灌注樁超聲波檢測

1、混凝土灌注樁超聲檢測概 述 由于灌注樁可做成大直徑樁，以提高單樁承載力，又可以根據(jù)樁身內(nèi)力狀態(tài)分段配筋。而且施工時對周圍建筑物影響較小，施工噪聲也較小，因而使用較廣。但灌注樁在工地條件下，現(xiàn)場灌注成樁，施工工藝較為復(fù)雜，影響灌注質(zhì)量的因素較多，極易形成各種缺陷而影響樁身的完整性。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)場灌注樁施工中樁身混凝土出現(xiàn)缺陷的概率約為15%20%。灌注樁的綜合質(zhì)量體現(xiàn)在以下三方面，即承載力、樁的完整性、樁的耐久性，其中承載力因樁體較大用無損方法難以準(zhǔn)確測量，而當(dāng)?shù)叵聼o明顯腐蝕性介質(zhì)而且樁身完整時也未見有因耐久性破壞的報導(dǎo)。所以，完整性是混凝土灌注樁質(zhì)量的主要指標(biāo)。所謂灌注樁的完整性是指樁身混凝土質(zhì)

2、量均勻，無全斷面斷裂及影響斷面承載面積或?qū)е落摻钔饴兜拿黠@缺陷。 混凝土灌注樁的完整性的超聲檢測方法作一簡單介紹。其基本技術(shù)依據(jù)是基樁低應(yīng)變動力檢測規(guī)程(JGJ/T9395)、超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程(CECS 21:2000)以及大量研究資料。 超聲脈沖法則是通過在樁內(nèi)預(yù)埋的檢測孔道，將超聲換能器直接放人樁內(nèi)部，逐點發(fā)射和接收超聲脈沖，通過接收信號的聲時、波幅、波形等參數(shù)，逐點判斷混凝土的質(zhì)量，并分析缺陷向位置、性質(zhì)和大小。超聲脈沖法需預(yù)埋檢測管，因此必須在設(shè)計或施工前即列入計劃，增加了工程量，但由于它比較直觀，可靠，在一些重大工程及大直徑灌注樁中得到廣泛應(yīng)用。本章將詳細(xì)論述超聲脈沖法的

3、原理，檢測方法和判斷方法。灌注樁的常見缺陷 樁身混凝土中的缺陷與施工方法密切相關(guān)。不同施工方法出現(xiàn)缺陷的類型以及不同類型的缺陷出現(xiàn)的幾率都不一樣。按混凝土的灌注方式而言，灌注樁可分為水下灌注和干孔灌注兩類。 1. 水下灌注樁的常見缺陷 （圖1a)為水下灌注的成樁過程示意圖，混凝土通過導(dǎo)管注入，頂托封口混凝土或砂漿，排出孔中的水，逐漸灌滿樁孔。水下灌注施工時，可能出現(xiàn)的缺陷有以下幾種(見圖1b)：1）.斷樁(包括全斷面夾泥或夾砂) 這類缺陷多半因為導(dǎo)管提升時不慎冒口，新注入的混凝土壓在封口砂漿及泥漿上，以及因機械故障而停止灌注過久，提升導(dǎo)管時把已初凝的混凝土拉松，或繼續(xù)施工時對表面未加清理等原因

4、所致。斷樁部位往往不是一個薄層，而是具有相當(dāng)厚度的一個缺陷段，檢測時不難發(fā)現(xiàn)。 斷樁嚴(yán)重影響樁的承載能力，檢測時不應(yīng)漏檢或誤判。斷樁對承載力的影響程度與其出現(xiàn)的位置有關(guān)，應(yīng)按樁的受力狀態(tài)分析，但斷樁均應(yīng)采取適當(dāng)措施修理或加固。 2）.局部截面夾泥或頸縮 這類缺陷一般是由于混凝土導(dǎo)管插入深度不適當(dāng)，導(dǎo)致混凝土從導(dǎo)管流出往上頂托時，形成湍流或翻騰，使孔壁剝落或坍塌，形成局部斷面夾泥或周邊環(huán)狀夾泥。 局部截面夾泥或頸縮將影響樁的承載面積，同時由于鋼筋外露而影響耐久性，對這類缺陷檢測時應(yīng)僅可能檢出其面積大小，以便核算樁的承載能力。 3）.分散性泥團及“蜂窩”狀缺陷 其成因與孔壁因混凝土騷動而剝落有關(guān)外

5、，還與混凝土離析及導(dǎo)管中被壓人的氣體無法完全排出有關(guān)。 這類缺陷將影響混凝土的強度，若分散性泥團或氣孔數(shù)量不多，影響面積不大，則對混凝土強度的影響有限，可不予處理。 4）.集中性氣孔 當(dāng)導(dǎo)管埋人厚度較深，混凝土流動性不足時，間息倒人導(dǎo)管的混凝土?xí)?dǎo)管中氣體壓人混凝土中而無法排出，有時會形成較大的集中性氣孔，將影響斷面受力面積。 5）.樁底沉渣 在灌注前應(yīng)徹底清孔，若清孔不凈，則導(dǎo)致樁底沉渣。對端承樁而言，樁底沉渣過厚會導(dǎo)致樁受力時沉降位移，因此，應(yīng)進行樁底壓漿處理。 6）.樁頭混凝土低強區(qū)在混凝土灌注過程中，封口混凝土或砂漿與水接觸，在頂托過程中會混入泥水，因而強度較低，灌注完成后應(yīng)將其鏟除

6、，若未徹底鏟除，則形成樁頂?shù)蛷妳^(qū)。圖1 水下灌注樁的灌注方法及常見缺陷示意圖a)水下灌注樁的灌注方法示意圖；b)水下灌注樁常見缺陷示意圖在橋梁樁中，樁頂?shù)蛷妳^(qū)非但影響承載力，而且當(dāng)河床變化時很容易被水流沖刷和腐蝕。由于樁頂一般均已露出地面，可用多種方法對混凝土強度進行檢測，所以其檢測值也可作為全樁混凝土強度超聲推算值的校驗值。2.干孔灌注樁的常見缺陷圖2a)為干孔灌注時的成樁過程示意圖?；炷镣ㄟ^升降機或溜管送到澆筑面。干孔灌注時可能出現(xiàn)的常見缺陷有以下幾種：1）.混凝土層狀離析或斷樁在地下水位較高的地區(qū)，常因地下水涌人孔中來不及抽干，澆人的混凝土被水沖刷或浸包，形成層狀離析，嚴(yán)重時砂石成層狀

