(5)+131212-聲波透射法檢測技術

1、在超聲儀的屏幕上顯示聲波傳播時間和波幅在超聲儀的屏幕上顯示聲波傳播時間和波幅他們在干什么？他們在用跨孔聲波透射法檢測基樁完整性他們在干什么？他們在用跨孔聲波透射法檢測基樁完整性 聲波透射法聲波透射法檢測檢測 基樁完整性基樁完整性 吳慶曾吳慶曾中國地質調查局技術方法研究所中國地質調查局技術方法研究所 2013.03.24 2013.03.24（2013.07.20 2013.07.20 修改）修改）聲波檢測混凝土缺陷的基本原理聲波檢測混凝土缺陷的基本原理二二. . 由聲速判斷樁身完整性原理由聲速判斷樁身完整性原理三三. . 聲波法確定樁身缺陷和位置的方法聲波法確定樁身缺陷和位置的方法四四. .

2、樁身缺陷位置與分布的定性確定方法樁身缺陷位置與分布的定性確定方法 五五. . 基樁跨孔聲波透射現(xiàn)場檢測技術基樁跨孔聲波透射現(xiàn)場檢測技術六六. . 基樁聲波透射資料的室內分析解釋基樁聲波透射資料的室內分析解釋 七七. . 跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例八八. . 跨孔聲波透射法的優(yōu)勢與缺憾跨孔聲波透射法的優(yōu)勢與缺憾九九 跨孔聲波透射法的新技跨孔聲波透射法的新技 先看看灌筑樁的樁身可能出現(xiàn)哪些缺陷？先看看灌筑樁的樁身可能出現(xiàn)哪些缺陷？一一. 聲波檢測混凝土缺陷的基本原理聲波檢測混凝土缺陷的基本原理已知介質的聲速EVP）（）（ 21 1 1V正常正常 V缺陷缺陷灌注樁縱

3、波聲速的正常范圍灌注樁縱波聲速的正常范圍（C C20202525）：）： 水下灌注水下灌注: 3400m/s : 3400m/s 4000m/s 4000m/s 干作業(yè)灌注干作業(yè)灌注: 4000m/s : 4000m/s 4500m/s 4500m/s預制樁縱波聲速預制樁縱波聲速的正常范圍的正常范圍：4200 m/s 4200 m/s 已知介質中聲波的波幅LmeALA1上式說明：上式說明： 聲波在傳播過程中，質點振動的聲波在傳播過程中，質點振動的幅度，隨著傳播距離、混凝土物理性能的變幅度，隨著傳播距離、混凝土物理性能的變化按指數(shù)規(guī)律減小化按指數(shù)規(guī)律減小。A: A: 接收點的聲波波幅接收點的聲波

4、波幅A Amm：發(fā)射點的聲波波幅：發(fā)射點的聲波波幅L L：聲波的傳播距離：聲波的傳播距離 ：衰減系數(shù)，是頻率的函數(shù)頻率高衰減快：衰減系數(shù)，是頻率的函數(shù)頻率高衰減快LmeALA1當管距一定，波幅當管距一定，波幅A可反映混可反映混凝土的質量和判斷有無缺陷凝土的質量和判斷有無缺陷在超聲儀的屏幕上顯示聲波傳播時間和波幅在超聲儀的屏幕上顯示聲波傳播時間和波幅接收信號的波形、頻率也可定性的判斷缺陷接收信號的波形、頻率也可定性的判斷缺陷完整性好的混凝土完整性好的混凝土有缺陷的混凝土有缺陷的混凝土主頻主頻44.56kHz44.56kHz主頻主頻39.86kHz39.86kHz 完整樁完整樁 聲速聲速高高、波形

5、完整、波形完整 沉渣、樁頭底強度區(qū)、二次澆灌面沉渣、樁頭底強度區(qū)、二次澆灌面 聲速較聲速較低、波形略畸變低、波形略畸變 蜂窩、空洞、嚴重縮頸蜂窩、空洞、嚴重縮頸聲速低、波形聲速低、波形 較畸變較畸變 夾泥、離析夾泥、離析聲速低、波形畸變聲速低、波形畸變 擴徑、輕微縮頸、水平裂縫擴徑、輕微縮頸、水平裂縫無法檢無法檢 測出的缺陷測出的缺陷二二. 由聲速判斷樁身完整性原理由聲速判斷樁身完整性原理聲速在聲速在3500-4500m/s3500-4500m/s波形完整波形完整二二. . 由聲速判斷樁身完整性原理由聲速判斷樁身完整性原理1.1.完整樁完整樁 均勻的高聲速均勻的高聲速 從截取到的樁頭，可直觀了

6、從截取到的樁頭，可直觀了解它們是泥漿、浮漿、沉渣和混解它們是泥漿、浮漿、沉渣和混凝土的混合層狀狀介質，宏觀的凝土的混合層狀狀介質，宏觀的可將其視為較均勻的層狀低聲速可將其視為較均勻的層狀低聲速遞減的介質。遞減的介質。樁頭低強度區(qū)的物理摸型，樁頭低強度區(qū)的物理摸型， V1V2V3V1V2V3VnVn，即聲速、波幅遞減即聲速、波幅遞減 。二二. . 由聲速判斷樁身完整性原理由聲速判斷樁身完整性原理2.2.沉渣、樁頭底強度區(qū)、二次澆灌面沉渣、樁頭底強度區(qū)、二次澆灌面大范圍較均勻的低聲速大范圍較均勻的低聲速 二次澆灌面和沉渣昵？二次澆灌面和沉渣昵？ 空洞是樁身混凝土中大空洞是樁身混凝土中大的空氣氣泡，

