淺談聲波透射法樁基檢測

1、淺談聲波透射法樁基檢測摘要: 此文我主要結(jié)合工程施工及檢測實際情況，簡單闡述了應(yīng)用聲波透射法進行灌注樁質(zhì)量檢測的基本原理和測試技術(shù).關(guān)鍵詞:聲波透射法; 檢測原理;混凝土樁基;樁基檢測;引言:灌注樁是一種重要的基礎(chǔ)形式，由于施工工藝、地質(zhì)條件等因素，樁身缺陷是影響工程質(zhì)量的一個重要問題，易給工程留下嚴重的隱患。超聲波法是利用埋在樁身中的聲測管，通過聲波發(fā)射頭和接收傳感器來測試樁身各個斷面的波速，從而可以得到一個波速剖面和波形圖，根據(jù)波速剖面和波形圖以定量評定樁身質(zhì)量。1. 基本原理及方法混凝土是由多種材料組成的多相非勻質(zhì)體。對于正常的混凝土，聲波在其中傳播的速度是有 一定范圍的，當傳播路徑遇到

2、混凝土有缺陷時，如斷裂、裂縫、夾泥和密實度差等，聲波要 繞過缺陷或在傳播速度較慢的介質(zhì)中通過，聲波將發(fā)生衰減，造成傳播時間延長，使聲時增大，計算聲速降低，波幅減小，波形畸變，利用超聲波在混凝土中傳播的這些聲學參數(shù)的變 化，來分析判斷樁身混凝土質(zhì)量。聲波透射法檢測樁身混凝土質(zhì)量，是在樁身中預埋24根聲測管。將超聲波發(fā)射、接收探頭 分別置于2根導管中，進行聲波發(fā)射和接收，使超聲波在樁身混凝土中傳播，用超聲儀測出 超聲波的傳播時間t、波幅A及頻率f等物理量，就可判斷樁身結(jié)構(gòu)完整性。2. 適用范圍聲波透射法適用于檢測樁徑大于0.6m混凝土灌注樁的完整性，因為樁徑較小時，聲波換能器 與檢測管的聲耦合會引

3、起較大的相對測試誤差,其樁長不受限制。3. 儀器設(shè)備3.1 試驗裝置聲波透射法試驗裝置包括超聲檢測儀、超聲波發(fā)射及接收換能器（亦稱探頭）、預埋測管等 ，也有加上換能器標高控制絞車和數(shù)據(jù)處理計算機。3.2 超聲檢測儀的技術(shù)性能應(yīng)符合下列規(guī)定接收放大系統(tǒng)的頻帶寬度宜為550kHz，增益應(yīng)大于100dB，并帶有060（或80）dB的衰減 器，其分辨率應(yīng)為1dB，衰減器的誤差應(yīng)小于1dB，其檔間誤差應(yīng)小于1。發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)輸出2501 000V的脈沖電壓，其波形可為階躍脈沖或矩發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)輸出2501 000V的脈沖電壓，其波形可為階躍脈沖或矩形脈沖。顯示系統(tǒng)應(yīng)同時顯示接收波形和聲波傳播時間，其顯示時間范圍

4、宜大于300s，計時精度應(yīng) 大于1s，儀器必須穩(wěn)定可行，2h中聲時漂移不得大0.2s。3.3 換能器換能器應(yīng)采用柱狀徑向振動的換能器，將超聲儀發(fā)出的電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械振動 信號，其共振頻率宜為2550kHz，外形為圓柱形，外徑30mm，長度200mm。換能器宜裝有 前置放大器，前置放大器的頻帶寬度宜為550kHz。絕緣電阻應(yīng)達5M，其水密性應(yīng)滿足在 1MPa水壓下不漏水。樁徑較大時，宜采用增壓式柱狀探頭。3.4 聲測管 聲測管是聲波透射法檢測裝置的重要組成部分，宜采用鋼管、塑料管或鋼質(zhì) 波紋管，其內(nèi)徑宜為5060m。4. 測試技術(shù)4.1 預埋聲測管應(yīng)符合下列規(guī)定 樁徑0.61.0m應(yīng)埋設(shè)雙管

5、；1.02.5m應(yīng)埋設(shè)三根管；樁徑2.5m以上應(yīng)埋設(shè)四根。聲測管底端及接頭應(yīng)嚴格密封，保證管外泥冰在1MPa壓力下不會滲入管內(nèi)。上端應(yīng)加蓋。聲測管可焊接或綁扎在鋼筋籠的內(nèi)側(cè)，檢測管之間應(yīng)互相平行,在檢測管內(nèi)應(yīng)注滿清水。4.2 現(xiàn)場檢測前應(yīng)測定聲波檢測儀發(fā)射至接收系統(tǒng)的延遲時間t0，并應(yīng)按下式計 算聲時修正值tt=(D-d)/Vt+(d-d)/Vw式中：D檢測管外徑（mm）；d檢測管內(nèi)徑（mm）；d換能器外徑（mm）；Vt檢測管壁厚度方向聲速（kms）；Vw水的聲速（kms）； T聲時修正值（s）。將發(fā)、收換能器置于水中，間距0.5m左右，接收信號波幅調(diào)節(jié)到二或三格，改變發(fā)、收換能 器間距，測量