7、堆積，水泥漿上浮，形成斷樁。2）.局部夾泥或“蜂窩”狀缺陷干孔灌注時常因孔壁護筒滲漏，涌人泥水而形成局部夾泥，或灌注時未予搗實，形成“蜂窩”狀缺陷。3）.局部嚴(yán)重離析由于混凝土注入高度超過施工規(guī)定，往往形成石子滾到邊緣的離析現(xiàn)象，此時，石子集中區(qū)易形成“蜂窩”，而砂漿集中區(qū)因聲速下降而被誤判。4）.樁底沉渣操作工未清孔即澆人混凝土，形成樁底沉渣。圖2 干孔灌注及常見缺陷示意圖a)干孔灌注過程示意圖；b)干孔灌注時可能形成的常見缺陷樁的完整性分類為了便于判斷，超聲法檢測混凝土缺陷規(guī)程（CECS21:2000）將灌注樁的質(zhì)量按其缺陷的多少及嚴(yán)重程度分為4類，分類方法見表1樁身完整性評價分類表 表1

8、類 別缺陷特征完整性評定結(jié)果I無缺陷完整，合格局部小缺陷基本完整，合格III局部嚴(yán)重缺陷局部不完整，不合格，經(jīng)工程處理后可使用IV斷樁等嚴(yán)重缺陷嚴(yán)重不完整，不合格，報廢或驗證確定是否加固使用混凝土灌注樁超聲檢測的原理與方法混凝土灌注樁超聲檢測法是在樁內(nèi)預(yù)埋若干根平行于樁的縱軸的聲測管道，將超聲探頭通過聲測管直接伸人樁身混凝土內(nèi)部進行逐點，逐段探測。其基本原理與上部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的超聲探傷原理相同，即根據(jù)超聲脈沖穿越被測混凝土?xí)r傳播時間、傳播速度及能量的變化反映缺陷的存在，并估算混凝土的抗壓強度和質(zhì)量均勻性。但由于樁的混凝土灌注條件與上部結(jié)構(gòu)的成型條件完全不同，尤其是水下灌注時差異更大，混凝土的配合比

9、、灌注后的離析程度、聲測管的平行度等許多因素，都會嚴(yán)重影響對缺陷的判斷和對強度及均勻性的推算，因此，灌注樁的超聲檢測必須有一套適合其特點的方法和判據(jù)，而不能完全延用上部結(jié)構(gòu)檢測的現(xiàn)有方法。 一、灌注樁超聲檢測法的檢測方法和基本檢測參量 灌柱樁的超聲檢測法檢測方式通常采用雙孔檢測。在樁內(nèi)預(yù)埋兩根以上的管道，把發(fā)射探頭和接收探頭分別置于兩根管道中(如圖3所示)，檢測時超聲脈沖穿過兩管道之間的混凝土這種檢測方式的實際有效范圍，即為超聲脈沖人發(fā)射探頭到接收探頭所穿過的范圍。隨著兩探頭沿樁的縱軸方向同步升降，使超聲脈沖掃過樁的整個縱剖面，從而可得到各項聲參數(shù)沿樁的縱剖面的變化數(shù)據(jù)。由于實測時是沿縱剖面逐

10、點移動換能器、逐點測讀各項聲參數(shù)，測點間距一般采用2040cm，若遇到缺陷可疑區(qū)，應(yīng)加密測點。為了避免水平斷縫被漏測，可采用斜測方法，即兩探頭之間有一定高差，其水平測角可取30o40o；若采用自動提拉設(shè)備，測點距離可視提拉速度及數(shù)據(jù)采集速度而定。 雙孔測量時，根據(jù)兩探頭相對高程的變化，可分為平測、斜測扇形掃測等方式，如圖3所示，在檢測時視實際需要靈活運用。圖3 雙孔檢測方式a)雙孔平測；b)雙孔斜測；c)扇形掃測1-聲測管；2-超聲檢測儀；3-發(fā)射探頭；4-小接收探頭 判斷缺陷的基本物理參量: 1、聲時或聲速。即超聲脈沖穿過混凝土所需的時間。如果兩聲測管基本平行，則當(dāng)混凝土質(zhì)量均勻、沒有內(nèi)部缺

11、陷時，在各橫截面所測得的聲時值基本相同；但當(dāng)存在缺陷時，由于缺陷區(qū)的泥、水、空氣等內(nèi)含物的聲速遠(yuǎn)小于完好混凝土的聲速，所以穿越時間明顯增大，而且當(dāng)缺陷中物質(zhì)的聲阻抗與混凝土的聲阻抗不同時，界面透過率很小，根據(jù)惠更斯原理，聲波將繞過缺陷繼續(xù)傳播，波線呈折線狀。由于繞行聲程比直達聲程長，因此，聲時值也相應(yīng)增大?？梢姡晻r值是缺陷的重要判斷參數(shù)。聲時值可用儀器精確測量，通常以微秒()計。為了使聲時值沿樁的縱剖面的變化狀況形象直觀，在檢測中常把檢測結(jié)果繪成“聲時深度”曲線。 超聲脈沖傳播單位聲程所需要的聲時即為聲速。因此，也可將聲時值變換成聲速值作為判斷的依據(jù)。2、接收信號的幅值。它是超聲脈沖穿過混凝