7、蜂窩是密集的的空氣氣泡，蜂窩是密集的小氣泡集合體，可以等效為小氣泡集合體，可以等效為空洞，嚴重縮頸是將聲測管空洞，嚴重縮頸是將聲測管外露，即在聲測管附近有空外露，即在聲測管附近有空洞存在。洞存在。 使聲線長度不再是聲測管使聲線長度不再是聲測管管距管距 L L聲線拉長，帶來聲時加聲線拉長，帶來聲時加大，視聲速降低可知接收的超大，視聲速降低可知接收的超聲波波幅下降聲波波幅下降, ,主頻降低主頻降低 。3. 3. 蜂窩、空洞、嚴重縮頸蜂窩、空洞、嚴重縮頸局部極低聲速局部極低聲速二二. . 由聲速判斷樁身完整性原理由聲速判斷樁身完整性原理 夾泥、離析是樁身局部出現(xiàn)低聲速區(qū)樁身聲速夾泥、離析是樁身局部出

8、現(xiàn)低聲速區(qū)樁身聲速V V1 1 , ,夾泥、離析缺陷的聲速為夾泥、離析缺陷的聲速為V V2 2 。發(fā)射換能器輻射的聲波。發(fā)射換能器輻射的聲波入射到缺陷會發(fā)生繞射，入射到缺陷會發(fā)生繞射，在在缺陷內發(fā)生折射和多次反射，缺陷內發(fā)生折射和多次反射，將有三組波匯集到接收點將有三組波匯集到接收點 ，波形復雜。聲速低，波幅減波形復雜。聲速低，波幅減小。小。4.4.夾泥、離析夾泥、離析局部低聲速局部低聲速二二. . 由聲速判斷樁身完整性原理由聲速判斷樁身完整性原理 夾泥、離析缺陷還有另外一種可能出現(xiàn)的物理模型。夾泥、離析缺陷還有另外一種可能出現(xiàn)的物理模型。縱波縱波P P，在缺陷內發(fā)生折射，根據(jù)折射定律在缺陷界

9、面產(chǎn)，在缺陷內發(fā)生折射，根據(jù)折射定律在缺陷界面產(chǎn)生折射縱波生折射縱波PPPP的同時還會產(chǎn)生折射橫波的同時還會產(chǎn)生折射橫波PSPS。先只考慮。先只考慮PPPP波，波，它在缺陷另一界面，同樣要產(chǎn)生折射縱波它在缺陷另一界面，同樣要產(chǎn)生折射縱波PPPPPP和折射橫波和折射橫波PPSPPS。PPPPPP會被接收換能器接收。會被接收換能器接收。聲線拉長，聲速下降，聲線拉長，聲速下降，波幅降低，波形復雜畸波幅降低，波形復雜畸變。變。三三. . 聲波法確定樁身聲波法確定樁身 缺陷和位置的方法缺陷和位置的方法 繪出聲時、波幅隨孔深變化曲線繪出聲時、波幅隨孔深變化曲線 由于混凝土的密實度、骨料分布由于混凝土的密實

10、度、骨料分布是非均勻的，故是非均勻的，故混凝土屬非均勻混凝土屬非均勻介質介質。 因此，聲速或因此，聲速或聲時相應會是波動聲時相應會是波動的。如何用聲波的傳播速度、波的。如何用聲波的傳播速度、波幅（首波）和頻率來判斷哪里存幅（首波）和頻率來判斷哪里存在缺陷呢在缺陷呢 ? ? ? ? ? 直到直到 19781978年，當時國家建委立項組織混凝土超聲檢年，當時國家建委立項組織混凝土超聲檢測專題研究，結論是：混凝土中的缺陷可采用數(shù)理統(tǒng)計測專題研究，結論是：混凝土中的缺陷可采用數(shù)理統(tǒng)計方法，建立了由聲速辨別有無缺陷的方法，建立了由聲速辨別有無缺陷的“概率法概率法”。 1. 1. 關于關于“概率法概率法”

11、 其思路是：混凝土是非均勻介質，其強度、密實度分布其思路是：混凝土是非均勻介質，其強度、密實度分布是隨機分布的，是隨機分布的，相應樁身各點相應樁身各點聲速高低聲速高低，也是隨機分布的，也是隨機分布的，且符合正態(tài)分布且符合正態(tài)分布。 而混凝土中的缺陷而混凝土中的缺陷是人為造成的，它是人為造成的，它不符合正態(tài)分布不符合正態(tài)分布，這樣我們就可用數(shù)理統(tǒng)計的方法找到缺陷與正?；炷恋姆诌@樣我們就可用數(shù)理統(tǒng)計的方法找到缺陷與正?；炷恋姆纸缇€，即界線，即臨界點臨界點。 三三. . 聲波法確定樁身缺陷和位置的方法聲波法確定樁身缺陷和位置的方法xmsVv0正?；炷翉姸龋曀伲┑恼龖B(tài)分正常混凝土強度（聲速）的

