超声波透射法检测基桩混凝土完整性

若桩身缺陷太多，不能获得反映桩身混凝土正常波动下测值的平均值、 标准差时，应扩大检测范围或参考同一工程质量较稳定的桩的声速临界 值，来评定多缺陷桩。
采用概率法计算桩身混凝土声速临界值，只考虑了单边情况，即“小值 异常”情况，其原因如下：一方面环境条件恶劣或人为失误造成的过失 误差一般只会引起混凝土质量的恶化，即声速降低，而使测点的声速向 小值方向偏离正态分布；另一方面，即使出现“大值异常”，这样的偏 离是有利于工程结构安全的,不应判为异常点。
平测
单向 斜测
交叉 斜测
对可疑测点的细测
对可疑测点，先进行加密平测（换能器提升步长为 10~20cm），核实可疑点的异常情况，并确定异常 部位的纵向范围。
再用斜测法对异常点缺陷的严重情况进行进一步的 探测.斜测。就是让发、收换能器保持一定的高程差， 在声测管内以相同步长同步升降进行测试，而不是 象平测那样让发、收换能器在检测过程中始终保持 相同的高程。
声速异常时的临界值判据为：
vi ≤vc0
（5）
当式（5）成立时，声速可判定为异常。
概率法判据应注意的几个问题
以一个剖面的所有测点测值为统计样本，且测点总数不少于20个点，当 桩长很短时，可减小测点间距，加大测试点数。
由于临界值的计算是以正常混凝土的声速分布服从正态分布为前提，统 计计算正常波动下可能出现的最低值。因此参与统计的测点都是正常波 动散测度点增，大异（常sv变点大不）应，该平参均与值统降计低计（算vvmm变和小sv，）否，则影，响将 临使界计值算的统合计理的取离值。
将同一检测面各测点的声速值vi由大到小依次排序，即
v1 v2 ... vi ... vnk ...vn1 vn （1）
式中 vi——按序列排列后的第i个测点的声速测量值； n——某检测剖面的测点数；
k——逐一去掉（1）式vi序列尾部最小数值的数据个数。 对逐一去掉vi序列中最小值后余下的数据进行统计计算，
这 时三间部t的分差延异迟。构声成波了在仪被器测测物读体时中间的t传1与播声时波间在t被=测t1体-中t传0 播
零声时的测量
将发、收换能器平行悬于清水中，逐次改变两换能器的间距，并测定相 应声时和两换能器间距，做若干点的声时—间距线性回归曲线，就可求 得t0
t = t0 + bּl
波幅检测
波幅是标志接收换能器接收到的声波信号能量 大小的参量。
66
68
70
72
74
76
78
λ1
2.13
2.14
2.15
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
n-k
80
82
84
86
88
90
92
94
96
98
λ1
2.24
2.25
2.26
2.27
2.28
2.29
2.29
2.30
2.31
2.32
n-k
100
105
110
115
120
125
130
135
140
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。
由于径向换能器在铅垂面上存在指向性，因此，斜 测时，发、收换能器中心连线与水平面的夹角不能 太大，一般可取30°～40°。
缺陷的细测
第三讲
检测数据分析与结果判定
测试数据的整理
首先计算各测点波速 波幅 频率 波形记录与观察 绘制声参数～深度曲线
声速判据
概率法 声速低限值法
声速临界值的计算方法
声测管的埋设及要求
现行规范：中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规 程》JGJ-2003
声测管的联结
有足够的强度和刚度，保证声测管不致因受力而弯折、脱开； 有足够的水密性，在较高的静水压力下，不漏浆； 接口内壁保持平整通畅，不应有焊渣、毛刺等凸出物，以免妨
碍接头的上、下移动。
检测前的准备工作
接收波形也是反映混凝土质量的一个重要方面，它对混凝土内部的缺陷也较敏感， 在现场检测时，除逐点读取首波的声时、波幅外，还应注意观察整个接收波形态 的变化，作为声波透射法对混凝土质量进行综合判定时的一个重要的参考，因为 接收波形是透过两声测管间混凝土的声波能量的一个总体反映，它反映了发、收 换能器之间声波在混凝土各种声传播路径上的总体能量，其影响区域大于直达波 （首波）。
平测步骤
将多根声测管以两根为一个检测剖面进行全组合， 剖面编码。
将发、收换能器分别置于某一剖面的两声测管中， 并放至桩的底部，保持相同标高。
自下而上将发、收换能器以相同的步长（一般不宜 大于250mm）向上提升。
在同一桩的各检测剖面的检测过程中，声波发射电 压和仪器设置参数应保持不变。
测试方法
（2） （3） （4）
n-k
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
λ1
1.64
1.69
1.73
1.77
1.80
1.83
1.86
1.89
1.91
1.94
n-k
40
42
44
46
48
50
52
54
56
58
λ1
1.96
1.98
2.00
2.02
2.04
2.05
2.07
2.09
2.10
2.11
n-k
Hale Waihona Puke Baidu
60
62
64
零声时问题
电延迟时间：从声波仪电路原理可知，发出触发电脉冲并开 始计时的瞬间到电脉冲开始作用到压电体的时刻，电路中有 些触发、转换过程。这些电路转换过程有短暂延迟的响应。
电声转换时间：在电脉冲加到压电体瞬间到产生振动发出声 波瞬间有电声转换的延迟。接收换能器也类似。
声延迟：换能器中压电体辐射出的声波并不是直接进入被测 体，而是先通过换能器壳体或夹心式换能器的辐射体，再通 过耦合介质层，然后才进入被测体。