12、土后的衰減程度的指標(biāo)之一。接收波幅值越低，混凝土對超聲脈沖的衰減就越大。根據(jù)混凝土中超聲波衰減的原因可知，當(dāng)混凝土中存在低強度區(qū)、離析區(qū)以及存在夾泥、蜂窩等缺陷時，將產(chǎn)生吸收衰減和散射衰減，使接收波波幅明顯下降，從而在缺陷背后形成一個聲陰影。幅值可直接在接收波上觀察測量，也可用儀器中的衰減器測量，測量時通常以首波(即接收信號的前面半個或一個周期)的波幅為準(zhǔn)，后繼的波往往受其他疊加波的干擾，影響測量結(jié)果。幅值的測量受換能器與試體耦合條件的嚴(yán)重影響，在灌注樁檢測中，換能器在聲測管中通過水進行耦合，一般比較穩(wěn)定，但要注意使探頭在管中處于居中位置，為此應(yīng)在探頭上安裝定位器。幅值或衰減與混凝土質(zhì)量緊密相

13、關(guān)，它對缺陷區(qū)的反應(yīng)比聲時值更為敏感，所以它也是缺陷判斷的重要參數(shù)之一，是采用聲陰影法進行缺陷區(qū)細(xì)測定位的基本依據(jù)。3、接收頻率。超聲脈沖是復(fù)頻波，具有多種頻率成分。當(dāng)它們穿過混凝土后，各頻率成分的衰減程度不同，高頻部分比低頻部分衰減嚴(yán)重，因而導(dǎo)致接收信號的主頻率向低頻端漂移。其漂移的多少取決于衰減因素的嚴(yán)重程度。所以，接收頻率實質(zhì)上是衰減值的一個表征量，當(dāng)遇到缺陷時，由于衰減嚴(yán)重，使接收頻率降低。接收頻率的測量一般以首波第一個周期為準(zhǔn)，可直接在接收波的示波圖形上作簡易測量。近年來，為了更準(zhǔn)確地測量頻率的變化規(guī)律，已采用頻譜分析的方法。它獲得的頻譜所包含的信息比采用簡易方法時接收波首波頻率所帶

14、的信息更為豐富，更為準(zhǔn)確。在頻域圖上可準(zhǔn)確地找到主頻值，以及對應(yīng)主頻的幅值，若有發(fā)射信號的頻譜資料，則可準(zhǔn)確給出主頻向低頻端的漂移值。運用頻譜分析時還應(yīng)注意采樣速率及截取長度等對頻譜分析結(jié)果的影響，以便使各測點間分析結(jié)果具有可比性。4、接收波波形。由于超聲脈沖在缺陷界面的反射和折射，形成波線不同的波束，這些波束由于傳播路徑不同，或由于界面上產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換而形成橫波等原因，使得到達接收換能器的時間不同，因而使接收波成為許多同相位或不同相位波束的疊加波，導(dǎo)致波形畸變。實踐證明，當(dāng)超聲脈沖在傳播過程中遇到缺陷，其接收波形往往產(chǎn)生畸變。所以，波形畸變可作為判斷缺陷的參考依據(jù)。必須指出，波形畸變的原因很多

15、，某些非缺陷因素也會導(dǎo)致波形畸變，運用時應(yīng)慎重分析。目前波形畸變尚無定量指標(biāo)，而只是經(jīng)驗性的。關(guān)于波形畸變后采取怎樣的分析技術(shù)，還有待進一步研究。判斷灌注樁混凝土強度等級及均勻性的物理參量:目前用于樁內(nèi)混凝土強度等級及均勻性評價的物理參量主要有聲速、衰減以及由它們推定的強度的統(tǒng)計參數(shù)。1、聲速。混凝土聲速與強度有良好的相關(guān)性，所以可以用聲速值推定混凝土的強度等級。但聲速與強度的相關(guān)性受許多因素的影響，例如不同配合比的混凝土往往有不同的“聲速強度”相關(guān)公式，所以，通常針對一定配合比和原材料條件的混凝土，并事先制成“聲速強度”校準(zhǔn)曲線，或事先通過試驗求得兩者的相關(guān)公式，在檢測中作為推定強度的依據(jù)。

16、2、衰減值。由于“聲速強度”相關(guān)關(guān)系受配合比等許多因素的影響，灌注水下混凝土?xí)r，如果產(chǎn)生離析等現(xiàn)象，那么部分混凝土的實際配合比將與設(shè)計配合比有很大差別。這時用一種相同的“聲速強度”相關(guān)公式去推定強度誤差往往較大。為此，可采用“聲速衰減強度”綜合法。該法可排除離析的影響，因而可提高強度的推定精確度。用于推定強度時，衰減值應(yīng)準(zhǔn)確測量，并應(yīng)排除耦合條件等因素的影響。3、推定強度的統(tǒng)計參數(shù)。為了評定樁的混凝土均勻性，以便評價施工質(zhì)量，可將推定強度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和不低于設(shè)計強度等級的百分率分別求出，并參照混凝土強度檢測評定標(biāo)準(zhǔn)(CBJl0787)進行評定。二、灌注樁超聲檢測法的檢測裝置灌注樁超聲檢測法

17、的檢測裝置主要由超聲探頭、超聲儀、探頭升降裝置及樁內(nèi)預(yù)埋的聲測 管等組成。(一)對檢測裝置的基本要求1探頭 測樁所用的探頭應(yīng)是柱狀徑向振動的換能器，其主頻宜為(25-50)kHz，長度宜小于20cm。為提高接收換能器的靈敏度，可在換能器中安裝前置放大器，前置放大器的頻帶寬度宜為(5-50)kHz。由于換能器在深水中工作，其水密性應(yīng)滿足在1MPa水壓下不漏水。為了標(biāo)示探頭在聲測管中的位置，在探頭電纜線上應(yīng)有標(biāo)尺刻度。徑向發(fā)射探頭是利用圓片狀或圓管狀壓電陶瓷的徑向振動來發(fā)射或接收超聲脈沖的，目 前常用的有增壓式徑向換能器，其構(gòu)造如圖6所示。它是在一個金屬圓管內(nèi)側(cè)等距離排列一組徑向振動的壓電陶瓷圓片

