测管，通过测量整个桩身检测区域内的超声波传播时间，视察接收到的信号幅度变更，来分析 推断桩身结构完整性。本次检测采纳CTS25型非金属超声检测仪，该桩基中一对测向的 声时一深度曲线见图37-23,该桩同图37-24 Z4-5口桩时域曲线：，实测时域曲线见囹37-24依据声波透射法检测结果分析，桩顶下77.5m处，I6.517.5m处及28.032.0m处均有 明显的波峰，前两个波峰处其Kq- %值（即PSD判据值）分别为200及580左右，这两 处缺陷为局部夹泥，而桩顶下28.0-32.0m处六对测向均无法接收到超声信号，推断该桩 28.032.0m处桩身混凝土严峻离析，不合格桩。由反射波法测得的时域曲线图3724可看出，该桩桩顶下32.0m处有与入射波同相位的明 显反射波，推断为该处桩身混凝土严峻离析，与声波透射法检测结果基本吻合。