桩基完整性(声波透射试验)试验方法

桩基完整性（声波透射试验）

2.1一般规定

（1）对于桩径小于0.6m的桩，不宜采用本方法，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。

（2）当出现下列情况之一时，不得采用本方法 a 声测管未沿桩身通长配置 b声测管堵塞导致检测数据不全 c声测管数量不符合要求

(3)受检桩混凝土强度不应低于设计强度的70%，且不低于15MPa， 2.2检测基本原理及方法

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一定范围的，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化，来分析判断桩身混凝土质量。

声波透射法检测桩身混凝土质量，是在桩身中预埋2～4根声测管。将超声波发射、接收探头分别置于2根导管中，进行声波发射和接收，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等物理量，就可判断桩身结构完整性。 2.3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 换能器标高控制绞车和数据处理计算机。其装置见图 37－21。

（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5～50kHz，增益应 大于100dB，并带有0～60（或80）dB的衰减器，其 分辨率应为1dB，衰减器的误差应小于1dB，其档间误 差应小于1％。发射系统应输出250～1000V的脉冲电压， 其波形可为阶跃脉冲或矩发射系统应输出250～1000V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300μs，计时精度应大于1μs，仪器必须稳定可行，2h中声时漂移不得大于±0.2μs。

（3）换能器应采用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

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动信号，其共振频率宜为25～50kHz，外形为圆柱形，外径Φ30mm，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5～50kHz。绝缘电阻应达5MΩ，其水密性应满足在1MPa水压下不漏水。桩径较大时，宜采用增压式柱状探头。

（4）声测管是声波透射法检测装置的重要组成部分，宜采用钢管或钢质波纹管，其内径宜为50～60m。 2.4 测试技术

（1）预埋声测管应符合下列规定：

桩径D≤800mm应埋设2根管；800mm＜D≤2000mm应埋设不少于3根管；桩径D＞2000mm应埋设不少于4根管。见图37－22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1MPa压力下不会渗入管内。声测管应下端封闭、上端加盖、管内无异物；声测管连接处应光滑过渡，管口应高出桩顶100mm以上，且各声测管管口高度宜一致。

应采取适宜方法固定声测管，使之成桩后相互平行。

（2）现场检测前应测定声波检测仪发射至接收系统的延迟时间t0，并应按下式计算声时修正值tˊ：

tˊ=(D-d)/Vt+(d-dˊ)/Vw (37-52)

式中 D――检测管外径（mm）；

dˊ――检测管内径（mm）； d――换能器外径（mm）；

Vt――检测管壁厚度方向声速（km／s）； Vw――水的声速（km／s）；

T――声时修正值（μs）。

将发、收换能器置于水中，间距0.5m左右，接收信号波幅调节到二或三格，改变发、收换能器间距，测量不同距离的声时值，按时距曲线求出t0值。

（3）检测步骤应符合下列要求：

接收及发射换能器应在装设扶正器后置于检测管内，并能顺利提升及下降。

测量时上述发射与接收换能器可置于同一标高，当发射与接收换能器置于不同标高时，其水平测角可取30°～40°。

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测量点距20～40cm。当发现读数异常时，应加密测量点距，以保证测点间声场可以覆盖而不至漏测。

发射与接收换能器应同步升降。各测点发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开始，发射电压值应固定，并应始终保持不变，放大器增益值也应始终固定不变。调节衰减器的衰减量，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37－22。 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％。并对声时及波幅异常的部位应重复抽测。 2.5检测数据分析与判定

（1） 各测点的声时tc、声速v、波幅Ap及主频f应根据现场检测数据，按下列各式计算，并绘制声速-深度（v-z）曲线和波幅-深度（Ap-z）曲线，需要时可绘制辅助的主频-深度（f-z）曲线：

tcitit0t (1) viltci (2)

aia0 (3)

Ap i20lgfi1000Ti (4)

式中 tci——第i测点声时(μs)； ti——第i测点声时测量值(μs)； t0 ——仪器系统延迟时间(μs)； t′——几何因素声时修正值(μs)；

l′——每检测剖面相应两声测管的外壁间净距离（mm）； vi——第i测点声速（km/s）； Api——第i测点波幅值（dB）；

ai ——第i测点信号首波峰值（V）；

a0——零分贝信号幅值（V）；

fi —— 第i测点信号主频值(kHz)，也可由信号频谱的主频

求得；

Ti——第i测点信号周期(μs)。

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（2） 声速临界值应按下列步骤计算：

a将同一检测剖面各测点的声速值vi由大到小依次排序，即

V1≥v2≥…vn-k≥…vn-1≥vn (10.4.2-1)