接收声波幅值与混凝土质量紧密相关，它对缺陷区的反应比 声时值更为敏感，所以它也是缺陷判断的重要参数之一。
频率变化与混凝土质量
声波脉冲是复频波，具有多种频率成分。当 它们穿过混凝土后，各频率成分的衰减程度 不同，高频部分比低频部分衰减严重，因而 导致接收信号的主频率向低频端漂移。其漂 移的多少取决于衰减因素的严重程度。所以， 接收波主频率实质上是介质衰减作用的一个 表征量，当遇到缺陷时，由于衰减严重，使 接收波主频率明显降低。
145
λ1
2.33
2.34
2.36
2.38
2.39
2.41
2.42
2.43
2.45
2.46
n-k
150
160
170
180
190
200
220
240
260
280
λ1
2.47
2.50
2.52
2.54
2.56
2.58
2.61
2.64
2.67
2.69
将vn-k与异常判断值v0进行比较，当vn-k≤v0时，vn-k及 其以后的数据均为异常，去掉vn-k及其以后的异常数据； 再用数据v1~vn-k-1并重复式(2)至（4）的计算步骤，直 到vi序列中余下的全部数据满足： vi v0
超声波透射法检测基桩混凝土完整性 授课人：
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。
检测前对混凝土龄期的要求
原则上，桩身混凝土满28d龄期后进行声波透射法 检测是最合理的，也是最可靠的。但是，为了加快 工程建设进度、缩短工期，当采用声波透射法检测 桩身缺陷和判定其完整性等级时，可适当将检测时 间提前。
《规范》中规定：“当采用低应变法或声波透射法 检测桩身完整性时，受检桩混凝土强度至少达到设 计强度的70%，且不小于15MPa。”，混凝土达到 28d强度的70%一般需要两周左右的时间。
按照《规范》要求，安排检测工作程序。 按照《规范》要求，调查、收集待检工程及受检桩
的相关技术资料和施工记录。 将伸出桩顶的声测管切割到同一标高，测量管口标
高，作为计算各测点高程的基准。 向管内注入清水，封口待检。 在放置换能器前，先用直径与换能器略同的圆钢作
吊绳。检查声测管的通畅情况。 用钢卷尺测量桩顶面各声测管之间外壁净距。
波形的变化与混凝土质量
由于声波脉冲在缺陷界面的反射和折射，形成波线 不同的波束，这些波束由于传播路径不同，或由于 界面上产生波形转换而形成横波等原因，使得到达 接收换能器的时间不同，因而使接收波成为许多同 相位或不同相位波束的叠加波，导致波形畸变。实 践证明，凡超声脉冲在传播过程中遇到缺陷，其接 收波形往往产生畸变，所以波形畸变程度可作为判 断缺陷程度的参考依据。
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
0~20Hz
20Hz~20kHz 20kHz~1000MHz 1000MHz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。
波幅的测量是用某种指标来度量接收波首波波
峰的高度，并将它们作为比较多个测点声波信
号强弱的一种相对指标。目前在波幅测量中一
般都采用分贝（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的比值取对数 后的量值定为该测点波幅的分贝（dB）值，表
示为
AP
20
lg
a a0
。
频率检测
数字式声波仪都配有频域分析软件，可用频 谱分析的方法更精确地测试接收声波信号的 主频。 计算方法为FFT（傅立叶变换）。
正常声波
畸变声波
几种声学参数的比较
声速的测试值较为稳定，结果的重复性较好，受非缺陷因素的影响小，在同一桩 的不同剖面以及同一工程的不同桩之间可以比较，是判定混凝土质量的主要参数， 但声速对缺陷的敏感性不及波幅。
接收波波幅（首波幅值）对混凝土缺陷很敏感，它是判定混凝土质量的另一个重 要参数。但波幅的测试值受仪器系统性能、换能器耦合状况、测距等诸多非缺陷 因素的影响，它的测试值没有声速稳定，目前只能用于相对比较，在同一桩的不 同剖面或不同桩之间往往无可比性。
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。
当去掉最小数值的数据个数为k时，对包括vn-k在内的 余下数据v1~vn-k按下列公式进行统计计算：
v0 vm sv
vm
1 nk
nk
vi
i 1
sv
1
nk
n k 1 i1
vi vm
2
v0——异常判断值； vm——（n-k）个数据的平均值； sv——（n-k）个数据的标准差； λ1——由表查得的与（n-k）相对应的系数。
第二讲
检 测 技术
桩内跨孔透射法
桩内单孔透射法
桩外孔透射法
混凝土内部缺陷对声波波速的影 响
接收声波波幅与混凝土质量
接收声波波幅是表征声波穿过混凝土后能量衰减程度的指标 之一。接收波幅值越低，混凝土对声波的衰减就越大。根据 混凝土中声波衰减的原因可知，当混凝土中存在低强度区、 离析区以及存在夹泥、蜂窝等缺陷时，吸收衰减和散射衰减 增大，使接收波波幅明显下降。幅值可直接在接收波上观察 测量，也可用仪器中的衰减器测量，测量时通常以首波（即 接收信号的前面半个周期）的波幅为准。
接收波主频的变化虽然能反映声波在混凝土中的衰减状况，从而间接反映混凝土 质量的好坏，但声波主频的变化也受测距、仪器设备状态等非缺陷因素的影响， 因此在不同剖面以及不同桩之间的可比性不强，只用于同一剖面内各测点的相对 比较，其测试值也没有声速稳定。因此，目前主频漂移指标仅作为声速、波幅的 辅助判据。