工程桩桩身完整性检测技术

1.声时的变化：超声波在遇到缺陷时产生绕射，声时加长，计算声速降低如图1；
2.波幅的变化：超声波在缺陷界面产生反射、折射、绕射、散射如图2。这时接收的声波能量衰减加大，于是波幅在有缺陷的部位波幅会降低，这是因为：声波波幅的衰减有下列关系，如式（1）
上式中L为声波传播距离；Am是发射点的声波波幅；α为声波的衰减系数（它是频率的函数即高频率的衰减比低频要大，一般α与频率的一次方或二次方有关）；A是接收点的波幅。
桩径φ1.0m 以下埋设二管
φ1.0m―φ2.5m 埋设三管
φ2.5m以上 埋设四管
《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004）
规定：
桩径φ1.0m 以下埋设二管
φ1.0m―φ1.5m 埋设三管
φ1.5m以上 埋设四管
6.对检测数量的规定
A.《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）规定：
C.检测管的连接：外加8cm套管焊接（要求不漏浆、内壁光滑），管底密封、上端加盖、各管间应保持平行；
D.固定方法：声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼内侧，且相互平行，下埋至桩底，上高出桩顶30cm以上。
建议： (1)先点焊后绑扎，绑扎点的间距不宜大于2m；
(2)桩底有素混凝土时，声测管间宜采用三角架支撑，防止吊钢筋笼时变形；
1.由上所述可见，利用接收到的声波信号的声时（或声速）、波幅、频率、波形对桩身混凝土的缺陷、匀质性较差的部位均能做出反映。但是，混凝土是非均匀介质，它的致密程度、强度随粗骨料（石子）的分布状况而异，相应桩身各点的声速也是非均匀分布，那么如何对非匀质中的缺陷鉴别出来？只有用数理统计的方法来加以区分。
2.数理统计的思路与方法，是把非匀质混凝土声速的波动看做是随机的，即属于随机误差，因此其分布是符合正态分布的。但是，缺陷是人为产生的，属于人为误差。只要对桩身各测点所测得的声时（或声速）、波幅作下列数理统计处理，即可将缺陷区分出来。
5.2.1 声波透射法的检测原理：
声波透射法检测，是在预埋在桩身内成对的检测管内，分别放入声波发射换能器和接收换能器，发射换能器发射的声波穿透桩身混凝土后，被接收换能器接收。
声波透射法检测基桩完整性是根据接收换能器接收到的声参量的变化对混凝土灌注桩桩身缺陷和桩身完整性进行评价的一种有效方法。当有缺陷存在时，超声脉冲波穿越被测混凝土时传播时间（或传播速度）及波幅（能量）都要发生变化，即：
1.对仪器的要求：
A.波形实时动态显示；
B.能够对声时、幅度进行自动和手动判读，具有频谱分析功能；
C.声时分辨率小于等于0.5μs，声波幅值测量相对误差小于5%。
2.对声测管的要求：
A.声测管材质： 透声率大、便于安装、费用低，如钢管、硬塑管;
B.声测管内径大于换能器外径（φ26～φ40）15mm以上；
B.当桩身埋设三个检测管时，对缺陷位置的判断可更加细致，见图7。从图7（a）可见，由于AC检测面的声时、波幅有异常、BC检测面仅波幅出现异常、AB检测面声时波幅均无异常，故可判断出缺陷在此检测面上的展布范围；同理，可判断出图7（b）的缺陷展布情况；而图7（c）表明的是如果检测管C局部为被混凝土包裹好，可能出现误判；图7(d)说明三根检查管的检测盲区。所以《公路工程基桩动测技术规程》中规定直径大于1.5m的桩应埋设四根检查管。
第五章 桩桩身完整性检测技术
5.1 概述
5.1.1桩的分类
1.按桩身材料类型分：
2.按桩的功能分：
3.按成桩工艺分：
5.1.2工程桩完整性检测方法
5.1.3 工程基桩可能出现的缺陷
工程桩在施工过程中，由于地质因素，成孔工艺条件，混凝土浇灌工艺等因素的影响，桩身可能出现下列缺陷：沉渣、蜂窝、夹泥、空洞、缩径、二次浇灌面（断桩）、裂缝、离析、桩头低强度区、扩径。这些桩身不完整性的检测，是本章要讨论的问题。
5.1.4工程基桩完整性检测的有关规程
1.《建筑工程基桩检测技术规范》（JGJ/》（JTG/T F81-01-2004）
3.《基桩低应变动力测桩规程》（JGJ/T 93—95）
4.《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CECS21：2000）
5.2 工程桩声波透射法检测桩身完整性
(3)设计桩顶在地面以下时，可以把声测管加长，高出地面，方便施工和检测；桩径变化时：不要把声测管掰弯，最好用“U”型件焊接，使声测管离开钢筋笼一段距离，保证声测管平行；在钢筋笼架内侧绑扎固定或将声测管代替一根主筋；
5.检测管埋设数量：
《建筑工程基桩检测技术规范》（JGJ/T 106-2003）规定：
3.主频的变化：由（1）式可知，声波在遇到缺陷时，高频成份损失较多，导致接收波主频向低频偏移。
4.接收波形的变化：
发射的声波信号如图3，桩身完整部分的
混凝土接收波形如图4，桩身有缺陷或匀质性
差的混凝土接收波形如图5。所以由接收波形
也能了解混凝土的质量状况。
5.2.2 声波透射法判断桩身缺陷的思路与方法
C.由声速─深度曲线，再结合对缺陷的平面展布情况，可约略估计出缺陷空间分布状态。
3.不受桩长、桩径限制；
4.可测桩顶低强区和桩底沉渣厚度；
5.桩顶不露出地面即可检测，方便施工
5.2.4声波透射法的不足
1.必须预先埋设检测管；
2.无法检测一般缩径，严重缩径时易误判。
5.2.5我国现行检测规范、规程对声波透射法检测的要求
2.可由波幅、声时（或声速）估计出缺陷平面展布范围；
A.有效接收声场的概念
有效接收声场是发射换能器与接收换能器A、B 为焦点的椭圆如图6。缺陷D处在椭圆之外，接收信号的波幅、声时均无反应；缺陷E处于椭圆内，但不在AB 连线上，声时无变化、波幅会减小；缺陷F处于椭圆内且在AB连线上，声时会加长、波幅会减小。由此，可判断出缺陷的大体位置。
VD=Vm－λSx
其中Vm= Sx=
上式中k值的确定方法:将同一检测面各点声速值由大到小依次排列，即
V1≥V2≥V3≥……≥Vi≥…Vn-k≥…≥Vn-1≥Vn
k值是上式中将被舍去的明显小的声速值的个数。
λ的确定方法可由下表查出
表1.统计数据个数(n-k)与对应的λ值
1.检测结果比反射波法可靠，因为声波透射法是逐点检测的结果；