18、，圓片周邊與金屬圓管內(nèi)壁密合。這種組合方式可使金屬圓管表面上所受到的聲壓全部加在面積較小的壓電陶瓷圓片的周邊柱面上，從而起到增壓和提高靈敏度的作用。為了減少聲壓在金屬圓管上的損失，常把金屬圓管剖切成多瓣式。為了在深水下使用，整個換能器和電纜接頭均需用樹脂或橡膠類材料加以密封。圖6 增壓式徑向換能器1-增壓管；2-壓電體；3-密封層一般構(gòu)造的增壓式徑向換能器可用作發(fā)射探頭，也可用作接收探頭。但有時為了增強接收信號，在接收換能器中加裝一個前置放大器，裝有前置放大器的徑向換能器只能用于接收，不能用于發(fā)射。為了耦合穩(wěn)定，探頭在管孔中宜處居中位置，可在探頭上下安裝扶正器。 2、超聲儀測樁所用的超聲儀，其

19、基本性能要求如下：發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)能輸出2501000V的脈沖電壓，激發(fā)壓電體的脈沖波可為階躍脈沖或矩形脈沖。接收系統(tǒng)的頻帶寬度宜為(550)kHz，增益應(yīng)大于100dB，并應(yīng)帶有060(或肋)dB的衰減器，衰減器的辨率應(yīng)為1dB，誤差應(yīng)小于1dB，檔間誤差應(yīng)小于1%。儀器的測時范圍應(yīng)大于2000，計時精度應(yīng)高于1 (見表2)。 超聲換能器沿樁的軸向移動，同時測出各橫斷面上混凝土的聲參數(shù)。這些大量數(shù)據(jù)需采用適當(dāng)方法處理，才能判斷混凝土的質(zhì)量，為了提高現(xiàn)場測試效率，儀器應(yīng)有自動測讀、信號采集、貯存和處理系統(tǒng)。最好選用智能型儀器。因此，數(shù)據(jù)采集、處理、顯示系統(tǒng)是整個裝置的重要組成部分。在一般儀器中通過示

20、波器及數(shù)碼管顯示，人工記錄，然后再用計算機處理。這種方式效率較低。目前已普遍采用超聲儀與計算機聯(lián)接，直接進行數(shù)據(jù)采集、貯存和處理。并附有測樁專用程序，可將一次檢測資料全部存貯在機內(nèi)，回家后再作處理，可大大縮短現(xiàn)場作業(yè)時間。測樁用超聲儀的基本要求表2儀 器 參 數(shù)基 本 要 求發(fā)射脈沖電壓2501000V接收放大器頻寬(5-50)kHz接收放大器增益>100dB衰減器衰減值0-80dB衰減器分辨率1dB衰減器誤差<1測時范圍2000us測量精度>1us注：引自JGJ/T93-95在數(shù)字化的智能型儀器中，為了使所采集的信號不失真，應(yīng)有足夠的采樣頻率和采樣長 度，以及具有動態(tài)顯示功

21、能，以便于現(xiàn)場實時觀察。一般采樣頻率應(yīng)達到20MHz(分若干級可選)，采樣長度應(yīng)達到64K(在該長度內(nèi)可選)。為了便于分析，儀器中應(yīng)帶有專用測樁分析軟件及頻譜、CT等分析和成像軟件。3、探頭升降系統(tǒng)為了檢測不同深度的樁內(nèi)混凝土質(zhì)量，必須使探頭在預(yù)埋的聲測管中按要求升降。為解 決這一問題，通常有兩種方式：一種是用人工升降，為了使操作者知道探頭在樁內(nèi)的確切位置，應(yīng)在探頭電纜線上劃上標(biāo)尺；另一種是采用電動機械式升降裝置，可采用異步電機或步進電機驅(qū)動的小型絞車。采用這種方式升降時，升降裝置必須能輸出探頭所處位置的明確指標(biāo)，通常將絞車鼓筒的轉(zhuǎn)動圈數(shù)換算成探頭的升降高度，鼓筒的轉(zhuǎn)動圈數(shù)可由光電式計數(shù)器記錄

22、和顯示。若采用步進電機驅(qū)動，則根據(jù)步進量能更精密地測量探頭位置，這種驅(qū)動方式一般用于全自動檢測系統(tǒng)，并將探頭位置信號也輸入測樁專用軟件統(tǒng)一處理。(二)聲測管的預(yù)埋聲測管是灌注樁進行超聲檢測法時探頭進入樁身內(nèi)部的通道。它是灌注樁超聲檢測系統(tǒng)的重要組成部分，它在樁內(nèi)的預(yù)埋方式及其在樁的橫截面上的布置形式，將直接影響檢測結(jié)果。因此，需檢測的樁應(yīng)在設(shè)計時將聲測管的布置和埋置方式標(biāo)入圖紙，在施工時應(yīng)嚴(yán)格控制埋置的質(zhì)量，以確保檢測工作順利進行。1、聲測管的選擇聲測管材質(zhì)的選擇，以透聲率較大、便于安裝及費用較低為原則。聲脈沖從發(fā)射換能器發(fā)出，通過耦合水到達水和聲測管管壁的界面，再通過管壁到達聲測 管管壁與混

23、凝土的界面，穿過混凝土后又需穿過另一聲測管的兩個界面而到達接收換能器。因此，聲測管形成4個界面，每個界面的聲能透過系數(shù)可按下式計算：（1）式中：某界面的聲能透過系數(shù)； 界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗率()發(fā)射和接收換能器之間4個界面的總透聲系數(shù)為（2）目前常用的管子有鋼管、鋼質(zhì)波紋管、塑料管3種。鋼管的優(yōu)點是便于安裝，可用電焊焊在鋼筋骨架卜，可代替部分鋼筋截面，而且由于鋼管 剛度較大埋置后可基本上保持其平行度和平直度，目前許多大直徑灌注樁均采用鋼作為聲測管。但鋼管的價格較貴：鋼質(zhì)波紋管是一種較好的聲測管材料，它具有管壁薄、鋼材省和抗?jié)B、耐壓、強度高、柔性好等特點，通常用于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中的后張法預(yù)留孔道：用