12、正態(tài)分布與缺陷臨界點的關系如下圖所示布與缺陷臨界點的關系如下圖所示用概率法確定的臨界值用概率法確定的臨界值 VoxmsVv0kniimvknv11212111knimixvvkns V V0 0即臨界點聲速值稱即臨界點聲速值稱“異常判定值異常判定值” V m V m （n-kn-k）個數(shù)據(jù)的平均值）個數(shù)據(jù)的平均值 S S X X （n-kn-k）個數(shù)據(jù)的標準差）個數(shù)據(jù)的標準差由統(tǒng)計數(shù)據(jù)數(shù)（由統(tǒng)計數(shù)據(jù)數(shù)（n-kn-k）對應的）對應的由查表獲得見下表由查表獲得見下表 n n 測點數(shù)測點數(shù) k k 將全部測點的聲速值由小到大依次排序，去掉明顯不將全部測點的聲速值由小到大依次排序，去掉明顯不 合理的低

13、聲速值合理的低聲速值的個數(shù)。的個數(shù)。 n-k2022242628303234361.641.691.731.771.801.831.861.891.91n-k3840424446485052541.941.961.982.002.022.042.052.072.09n-k5658606264666870722.102.112.132.142.152.172.182.192.20n-k7476788082848688902.212.222.232.242.252.262.272.282.29n-k9294969810010511011512020292.302.312.322.332.342.3

14、62.382.39n-k1251301351401451501601701802.412.422.432.452.462.472.502.522.54 統(tǒng)計數(shù)據(jù)個數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)個數(shù)(n-k)(n-k)與對應的與對應的值值由下表查出值值由下表查出混凝土的非勻值性，同樣使混凝土中各測點的聲波混凝土的非勻值性，同樣使混凝土中各測點的聲波首波波幅也是隨機波動的。于是建立了聲波波幅值首波波幅也是隨機波動的。于是建立了聲波波幅值判斷有無缺陷的判斷有無缺陷的“半波幅半波幅”法法 dBAAmPi6niPimAnA11A APiPi 波幅判定異常值波幅判定異常值A Amm 所有測點波幅的平均值，用分貝表示所有測點波

15、幅的平均值，用分貝表示6dB6dB 是減去是減去6 6分貝，其物理含意是波幅減分貝，其物理含意是波幅減 小一半的值。小一半的值。2. 2. 關于關于“半波幅法半波幅法 ”三三. . 聲波法確定樁身缺陷和位置的方法聲波法確定樁身缺陷和位置的方法 一般取儀器能夠接收并識別的最小信號值作為基準值一般取儀器能夠接收并識別的最小信號值作為基準值V Vo o，各測點接收到的信號值各測點接收到的信號值V Vm m與基準值進行下列運算：與基準值進行下列運算：dBVVlmxx log200 當信號當信號Vm比信號比信號Vo大一倍時，信號波幅等于大一倍時，信號波幅等于6dB6dB 當信號當信號V Vm m比信號比

16、信號V Vo o大大1010倍時，信號波幅等于倍時，信號波幅等于20dB20dB 當信號當信號V Vm m比信號比信號V Vo o大大100100倍時，信號波幅等于倍時，信號波幅等于40dB40dB 當信號當信號VmVm比信號比信號VoVo大一倍時，信號波幅等于大一倍時，信號波幅等于60dB60dB 同樣信號同樣信號A A和信號和信號B B波幅之差等于波幅之差等于-6dB, -6dB, 表示信號表示信號A A比信號比信號B B的波幅壓降低了一倍。的波幅壓降低了一倍。 用來表信號的幅度用來表信號的幅度由概率法和半波幅判斷樁身缺陷由概率法和半波幅判斷樁身缺陷上圖中上圖中 Api=114.39 dB

17、 Vo=4.479km/s 注：分貝（注：分貝（dBdB）的含義是把表征波幅的電壓值）的含義是把表征波幅的電壓值V V，將，將 V /VV /V0 0 取常用對數(shù)后取常用對數(shù)后 乘乘20 20 就是分貝數(shù)就是分貝數(shù) 。 斜率法是聲波透射法的一個輔助判據(jù)。是斜率法是聲波透射法的一個輔助判據(jù)。是針對原本要求聲測管應當是平行的，但實際施針對原本要求聲測管應當是平行的，但實際施工時，有可能聲測管不平行，會出現(xiàn)誤判工時，有可能聲測管不平行，會出現(xiàn)誤判 。 又稱又稱PSD (Product of Slop and Difference) PSD (Product of Slop and Differenc

18、e) 法法 11cicicicizzttK1cicittttKPSD3. 3. 關于斜率法關于斜率法三三. . 聲波法確定樁身缺陷和位置的方法聲波法確定樁身缺陷和位置的方法tKPSD上述分析判斷缺陷的方法已列入上述分析判斷缺陷的方法已列入 建筑工程基樁檢測技術規(guī)范建筑工程基樁檢測技術規(guī)范（JGJ/T 106-2003JGJ/T 106-2003）公路工程基樁動測技術規(guī)程公路工程基樁動測技術規(guī)程（JTG/T F81-01-2004JTG/T F81-01-2004）基樁低應變動力測樁規(guī)程基樁低應變動力測樁規(guī)程 （JGJ/T 93JGJ/T 939595）超聲法檢測混凝土缺陷技術規(guī)程超聲法檢測混凝