式中v ——按序排列后的第i个声速测量值；

n ——检测剖面测点数；

k ——从零开始逐一去掉式(10.4.2-1)vi序列尾部最小数值的数据个

数。

b对从零开始逐一去掉式(10.4.2-1)vi序列中最小数值后余下的数据进行统计计算。当去掉最小数值的数据个数为k时，对包括vn-k在内的余下的数据v1～vn-k按下列公式进行统计计算：

v0=vm-λ*sx (10.4.2-2)

1vmnkvi1nki (10.4.2-3)

1sxnk1vi1nkivm2 (10.4.2-4)

式中v0—— 异常判断值；

vm—— (n-k)个数据的平均值； sx—— (n-k)个数据的标准差；

λ ——由表10.4.2查得的与（n-k）相对应的系数。 统计数据个数(n-k)与对应的λ值 表10.4.2

n-k λ n-k λ n-k λ n-k λ n-k λ n-k λ 20 1.64 40 1.96 60 2.13 80 2.24 100 2.33 150 2.47 22 1.69 42 1.98 62 2.14 82 2.25 105 2.34 160 2.50 24 1.73 44 2.00 64 2.15 84 2.26 110 2.36 170 2.52 26 1.77 46 2.02 66 2.17 86 2.27 115 2.38 180 2.54 28 1.80 48 2.04 68 2.18 88 2.28 120 2.39 190 2.56 30 1.83 50 2.05 70 2.19 90 2.29 125 2.41 200 2.58 32 1.86 52 2.07 72 2.20 92 2.29 130 2.42 220 2.61 34 1.89 54 2.09 74 2.21 94 2.30 135 2.43 240 2.64 36 1.91 56 2.10 76 2.22 96 2.31 140 2.45 260 2.67 38 1.94 58 2.11 78 2.23 98 2.32 145 2.46 280 2.69 c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重复式（4.2-2）～（4.2-4）的计算步

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骤，直到vi序列中余下的全部数据满足：

vi ＞v0 (4.2-5)

此时，v0为声速的异常判断临界值vc。 d声速异常时的临界值判据为：

vi ≤ vc (4.2-6)

当式（4.2-6）成立时，声速可判定为异常。

（3）当检测剖面n个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用声速低限值判据：

vi ＜ vL （4.3）

式中 vi ——第i测点声速（km/s）；

vL——声速低限值（km/s），由预留同条件混凝土试件的抗压强度与声速对比试验结果，结合本地区实际经验确定。

当式（4.3）成立时，可直接判定为声速低于低限值异常。 （4）波幅异常时的临界值判据应按下列公式计算：

1AmnAi1npi (4.4-1)

Api＜Am –6 (4.4-2)

式中 Am——波幅平均值（dB）；

n——检测面测点数。

当式（4.4-2）成立时，波幅可判定为异常。

（5） 当采用斜率法的PSD值作为辅助异常点判据时，PSD值应按下列公式计算：

PSD = K ∙ Δt (4.5-1)

Ktcitci1zizi1 (4.5-2)

Δt = tci－ tci－1 (4.5-3)

式中 tci ——第i测点声时(μs)；

tci－1——第i－1测点声时(μs)； zi ——第i测点深度（m）；

zi－1——第i－1测点深度（m）。

根据PSD值在某深度处的突变，结合波幅变化情况，进行异常点判定。

（6） 当采用信号主频值作为辅助异常点判据时，主频-深度曲线上主频值明显降低可判定为异常。

（7）桩身完整性类别应结合桩身混凝土各声学参数临界值、PSD判据、混凝土声速低限值以及桩身质量可疑点加密测试（包括斜测或扇形扫测）后确定的缺陷范围，按本规范表3.5.1的规定和表2.6的特征进行综合判定

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桩身完整性判定 表

类别 Ⅰ Ⅱ 特 征 各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常 某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常，无声速低于低限值异常 某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常； Ⅲ 两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常； 局部混凝土声速出现低于低限值异常 某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现明显异常； Ⅳ 两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现明显异常； 桩身混凝土声速出现普遍低于低限值异常或无法检测首波或声波接收信号严重畸变 检测报告除应包括规范，还应包括： 1）声测管布置图；

2）受检桩每个检测剖面声速-深度曲线、波幅-深度曲线，并将相应判据临界值所对应的标志线绘制于同一个坐标系；

3）当采用主频值或PSD值进行辅助分析判定时，绘制主频-深度曲线或PSD曲线， 4）缺陷分布图示。

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