24、做聲測管時。可直接綁扎在鋼筋骨架 土，接頭處可用大一號波紋套接。由于波紋管很輕，因而操作十分方便，但安裝時需注意保持其軸線的平直。塑料管的聲阻抗率較低，用做聲測管具有較大的透聲率，通?？捎糜谳^小的灌注樁，在大型灌注樁中使用時應(yīng)慎重-因為大直徑樁需灌注大量混凝土，水泥的水化熱不易發(fā)散：鑒于塑料的熱膨脹系數(shù)與混凝土的相差懸殊，混凝土凝固后塑料管因溫度下降而產(chǎn)生徑向和縱向收縮，有可能使之與混凝土局部脫開而造成空氣或水的夾縫，在聲通路上又增加了更多反射強烈的界面，容易造成誤判。聲測管的直徑，通常比徑向換能器的直徑大l0mm即可，常用規(guī)格是內(nèi)徑50-60mm。管子的壁厚對透聲豐的影響很小，所以，原則上對

25、管壁厚度不作限制，但從節(jié)省用鋼量的角度而言，管壁只要能承受新澆混凝土的側(cè)壓力，則越薄越省。2、聲測管的埋置數(shù)量和布置方式布置聲測管的埋置數(shù)量及其在樁的橫截面卜的布局應(yīng)考慮檢測的控制面積。通常有如圖7圖7聲測管的布置方式所示的布置方式，圖中的陰影區(qū)為檢測的控制面積。一般樁徑小于0.61m時，沿直徑布置兩根；樁徑為12.5m時，布置3根，呈等邊三角形；樁徑大于2.5m時，布置4根，呈正方形。 3、聲測管的安裝方法聲測管可直接固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)上，如圖8-8所示：固定方式可采用焊接或綁扎，管子之間應(yīng)基本上保持平行-若檢測結(jié)果需對各測點混凝土的強度做出評估，則不平行度應(yīng)控制在1以下。鋼筋籠放入樁孔時應(yīng)防

26、止扭曲。 管子一般隨鋼筋籠分段安裝，每段之間的接頭可采用反螺紋套筒接口或套管焊接方案，如圖8所示：若采用波紋管則可利于大一號的波紋管套接，井在套接管的兩端用膠布纏繞密封。無論啊卜種接頭方案都必須保證在較高的靜水壓力下不漏漿，接口內(nèi)壁應(yīng)保持平整，不應(yīng)有焊渣、毛刺等凸出物，以免妨礙探頭的自如移動，聲測管的底部也應(yīng)密封，安裝完畢后應(yīng)將上口用木塞堵住，以免澆灌混凝土?xí)r落人異物，致使孔道堵塞。圖8 聲測管的安裝方法a)鋼管的套接；b)波紋管的套接1-鋼筋；2-聲測管；3-套接管；4-箍筋；5-密封膠布4、聲測管的其他用途聲測管除了用作檢測通道及取代一部分鋼筋截面外，還可作為樁底壓漿的管道。試驗證明，經(jīng)樁

27、底漿處理的灌注樁，可大幅度提高其承載力。同時聲測管還可作為事故樁缺陷沖洗與壓漿處理的管道，這時需采取措施把需壓漿的缺陷部位的管道打穿。三、檢測前的準(zhǔn)備進行灌注樁完整性超聲檢測前，除需認(rèn)真檢查檢測單位和檢測人員的資質(zhì)、儀器設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)和預(yù)埋聲測管外，還應(yīng)做好下列各項準(zhǔn)備：(一)了解工程概況，認(rèn)真閱讀和分析下列資料：巖土工程勘察資料、基樁設(shè)計計算資料及圖紙、基樁位置平面圖及編號、基樁施工原始記錄、混凝土灌注齡期。(二)確定被檢樁的基本原則當(dāng)某工程樁量較多，無法逐一檢測時，可按一定原則和比例進行抽測，抽測應(yīng)有代表性，以便確切反映成批樁的質(zhì)量，受檢樁的確定應(yīng)考慮下列因素：1選擇設(shè)計方認(rèn)為重要的樁；2

28、選擇施工質(zhì)量有懷疑的樁；3選擇巖土特性復(fù)雜，施工難度較大的樁；4選擇代表不同施工工藝條件和不同施工單位或班組的樁；5在同類樁隨機選取的基礎(chǔ)上，宜使被檢樁位置均勻分布。(三)被檢樁的抽樣數(shù)量的基本規(guī)定1對于一柱一樁的建筑物或構(gòu)筑物，全部樁均應(yīng)進行檢測；2非一柱一樁的建筑物或構(gòu)筑物，應(yīng)根據(jù)上述原則進行抽測，抽取的數(shù)量不得少于樁的總數(shù)的20，且不得少于10根。3當(dāng)抽測不合格的樁數(shù)超過抽測數(shù)的30%時，應(yīng)加倍重新抽測。4若加倍抽樣復(fù)測后仍有抽測數(shù)的30%不合格，則該批樁應(yīng)全數(shù)檢測。 由于超聲檢測法需預(yù)埋聲測管，因此，檢測單位應(yīng)盡早介入，事先提出檢測要求，并與設(shè)計和施工單位協(xié)商確定受檢樁數(shù)量和樁號。有預(yù)

29、埋管的樁數(shù)應(yīng)超過抽樣數(shù)，以備復(fù)檢之需，一般有預(yù)埋管的樁數(shù)可達樁總數(shù)的40%左右，某些重要工程則應(yīng)100埋管。當(dāng)需要加倍復(fù)測，而又沒有足夠的埋管樁時，則可用其他檢測樁的完整性的方法補足應(yīng)檢樁數(shù)量。檢測數(shù)據(jù)的處理與數(shù)值判據(jù)當(dāng)超聲探頭在聲測預(yù)埋管中沿樁的軸向自下而上或自上而下逐點檢測時，每個測點均可獲得一系列混凝土聲參數(shù)的檢測值。在使用模擬式儀器時，需在檢測現(xiàn)場逐點測讀并記錄，在使用數(shù)字化儀器時，則可將每測點的波形數(shù)據(jù)存入儀器中，需要時再從中提取所需的聲參數(shù)。無論使用何種儀器，對檢測者來說都必須面對大量的測試數(shù)據(jù)。如何從大量數(shù)據(jù)中分析和判斷樁的質(zhì)量，始終是檢測的關(guān)鍵。盡管一些分析和判斷方法已編制成實