19、土缺陷技術規(guī)程（CECS 21CECS 21：20002000）四四. . 樁身缺陷位置與分布的定性確定方法樁身缺陷位置與分布的定性確定方法 1. 1. 缺陷的平面位置和體積的確定，關系到評價基樁完整缺陷的平面位置和體積的確定，關系到評價基樁完整性的等級。要確定缺陷的平面位置和體積與埋設的聲測管性的等級。要確定缺陷的平面位置和體積與埋設的聲測管的數(shù)量有一定關系。的數(shù)量有一定關系。 A. A. 建筑基樁檢測技術規(guī)范建筑基樁檢測技術規(guī)范（JGJ/T 106-2003JGJ/T 106-2003）規(guī)定：）規(guī)定： 樁徑樁徑 800mm800mm以下埋設二管以下埋設二管( (含含800mm)800mm)

20、 800mm800mm2000mm 2000mm 埋設三管埋設三管 2000mm2000mm以上以上 埋設四管埋設四管 B. B.公路工程基樁動測技術規(guī)程公路工程基樁動測技術規(guī)程（JTG/T F81-01-2004JTG/T F81-01-2004） 規(guī)定：規(guī)定： 樁徑樁徑 1.0m 1.0m 以下埋設二管以下埋設二管 1.0m1.0m1.5m 1.5m 埋設三管埋設三管 1.5m1.5m以上以上 埋設四管埋設四管 1. 1. 缺陷的平面位置和體積的確定，關系到評價基樁完缺陷的平面位置和體積的確定，關系到評價基樁完整性的等級。要確定缺陷的平面位置和體積與埋設的聲整性的等級。要確定缺陷的平面位置

21、和體積與埋設的聲測管的數(shù)量有一定關系。測管的數(shù)量有一定關系。 A.A.有效接收聲場概念有效接收聲場概念 O O 點為發(fā)射換能器所在位置點為發(fā)射換能器所在位置 O O，為同一平面上接收換能器位置為同一平面上接收換能器位置 上述兩組同心圓的交點上述兩組同心圓的交點就是有效接收聲場的范圍，就是有效接收聲場的范圍，這個范圍恰好是一個橢圓，這個范圍恰好是一個橢圓，定名為定名為“有效接收聲場有效接收聲場 ”。 換能器的靈敏度越高有效換能器的靈敏度越高有效接收聲場范圍越大。接收聲場范圍越大。2. 2. 用波幅確定樁身缺陷的平面范圍用波幅確定樁身缺陷的平面范圍四四. . 樁身缺陷位置與分布的定性確定方法樁身缺

22、陷位置與分布的定性確定方法 B. 缺陷與效接收聲場的關系缺陷與效接收聲場的關系 缺陷缺陷 A A 對聲速、波幅均無影響對聲速、波幅均無影響 ； 缺陷缺陷 B B 對波幅有影響對聲速無影響對波幅有影響對聲速無影響 缺陷缺陷 C C 對波幅、聲速都有影響對波幅、聲速都有影響缺陷處不同部位對聲速和波幅的影響缺陷處不同部位對聲速和波幅的影響2. 2. 用波幅確定樁身缺陷的平面范圍用波幅確定樁身缺陷的平面范圍 以埋設三管為例，通過聲速和波幅的異常以埋設三管為例，通過聲速和波幅的異常 可大致了解缺陷的平面展布范圍?？纱笾铝私馊毕莸钠矫嬲共挤秶.利用有效接收聲場概念判斷缺陷位置的實例利用有效接收聲場概念

23、判斷缺陷位置的實例2. 2. 用波幅確定樁身缺陷的平面范圍用波幅確定樁身缺陷的平面范圍判斷缺陷水平判斷缺陷水平 位置的實例位置的實例D. D. 聲波透射法測試的的盲區(qū)聲波透射法測試的的盲區(qū) 盲區(qū)的范圍大小和換能器的性能有關；和盲區(qū)的范圍大小和換能器的性能有關；和超聲檢測儀的發(fā)射能量、儀器的接收靈敏度有超聲檢測儀的發(fā)射能量、儀器的接收靈敏度有關。關。 對同樣的儀器、換能器，還和樁的直徑大小對同樣的儀器、換能器，還和樁的直徑大小有關，大直徑的基樁的盲區(qū)顯然要大一些有關，大直徑的基樁的盲區(qū)顯然要大一些 2. 2. 用波幅確定樁身缺陷的平面范圍用波幅確定樁身缺陷的平面范圍 E. E. 縮小盲區(qū)和儀器與

24、換能器的關系縮小盲區(qū)和儀器與換能器的關系聲波檢測系統(tǒng)的組成聲波檢測系統(tǒng)的組成2. 2. 用波幅確定樁身缺陷的平面范圍用波幅確定樁身缺陷的平面范圍 E. E. 縮小盲區(qū)和儀器與換能器的關系縮小盲區(qū)和儀器與換能器的關系 從國內聲波檢測儀器主要性能都可達到技術要求從國內聲波檢測儀器主要性能都可達到技術要求 實時顯示、記錄接收信號的時程曲線、頻率測量或頻譜分析功能實時顯示、記錄接收信號的時程曲線、頻率測量或頻譜分析功能 最小采樣時間間隔小于或等于最小采樣時間間隔小于或等于0.5s0.5s， 聲波幅值測量相對誤差小于聲波幅值測量相對誤差小于5%5%， 系統(tǒng)頻帶寬度為系統(tǒng)頻帶寬度為5 5200kHz200