6、不同距離的聲時值，按時距曲線求出t0值。4.3 檢測步驟應(yīng)符合下列要求接收及發(fā)射換能器應(yīng)在裝設(shè)扶正器后置于檢測管內(nèi)，并能順利提升及下降。測量時上述發(fā)射與接收換能器可置于同一標高，當發(fā)射與接收換能器置于不同標高時，其水 平測角可取3040。測量點距2040cm。當發(fā)現(xiàn)讀數(shù)異常時，應(yīng)加密測量點距，以保證測點間聲場可以覆蓋而不 至漏測。發(fā)射與接收換能器應(yīng)同步升降。各測點發(fā)射與接收換能器累計相對高差不應(yīng)大于2cm，并應(yīng) 隨時校正。檢測宜由檢測管底部開始，發(fā)射電壓值應(yīng)固定，并應(yīng)始終保持不變，放大器增益值也應(yīng)始終 固定不變。調(diào)節(jié)衰減器的衰減量，使接收信號初至波幅度在熒光屏上為2或3格。由光標確定 首波初至

7、，讀取聲波傳播時間及衰減器衰減量，依次測取各測點的聲時及波幅并進行記錄。一根樁有多根檢測管時，應(yīng)將每2根檢測管編為一組，分組進行測試，見圖2。每組檢測管測試完成后，測試點應(yīng)隨機重復抽測1020。其聲時相對標準差不應(yīng)大于5 ；波幅相對標準差不應(yīng)大于10。并對聲時及波幅異常的部位應(yīng)重復抽測。5. 檢測數(shù)據(jù)的處理與判定5.1 由現(xiàn)場所測的數(shù)據(jù)應(yīng)繪制聲時深度曲線及波幅（衰減值）深度曲線其聲時tc及聲速VP應(yīng)按下列公式計算tc=t-totVp=l/tc 式中：tc混凝土中聲波傳播時間（s）；t聲時原始測試值（s）；t0聲波檢測儀發(fā)射至接收系統(tǒng)的延遲時間（s）；t聲時修正值（s）；l兩個檢測管外壁間的距離

8、(mm)；VP混凝土聲速（kms）。5.2 樁身完整性應(yīng)按下列規(guī)定判定應(yīng)采用聲時平均值t與聲時2倍標準差t之和作為判定樁身有無缺陷的臨界值亦可按聲時深度曲線相鄰測點的斜率Ktz及相鄰兩點聲時差值t的乘積Ktzt作為缺陷的判據(jù)： Ktz=(tci-tci-1)/(Zi-Zi-1) t=tci-tci-1 Ktzt=( tci-tci-1)2/(Zi-Zi-1) 式中：tci第i測點的聲時（s）；tci-1第i1測點的聲時（s）；Zi第i測點的深度（m）；Zi1第i1測點的深度（m）。Ktzt值能在聲時深度曲線上明顯地反映出缺陷的位置及性能，可結(jié)合t2 t值進行綜合判定。6.完整性分類聲波透射法:

9、類：測點波速正常，無超判據(jù)現(xiàn)象,樁身完整;類：測點波速偏低，單一測線局部超判據(jù),有缺陷,樁身基本完整;類：測點波速偏低，兩條測線在同一深度或一條測線較長部位超判據(jù),有較大缺陷，為基本合格樁，但對承載力有一定影響；類：測點波速嚴重偏低，樁身內(nèi)同一深度三條測線或二條測線連續(xù)較長部位均有明顯異常反映，超判據(jù),有嚴重缺陷,為不合格樁。7.工程實例昆明南連接線高速公路第3-2標段橋樁基礎(chǔ)采用聲波透射法檢測，部分樁基現(xiàn)場測試工作于2010年12月31日完成。大橋基礎(chǔ)采用水下鉆孔灌注樁，被測樁編號為Pn214-1有6根樁基，樁徑120 0mm，樁長63m，樁身混凝土強度等級C30，樁端持力層為軟土地基，土層

10、自上而下為：粗 砂，砂夾淤泥，詳見該工程地質(zhì)勘察報告。聲波透射法按基樁低應(yīng)變動力檢測規(guī)程（JGJT93-95）有關(guān)規(guī)定進行，樁內(nèi)埋設(shè)3根測管，通過測量整個樁身檢測區(qū)域內(nèi)的超聲波傳播時間，觀察接收到的信號幅度變化，來分析 判斷樁身結(jié)構(gòu)完整性。本次檢測采用CTS25型非金屬超聲檢測儀，該樁基中一對測向的聲 時深度曲線. 該樁同時采用反射波法進行檢測，所用儀器為美國PDI公司生產(chǎn)的PIT樁基完整性檢驗儀，實測時域曲線圖。根據(jù)聲波透射法檢測結(jié)果分析，樁號Pn214-1處6根樁基，有5根類樁有1根類樁，所有樁基都合格。結(jié)語：此方法很容易判斷缺陷的位置和嚴重程度，比彈性波反射法要直觀準確，因此，超聲波透射法是一種檢測樁身質(zhì)量較好的方法。參考文獻1 交通部. 公路工程質(zhì)量檢驗評定標準 JTG F80/1-2004：人民