30、用軟件，但為了真正了解分析和判斷的原理，以便對分析和判斷軟件的適用性和可靠性有一個確切的了解，對每一位檢測分析人員來說仍然是非常重要的。一、測試數(shù)據(jù)的預(yù)處理(一)混凝土中的實際聲時的確定 聲時是儀器測讀的基本量，原始測讀的聲時值()是由三部分組成的，即聲脈沖穿過聲測管及耦合水的聲時()、聲脈沖穿過混凝土?xí)r的聲時()、儀器及探頭的聲延遲(即)，所以，混凝土中的實際聲時應(yīng)為：(3)式中：一混凝土中聲脈沖的傳播時間,；一聲脈沖檢測儀發(fā)射至接收系統(tǒng)的延遲時間；聲時原始測讀值,；聲時修正值，即聲測管與耦合水中的聲時；徑向發(fā)射探頭的值可按下列方法測量： 將兩個徑向振動式換能器置于靜止的淡水中，使兩換能器軸

31、線平行，并置于同一水平高度，將兩換能器內(nèi)側(cè)邊緣間距先后調(diào)節(jié)在 (如200mm)，(如100mm)，分別讀取相應(yīng)聲時值。則該系統(tǒng)的聲時初讀數(shù)可按下式計算：（4）聲時的修正值可按下式計算：（5）式中：聲測管管壁及耦合水的聲時，即聲時修正值,；聲側(cè)管外徑, mm；為聲測管內(nèi)徑，mm； 換能器外徑，mm。 聲測管壁厚方向縱波聲速，用鋼管時取=0.580mm/，用PVC管時取，=0.235mm，為耦合水的聲速，由于水的聲速受水溫影響，可按表3取值。水聲速與水溫的關(guān)系 表3 水 溫 ()51015202530 水聲速(mm/us)0.1450.1460.1470.1480.149O.150(二)聲速的計算

32、 一般情況下，假定聲測管是平行的，因此，各點間距相等，用聲時值即能反映混凝土質(zhì)量的 變化，所以許多判據(jù)可用聲時作為判斷依據(jù)。但當(dāng)需要推定混凝土強度時，則需準(zhǔn)確計算各測點的聲速值聲速值應(yīng)按下式計算：(6)式中：混凝土聲速，； 混凝土中的聲時，； 兩聲測管外壁間的距離，mm。(三)頻率與波幅 1、頻率() 在使用模擬式超聲儀時，應(yīng)根據(jù)實測的首波周期并按下式計算頻率： (7)式中：主頻值，kHz； 第三測點的首波周期，。在使用數(shù)字式超聲儀時，可直接用頻譜分析軟件獲得頻域曲線，并選取其峰值頻率為主頻。在進行頻譜分析時，在時域波形上的截取長度仍應(yīng)以首波周期為妥，因為后續(xù)波形往往因其他不同相位的波的疊加而

33、畸變。 2、波幅 波幅值可直接用衰減器測讀，這時儀器發(fā)射電壓及接收增益等數(shù)都應(yīng)固定不變。 波幅的分貝數(shù)與波高的關(guān)系如下：式中：原始波高或基準(zhǔn)波高； A經(jīng)該測點混凝土衰減后的波高。例如，經(jīng)混凝土衰減后的波高為原始波高的1/2時，即，則衰減值約為6dB。 (四)關(guān)于測值重復(fù)性的檢驗在灌注樁的檢測中，由于影響因素較多(例如高程的累計誤差)，若這些因素控制不嚴(yán)，則測值的可重復(fù)性下降，為了排除非混凝土質(zhì)量的因素對測值的影響，在JGJ/T 9895中要求，每組檢測管測試完成后，測試點應(yīng)隨機重復(fù)抽測10%20%，其聲時相對標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)大于5%；波幅相對標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)大于10。并對聲時及波幅異常的部位應(yīng)重復(fù)抽測。測

34、量的相對標(biāo)準(zhǔn)差可按下式計算：（8） （9） （10） （11）式中：重復(fù)測量的聲時相對標(biāo)準(zhǔn)差；重復(fù)測量的波幅相對標(biāo)準(zhǔn)差；第i個測點聲時原始測試值，；第i個測點波幅原始測試值，dB；第i個測點第i次重復(fù)抽測時的聲時值，；第i個測點第j次重復(fù)抽測時的波幅值，dB。二、檢測數(shù)據(jù)的判斷 在逐點檢測的基礎(chǔ)上，我們可以用所得數(shù)據(jù)描出“聲時一深度曲線”、“波幅(或衰減系數(shù))一深度曲線”、“聲速深度曲線”和“主頻深度曲線”等，這些曲線是我們進行分析判斷的直觀基礎(chǔ)。 (一)灌注樁完整性的數(shù)值判據(jù)1概率法判斷 同一結(jié)構(gòu)物的同一種混凝土，由于隨機因素將產(chǎn)生聲時、聲速、波幅及接收波頻率等聲參數(shù)的波動。因此，同一結(jié)構(gòu)物

35、中同一配合比的混凝土的所有聲時、聲速等的測值均應(yīng)符合正態(tài)分布。當(dāng)存在缺陷時，在缺陷區(qū)的聲參數(shù)值將發(fā)生明顯變化，是異常值。所以，只要檢出聲參數(shù)的異常值，其所對應(yīng)的測點位置即為缺陷區(qū)。 在超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程(CECS21:2000)中規(guī)定的具體方法如下： (1)首先將全樁各測點的聲時值()或聲速值()以及波幅值()或頻率值()分別按大小順序排列。其中從小到大排列，、從大到小排列。在實際檢測中，通常選擇其中的一至兩項參數(shù)即可，常用的是聲時或聲速，而將波幅值作為陰影重疊法的主要依據(jù)。將排列在后面明顯較小的、或值，或明顯較大的值視為可疑值，將、或可疑值中最大(對于聲時值則為最小)的一個，連同前