25、kHz， 系統(tǒng)最大動態(tài)范圍不小于系統(tǒng)最大動態(tài)范圍不小于100dB100dB。 聲波發(fā)射脈沖為階躍或矩形脈沖，電壓幅值為聲波發(fā)射脈沖為階躍或矩形脈沖，電壓幅值為2002001000V1000V 接收靈敏度接收靈敏度 具有首波聲時顯示功能；具有自動記錄聲波發(fā)射與接收換能器位置功能。具有首波聲時顯示功能；具有自動記錄聲波發(fā)射與接收換能器位置功能。V30 與儀器有關系的是發(fā)射電壓和接收靈敏度與儀器有關系的是發(fā)射電壓和接收靈敏度2. 2. 用波幅確定樁身缺陷的平面范圍用波幅確定樁身缺陷的平面范圍 與換能器性能關系的分析與換能器性能關系的分析從有效接收聲場來分析從有效接收聲場來分析：發(fā)射換能器：電聲轉換效

26、率高聲波輻射的距離遠發(fā)射換能器：電聲轉換效率高聲波輻射的距離遠接收換能器：聲電裝換效率高可以接收到微弱信號接收換能器：聲電裝換效率高可以接收到微弱信號所以換能器是決定有效接收聲場的決定因素所以換能器是決定有效接收聲場的決定因素 E. E. 縮小盲區(qū)和儀器與換能器的關系縮小盲區(qū)和儀器與換能器的關系2. 2. 用波幅確定樁身缺陷的平面范圍用波幅確定樁身缺陷的平面范圍圓柱狀徑向振動，沿徑向無指向性；圓柱狀徑向振動，沿徑向無指向性；外徑小于聲測管內徑，外徑小于聲測管內徑，有效工作段長度不大于有效工作段長度不大于150mm150mm；諧振頻率為諧振頻率為303060kHz60kHz；水密性滿足水密性滿足

27、1MPa1MPa水壓不滲水。水壓不滲水。 發(fā)射與接收換能器應符合下列規(guī)定：發(fā)射與接收換能器應符合下列規(guī)定：利用壓電介質的壓電效應工作利用壓電介質的壓電效應工作3. 3. 如何如何確定確定樁身缺陷的性質樁身缺陷的性質 由于聲參量存在多解性，僅用聲參量由于聲參量存在多解性，僅用聲參量 聲速聲速V VP P、聲時、聲時、波幅、波幅A A、波形波形，主頻，主頻 f f推斷不出樁身缺陷的類型推斷不出樁身缺陷的類型。必須掌握基樁制造過程的相關資料：必須掌握基樁制造過程的相關資料： A. A. 工程場地巖土工程勘察報告、水文地質概況；工程場地巖土工程勘察報告、水文地質概況；B. B. 灌注樁的成孔方式、工藝

28、過程；灌注樁的成孔方式、工藝過程；C. C. 灌注樁的澆灌環(huán)境（如是否是水下作業(yè)）、反映出混凝灌注樁的澆灌環(huán)境（如是否是水下作業(yè)）、反映出混凝土澆澆筑過程的施工記錄土澆澆筑過程的施工記錄。 例如：例如： 樁底出現(xiàn)低聲速，需要掌握成孔方式和混凝土水下澆灌用樁底出現(xiàn)低聲速，需要掌握成孔方式和混凝土水下澆灌用 何種止水閥，才能判斷是沉渣還是蜂窩；何種止水閥，才能判斷是沉渣還是蜂窩； 樁身部位出現(xiàn)低聲速、低波幅，可樁身部位出現(xiàn)低聲速、低波幅，可由成孔方式、混凝土由成孔方式、混凝土 澆灌方式推斷缺陷是否可能是夾泥還是空洞或是離析；澆灌方式推斷缺陷是否可能是夾泥還是空洞或是離析； 由地下水文條件，地下水水

29、位、有無徑流以及混凝土灌由地下水文條件，地下水水位、有無徑流以及混凝土灌 注方法、施工記錄來判斷缺陷是否可能為離析；注方法、施工記錄來判斷缺陷是否可能為離析； 由澆灌過程是否連續(xù)或中斷，判斷缺陷是否是二次澆灌由澆灌過程是否連續(xù)或中斷，判斷缺陷是否是二次澆灌 面或由成孔方式和地層巖性判斷是否夾泥斷樁面或由成孔方式和地層巖性判斷是否夾泥斷樁 ； 由地層中的黏土層及黏土的塑性指數(shù)，終孔后開始澆由地層中的黏土層及黏土的塑性指數(shù)，終孔后開始澆 灌的時間，判斷是否可能嚴重縮徑，從而排除這個部灌的時間，判斷是否可能嚴重縮徑，從而排除這個部 位的樁身有無缺陷，避免誤判，抽芯打不到缺陷的尷位的樁身有無缺陷，避免

30、誤判，抽芯打不到缺陷的尷 尬局面；尬局面； 由混凝土的澆灌方式，可以預估正常混凝土的聲速范由混凝土的澆灌方式，可以預估正?；炷恋穆曀俜?圍，有利于對缺陷的判斷；圍，有利于對缺陷的判斷； 還有還有， 總之要熟悉樁的施工過程、工藝，結合總之要熟悉樁的施工過程、工藝，結合 超聲測試的數(shù)據(jù)進行綜合分析后，才能從中推斷缺陷超聲測試的數(shù)據(jù)進行綜合分析后，才能從中推斷缺陷 的性質。的性質。 4. 4. 樁身完整性的類別劃分樁身完整性的類別劃分 建筑基樁檢測技術規(guī)范建筑基樁檢測技術規(guī)范（JGJ106-2003） 各檢測剖面的聲學參數(shù)均無異常，無聲各檢測剖面的聲學參數(shù)均無異常，無聲速低于低限值異常速低于低限值