36、面的數(shù)，按下式計算平均值和標(biāo)準(zhǔn)差： （12）（13）式中：代表聲時、聲速、波幅或頻率等參數(shù)中某一項參數(shù)的平均值；某一項參數(shù)參與計算的實測值；n參與計算的測點總數(shù)；某一項參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差。(2)異常值的臨界值按下列兩種情況計算： 當(dāng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)為聲時值時， （14）式中：聲時臨界值；聲時平均值；聲時標(biāo)準(zhǔn)差；異常值判定系數(shù)(按表8-5取值)。 當(dāng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)為聲速、波幅或頻率時， (15)式中：聲速、波幅或頻率的臨界值； 其余同前。 在所統(tǒng)計的n個聲時值中，當(dāng)最后一個數(shù)大于或等于M時，則及排列于其后的聲時值均為異常值。若小于M則再將訓(xùn)放進去進行統(tǒng)計計算，得出新的M值進行判斷。 在所統(tǒng)計的n個聲速、波幅或頻率值

37、中，當(dāng)最后個數(shù)小于或等于M時，則及排列于其后的數(shù)均為異常值。若大于M，則再將，放進去進行統(tǒng)計計算，得出新的M值進行判斷。 經(jīng)上述判別后，各異常值所對應(yīng)的測點即為缺陷可疑點。(3)當(dāng)測點中判出異常點時，可根據(jù)下式進一步判別其相鄰測點是否異常： (16) （17）式中入，可從表4中查得，其余各項同前。統(tǒng)計數(shù)的個數(shù)n與對應(yīng)的、值 表4n303234363840424446481.831.861.891.921.941.961.982.002.022.041.141.161.171.181.191.201.221.231.251.26n505254565860626466682.052.072.092

38、.102.122.132.142.152.172.181.271.281.291.301.311.311.321.331.341.35n707274767880828486882.192.202.212.222.232.242.252.262.272.281.361.361.371.381.391.391.401.411.421.42n90929496981001051101151202.292.302.302.312.312.322.352.362.382.401.431.441.451.451.461.471.481.491.501.51n1251301401501601701801902

39、002102.412.432.452.482.502.522.542.562.572.591.531.541.541.581.591.601.621.631.641.65由于判斷后一般都需進一步用陰影法判斷缺陷的大小和性質(zhì)，所以亦可不進行相鄰點的判斷。在JGJ/T9395規(guī)程中采用了概率法中更為簡單的判據(jù)形式，即以聲時平均值與2倍聲時標(biāo)準(zhǔn)差5，之和作為判定樁身有無缺陷的臨界值，即(將值取為2)。聲時值大于M的點為缺陷可疑點。 概率法由上部結(jié)構(gòu)混凝土的測缺法引伸而來，但由于受灌注樁施工特點的影響，混凝土勻質(zhì)性往往不如上部結(jié)構(gòu)中混凝土的勻質(zhì)性，再加上聲測管的不平行度和扭曲等因素，使聲參數(shù)測值的離散

40、性較大，因而標(biāo)準(zhǔn)差也較大，導(dǎo)致判據(jù)值偏大(或偏小)，使一些缺陷漏判，尤其是當(dāng)樁內(nèi)存在較多缺陷時，S值更大，更易產(chǎn)生漏判應(yīng)予注意。 2PSD判據(jù)(斜率與聲時差值乘積法，簡稱斜率法) 鑒于灌注樁的施工特點，混凝土的均勻性往往較差，超聲各項參數(shù)的測值較為離散。同時在施工過程中，由于鋼筋籠的剛度較小，吊人時很難保證固定在鋼筋籠上的聲測管保持平行。實踐證明，有時聲測管的位移甚大，而在樁頭上無法覺察，導(dǎo)致各項聲參數(shù)測值發(fā)生偏離。這些非缺陷因素對測值所造成的影響必須予以消除，以免造成誤判。而且，各項聲參數(shù)，尤其是波幅及接收頻率等測值，在同一結(jié)構(gòu)的同一種混凝土中是否一定符合正態(tài)分布規(guī)律，仍然缺乏足夠的試驗驗證

41、資料。為此，作者于1983年首先提出了“聲參數(shù)深度曲線相鄰兩點之間的斜率與差值之積”（Product of Slope and Difference) 作為判據(jù)，簡稱PSD判據(jù)。判據(jù)的形式以聲時值為例。設(shè)測點的深度為H，相應(yīng)的聲時值為，則聲時隨深度變化的規(guī)律可用“聲時深度”曲線表示，假定其函數(shù)式為： (18) 當(dāng)樁內(nèi)存在缺陷時，由于在缺陷與完好混凝土的分界處超聲傳播介質(zhì)的性質(zhì)產(chǎn)生突變，因而聲時值也產(chǎn)生突變，該函數(shù)為不連續(xù)函數(shù)。當(dāng)深度增量(即測點間距)r H趨向于零時，聲時增量rc不趨向于零，該函數(shù)的不連續(xù)點即為缺陷界面的位置。 但在實際檢測中總是每隔一定距離檢測一點，rH不可能趨向于零。而且由

42、于缺陷表面凹凸不平，以及孔洞等缺陷使波線曲折而導(dǎo)致聲時變化，所以在的實測曲線中，在缺陷界面處只表現(xiàn)為斜率的變化。各點的斜率可用下式求得： (19)式中：笫i1測點與第j測點之間“聲時深度”曲線的斜率；、相鄰兩測點的聲時值；、相鄰兩測點的深度。斜率僅僅反映了相鄰測點之間聲時值變化的速率。由于在檢測時往往采用不同的測點間距，因此，雖然所求出的斜率可能相同，但當(dāng)測點間距不同時，所對應(yīng)的聲時差值不同。而聲時差值是與缺陷大小有關(guān)的參數(shù)，換而言之，斜率只能反映該點缺陷的有無，要進一步反映缺陷的大小就必須引入聲時差值這一參數(shù)，因此，判據(jù)式定義為： （20）式中：第i點的判據(jù)值，簡稱PSD判據(jù)。顯然，當(dāng)?shù)趇點

43、處相鄰兩點的聲時值沒有變化或變化很小時，等于或接近于零。當(dāng)聲時值有明顯變化或突變時，與()成正比，因而將大幅度變化。實測證明，PSD判據(jù)對缺陷十分敏感，而對因聲測管不平行，或因混凝土不均勻等非缺陷原因所引起的聲時變化，基本上不予反映。這是由于非缺陷因素所引起的聲時變化都是漸變過程，雖然總的聲時變化量可能很大，但相鄰兩測點間的聲時差值卻很小，因而很小。所以，運用PSD判據(jù)基本上消除了聲測管不平行或混凝土不均勻等因素所造成的聲時變化對缺陷判斷的影響。為了對全樁各測點進行判別，首先應(yīng)將各測點的置i值求出，也可繪成“判據(jù)值線。凡是在值較大的地方，均可列為缺陷可疑點。3接收波能量判據(jù)在檢測中波幅(衰減量

44、)對缺陷的反應(yīng)比聲速對缺陷的反應(yīng)更靈敏。因此，在JGJ/T93-95中提出以接收信號能量平均值的一半作缺陷判斷的臨界值。波幅值以衰減器的衰減量q表示，以分貝計，則接收信號能量平均值的一半應(yīng)為： (30) (31)式中：衰減量的平均值，dB；第i個測點的衰減量，dB； n測點數(shù)；接收信號能量平均值的一半。該判據(jù)利用了缺陷對衰減的敏感性。但為什么能量衰減時正是判別缺陷有無的界線?這一點既缺乏理論依據(jù)，也缺乏足夠的工程驗證資料，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。數(shù)值判據(jù)的判斷實例為了說明上述數(shù)值判據(jù)的使用方法，并比較它們的判斷結(jié)果，下面以一根長20m，樁徑為，檢測管間距為0.82m的灌注樁的實測數(shù)據(jù)為例。表5為該樁的實測

45、數(shù)據(jù)，表中H為深度，T為聲時(已扣除和)，A為波幅衰減值。圖13是根據(jù)表5中數(shù)據(jù)描繪的“聲速一深度”曲線和“幅值一深度”曲線。某一工程樁的實測數(shù)據(jù) 表5(m)()(dB)(m)()(dB)(m)()(dB)0.5183238.51832316.5178251.0183239.01822317.01為251.5183239.51821817.5177242.01832310.02041617.6175242.51842310.51802317.7180233.01842311.01802317.8179183.51812411.51812317.926064.01812312.01822318.

46、0255104.51822312.51812318.123085.018123 13.01802318.2180205.518l2313.51772518.3181226.01812314.01752518.4181236.51832314.51752418.5180237.01812315.01752419.0178237.51832015.51742519.5179208.01951716.017525 20.0182m例1 按JGJT9395概率法判斷： 以聲時為計算依據(jù)，代人式(8-12)、式(8-13)，求得48個聲時數(shù)據(jù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差如下：其臨界判斷值應(yīng)為 所以，可以判定230，

47、255，260為異常值，即17.9 18.1m處為缺陷區(qū)。例2 按CECS21：2000概率法判斷：仍以聲時參數(shù)為計算依據(jù)。 首先將全樁各測點的聲時值軋按大小順序排列，并將明顯偏大的軋視為可疑值，即174，174，175，175，195， 204，230，255，260n：44 假定為可疑值 將假定為可疑值前面的全部數(shù)據(jù)(n=44)代人式(8-12)、式(8-13)，求出平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，得圖13 某一工程樁的“聲時深度曲線”和“幅值深度”曲線將代人式(14)，其中A1按表4查取為2，計算出臨界判斷值為 所以，所列數(shù)列中假定為可疑值的4個數(shù)都大于，確為可疑值。再把與數(shù)列中最大值比較，<19

48、5，將195列入可疑值，其余43個數(shù)再作上述處理，求出平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，得將代入式(8-14)，其中按表(4)查得為1.98，計算參判值為由于<195，所以195亦為可疑值，再把與剩余數(shù)列中的最大值比較，大于183。所以，可判定195，204，230，255，260為異常點，即8m，10m，17.918.1m處有缺陷。 例3按PSD判據(jù)(斜率判據(jù))判斷：將表5中聲時值代人式(20)可求出各相鄰測點的PSD判據(jù)值足(列于表6中)，由各點判據(jù)可描出“一深度”曲線(見圖14)由于8,10,17.718.1(m)各點判據(jù)均可列為可疑區(qū)。再將可疑區(qū)段的各項參數(shù)代入式(24)，求出相應(yīng)的夾層斷樁時的臨

49、界判據(jù)值，以判斷可疑區(qū)缺陷的嚴(yán)重程度。各測點的PSD判據(jù)值K 表6 H T K H T K H T K 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0 7.5 8.0 183 183 183 183 184 184 181 181 182 181 181 181 183 181 183 195 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 2 8.5 9.0 9.5 10.0 10.5 11.0 11.5 12.0 12.5 13.0 13.5 14.0 14.5 15.0 15.5 16.0 183 182 182

50、 204 180 180 18l 182 18l 180 177 175 175 175 174 175 0 0 0 9 11 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 16.5 17.0 17.5 17.6 17.7 17.8 17.9 18.0 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 19.9 19.5 20.0 178 179 177 175 180 179 260 255 230 180 181 181 180 178 179 182 0 0 0 0 2 0 656 2 62 249 0 0 0 0 0 0式(24)中，取該樁非可疑區(qū)段聲速的平均值，本例中;為夾層中夾雜物的聲速，根據(jù)地質(zhì)條件及成因分析，若在該深度存在夾層，很可能是砂、石、泥的混合物，本例中；該樁檢測管間距為L=82cm；在K值最大點的測點間距已加密，l00cm，所以為： 將可疑點的判據(jù)值與斷樁臨界判據(jù)值比較>者為斷樁。本例中，17.9m處的判樁臨界判據(jù)為578，小于該點的判據(jù)值656，所以17.9m