31、異常 。樁身完整樁身完整 某一檢測剖面?zhèn)€別測點的聲學參數(shù)出現(xiàn)某一檢測剖面?zhèn)€別測點的聲學參數(shù)出現(xiàn)異常，異常，無聲速低于低限值異常無聲速低于低限值異常 樁身有輕微缺陷，不會影響樁身有輕微缺陷，不會影響樁身結構承載力的正常發(fā)揮樁身結構承載力的正常發(fā)揮 某一檢測剖面連續(xù)多個測點的聲學參數(shù)某一檢測剖面連續(xù)多個測點的聲學參數(shù)出現(xiàn)異常；兩個或兩個以上檢測剖面在出現(xiàn)異常；兩個或兩個以上檢測剖面在同一深度測點的聲學參數(shù)出現(xiàn)異常；局同一深度測點的聲學參數(shù)出現(xiàn)異常；局部混凝土聲速低于低限值異常部混凝土聲速低于低限值異常樁身有明顯缺陷，對樁身結樁身有明顯缺陷，對樁身結構承載力有影響構承載力有影響某一檢測剖面連續(xù)多個測

32、點的聲學參數(shù)某一檢測剖面連續(xù)多個測點的聲學參數(shù)出現(xiàn)明顯異常；兩個或兩個以檢測剖面出現(xiàn)明顯異常；兩個或兩個以檢測剖面在同一深度測點的聲學參數(shù)出現(xiàn)明顯異在同一深度測點的聲學參數(shù)出現(xiàn)明顯異常；樁身混凝土聲速出現(xiàn)普遍低于低限常；樁身混凝土聲速出現(xiàn)普遍低于低限值異?；驘o法檢測首波或聲波接收信號值異常或無法檢測首波或聲波接收信號嚴重畸變嚴重畸變 樁身存在嚴重缺陷樁身存在嚴重缺陷 五五. . 基樁跨孔聲波透射現(xiàn)場檢測技術基樁跨孔聲波透射現(xiàn)場檢測技術1. 1. 檢測前的準備工作檢測前的準備工作A. A. 測前測前須收集須收集 ：（1)1)工程場地的巖土工程勘察報告、水文地質概況；工程場地的巖土工程勘察報告、水

33、文地質概況；（2)2)灌注樁的成孔方式、工藝過程；灌注樁的成孔方式、工藝過程；（3)3)灌注樁的澆灌環(huán)境（如是否是水下作業(yè)）、方灌注樁的澆灌環(huán)境（如是否是水下作業(yè)）、方 式、施工記錄；式、施工記錄； (4) (4) 現(xiàn)場檢測時混凝土的齡期；現(xiàn)場檢測時混凝土的齡期； (5) (5) 測量檢測管管距。測量檢測管管距。B.B.用用“假換能器假換能器”探摸聲測管是否暢通，換能器卡在探摸聲測管是否暢通，換能器卡在 聲測管中。聲測管中。C.C. 零聲時的測算零聲時的測算 根據(jù)檢規(guī)范要先測試超聲測試系統(tǒng)根據(jù)檢規(guī)范要先測試超聲測試系統(tǒng)的初始讀數(shù)的初始讀數(shù)t t0 0值，從理論上值，從理論上 t t0 0 應包

34、含三應包含三部分部分 0 00101+ +0202+ +03030101 聲測系統(tǒng)延遲時間聲測系統(tǒng)延遲時間0202水層中傳播時間（水層中傳播時間（管內徑管內徑換能器外徑）換能器外徑）/ / 水水0303檢測管壁聲傳播時間（檢測管壁聲傳播時間（ 管外徑管外徑 管內徑）管內徑）/ /管管五五. . 基樁跨孔聲波透射現(xiàn)場檢測技術基樁跨孔聲波透射現(xiàn)場檢測技術1. 1. 檢測前的準備工作檢測前的準備工作0101 聲測系統(tǒng)延遲時間聲測系統(tǒng)延遲時間t t0303檢測管壁聲傳播時間（檢測管壁聲傳播時間（ 管外徑管外徑 管內徑）管內徑）/ /管管C. C. 零聲時的測算零聲時的測算 t t0303= = 鋼板厚

35、度鋼板厚度/ /鋼的聲速鋼的聲速 (V(VI I=5850m/s)=5850m/s)超聲檢測儀采樣時間間隔的設定，是儀器操作的關鍵：超聲檢測儀采樣時間間隔的設定，是儀器操作的關鍵：要要求采樣求采樣時間間隔小于正?；炷谅暡▊鞑r間的時間間隔小于正?；炷谅暡▊鞑r間的1 1。 例如聲波透射法最小的樁徑為例如聲波透射法最小的樁徑為800 mm800 mm，聲測管的間距理論值，聲測管的間距理論值為為500-600mm500-600mm，取混凝土聲速，取混凝土聲速4500m/s,4500m/s,聲波傳播時間聲波傳播時間t t133s133s，所以采樣時間間隔應小于等于所以采樣時間間隔應小于等于1.0

36、s1.0s即可；即可； 對于不能自動設定觸發(fā)延遲時間的儀器，還需要預估聲波的傳對于不能自動設定觸發(fā)延遲時間的儀器，還需要預估聲波的傳播時間，來設定觸發(fā)延遲時間；播時間，來設定觸發(fā)延遲時間； 發(fā)射電壓可根據(jù)聲測管的間距，設定發(fā)射電壓值，一般可設定發(fā)射電壓可根據(jù)聲測管的間距，設定發(fā)射電壓值，一般可設定在在500V500V。直徑大的樁可設到。直徑大的樁可設到1000V1000V。2.2.人工操作檢測人工操作檢測 從孔底，人工逐點同步提升發(fā)射與接收換能器，進行測試，從孔底，人工逐點同步提升發(fā)射與接收換能器，進行測試，測點間距一般取測點間距一般取20cm20cm，直到樁頂。，直到樁頂。五五. . 基樁跨

37、孔聲波透射現(xiàn)場檢測技術基樁跨孔聲波透射現(xiàn)場檢測技術3.3.半自動檢測與全自動檢測半自動檢測與全自動檢測五五. . 基樁跨孔聲波透射現(xiàn)場檢測技術基樁跨孔聲波透射現(xiàn)場檢測技術4.4.多通道聲波透射法自動測樁儀多通道聲波透射法自動測樁儀五五. . 基樁跨孔聲波透射現(xiàn)場檢測技術基樁跨孔聲波透射現(xiàn)場檢測技術 在埋設在埋設4 4個聲測管時，六個聲測面可同時檢測，提高工作效率個聲測管時，六個聲測面可同時檢測，提高工作效率六六. . 基樁聲波透射資料的室內分析解釋基樁聲波透射資料的室內分析解釋 現(xiàn)場測試的聲波透射數(shù)據(jù)資料，回到室內，將采集到的現(xiàn)場測試的聲波透射數(shù)據(jù)資料，回到室內，將采集到的 數(shù)據(jù)傳入數(shù)據(jù)傳入P

38、CPC機；機； 由廠商提供的由廠商提供的windowwindow平臺上的分析處理軟件進行檢查、平臺上的分析處理軟件進行檢查、處理、自動繪制聲時處理、自動繪制聲時- -深度、波幅深度、波幅- -深度、深度、PSD-PSD-深度曲線；深度曲線； 根據(jù)上述曲線的異常，也就是聲時、波幅超過臨界值的部根據(jù)上述曲線的異常，也就是聲時、波幅超過臨界值的部位（深度）結合工程樁的制造過程的相關資料進行綜合分析，位（深度）結合工程樁的制造過程的相關資料進行綜合分析，確定缺陷的位置、面積、體積，以及缺陷性質；確定缺陷的位置、面積、體積，以及缺陷性質； 最終生成基樁完整性檢查報告最終生成基樁完整性檢查報告。 聲波檢測

39、系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理分析軟件是系統(tǒng)優(yōu)劣是重要決定因素聲波檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理分析軟件是系統(tǒng)優(yōu)劣是重要決定因素1. 1. 現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)輸入計算機現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)輸入計算機 六六. . 基樁聲波透射資料的室內分析解釋基樁聲波透射資料的室內分析解釋 2 2 由軟件將現(xiàn)場采集的波列加以顯示由軟件將現(xiàn)場采集的波列加以顯示 六六. . 基樁聲波透射資料的室內分析解釋基樁聲波透射資料的室內分析解釋 3. 3. 由軟件自動繪制聲速、波幅、由軟件自動繪制聲速、波幅、PSD PSD 曲線曲線 六六. . 基樁聲波透射資料的室內分析解釋基樁聲波透射資料的室內分析解釋4. 4. 由軟件對檢查數(shù)據(jù)計算分析由軟件對檢查數(shù)據(jù)計算分析 六六

40、. . 基樁聲波透射資料的室內分析解釋基樁聲波透射資料的室內分析解釋七七. . 跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例 1. 1.模型樁檢查實例模型樁檢查實例 模型樁長模型樁長2.25m2.25m ，樁的，樁的斷面為斷面為1.0m1.0m0.6m0.6m。其中。其中 1 1：是二次澆灌面；：是二次澆灌面； 2 2：是：是30cm30cm的圓形泥團；的圓形泥團； 3 3：是：是30cm330cm3木板空盒子木板空盒子 模模擬空洞；擬空洞； 4 4：是聲測管，管距：是聲測管，管距76cm76cm。 8cm長的換能器測試 15cm長的換能器測試 2. 2. 完整的工程樁完整的工

41、程樁 檢測實例檢測實例 三個聲波檢測剖三個聲波檢測剖面聲速和波幅都沒面聲速和波幅都沒有超過臨界值有超過臨界值 孔底聲速波幅均孔底聲速波幅均偏高？偏高？七七. . 跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例3.3.略有缺陷的工程樁檢測實例略有缺陷的工程樁檢測實例 樁長樁長90m90m，三個聲測剖面，三個聲測剖面，84m84m以下，聲速逐漸升高波幅略加以下，聲速逐漸升高波幅略加大；大； 89m89m以下聲速、波幅又降低，以下聲速、波幅又降低，說明三根聲測管從說明三根聲測管從84m84m處均向里漸處均向里漸灣，到灣，到89m89m處又向外翹。處又向外翹。 對樁底沉渣的判斷依據(jù)不足；

42、對樁底沉渣的判斷依據(jù)不足； 3m3m以上三個聲測剖面的波幅異以上三個聲測剖面的波幅異常均超過臨界值，分析可能是混常均超過臨界值，分析可能是混凝土膠結不良，或略含有沉渣。凝土膠結不良，或略含有沉渣。 剖面在剖面在30.5m30.5m處波幅異常超處波幅異常超過臨界值，可能是凝土膠結不良過臨界值，可能是凝土膠結不良或略有塌孔?；蚵杂兴住?如何總體評價如何總體評價 ？七七. . 跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例4. 4. 有沉渣的樁檢測實例有沉渣的樁檢測實例 右圖是右圖是48m48m長的樁，樁底有長的樁，樁底有0.9m0.9m厚沉渣的樁。厚沉渣的樁。 樁底部位三個聲測面的

43、聲速、樁底部位三個聲測面的聲速、波幅異常值均超過臨界值。波幅異常值均超過臨界值。在在、剖面的剖面的15.5m15.5m處波幅異常處波幅異常略超過臨界值，可能在聲測管略超過臨界值，可能在聲測管b b靠靠近樁周邊；或近樁周邊；或abab、bcbc聲測剖面靠聲測剖面靠樁的周邊處略存在縮徑。樁的周邊處略存在縮徑。七七. . 跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例 下圖是下圖是19.6m19.6m工程樁，三個聲測面分別在工程樁，三個聲測面分別在6.4m6.4m、7.4m7.4m、6.0m6.0m聲速、波幅異聲速、波幅異常均超過臨界值，經(jīng)對工程場地地質情況、成孔方式、混凝土澆灌記錄，

44、常均超過臨界值，經(jīng)對工程場地地質情況、成孔方式、混凝土澆灌記錄，和現(xiàn)場調查，確定是夾泥缺陷。開挖后證明推斷結果是正確的，和現(xiàn)場調查，確定是夾泥缺陷。開挖后證明推斷結果是正確的， 5. 5. 樁身存在夾泥缺陷的實例樁身存在夾泥缺陷的實例七七. . 跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例開挖驗證照片開挖驗證照片6. 6. 樁身離析缺陷實例樁身離析缺陷實例 下圖樁長下圖樁長18m18m，在，在3.6m3.6m到到4.0m4.0m處聲參量異常超過臨界值，可確定存在缺處聲參量異常超過臨界值，可確定存在缺陷，經(jīng)對樁的施工情況調查分析，結合地質情況，確定為離析缺陷。陷，經(jīng)對樁的施工情況

45、調查分析，結合地質情況，確定為離析缺陷。 七七. . 跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例開挖驗證照片開挖驗證照片 下圖樁長下圖樁長16m16m，在，在3.6m3.6m、4.0m4.0m處的異常超過臨界值。樁徑處的異常超過臨界值。樁徑1200mm1200mm，鉆孔灌注樁水下灌注，地質情況是自地表向下為：黃土鉆孔灌注樁水下灌注，地質情況是自地表向下為：黃土砂粒土砂粒土細細砂。缺陷在砂。缺陷在3.6m3.6m到到4.0m4.0m范圍內范圍內剖面、剖面、剖面聲參量嚴重異常剖面聲參量嚴重異常 7. 7. 樁身嚴重夾泥沙實例樁身嚴重夾泥沙實例 七七. . 跨孔聲波透射檢測基樁完整

46、性實例跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例開挖驗證照片開挖驗證照片8. 8. 樁頂?shù)蛷姸葏^(qū)實例樁頂?shù)蛷姸葏^(qū)實例 右圖是樁頂?shù)蛷姸葏^(qū)的檢測實例，右圖是樁頂?shù)蛷姸葏^(qū)的檢測實例，樁長樁長33m33m 可見，樁身是完整的，但樁頂存在可見，樁身是完整的，但樁頂存在波幅異常超過臨界值，聲速無異常。波幅異常超過臨界值，聲速無異常。 由于只埋設一對聲測管，可判斷樁由于只埋設一對聲測管，可判斷樁頂混凝土不完整，存在部分浮漿、沉頂混凝土不完整，存在部分浮漿、沉渣、混凝土混合物，為低強度區(qū)。渣、混凝土混合物，為低強度區(qū)。 樁底在樁底在33m33m處聲速、波幅異常急劇處聲速、波幅異常急劇超過臨界值，可判斷存在沉渣。超過臨界

47、值，可判斷存在沉渣。七七. . 跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例9. 9. 超長樁的檢測實例超長樁的檢測實例 右圖樁長右圖樁長114.2m114.2m、樁徑、樁徑2500mm2500mm。從圖中可見從圖中可見, ,樁身聲速、波幅異常均樁身聲速、波幅異常均沒有超過臨界值，抽芯和對芯樣測聲沒有超過臨界值，抽芯和對芯樣測聲速，芯樣聲速均在速，芯樣聲速均在4000m/s4000m/s以上。以上。 只在只在109.7m109.7m左右以下，六個聲測左右以下，六個聲測剖面的聲速、波幅均超過臨界值。懷剖面的聲速、波幅均超過臨界值。懷疑可能樁底的蜂窩造成聲速下降，但疑可能樁底的蜂窩

48、造成聲速下降，但抽芯芯樣未見氣孔，且實測聲速較高。抽芯芯樣未見氣孔，且實測聲速較高。 筆者進一步研究實測波形記錄，筆者進一步研究實測波形記錄，從波列圖上可以觀察到，開始澆灌混從波列圖上可以觀察到，開始澆灌混凝土，和第凝土，和第2 2到第到第4 4次澆灌混凝土形成次澆灌混凝土形成聲時依次縮短的階梯變化。聲時依次縮短的階梯變化。七七. . 跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例 筆者進一步研究實測波形記錄，從波列圖上可以觀察到，筆者進一步研究實測波形記錄，從波列圖上可以觀察到，開始澆灌混凝土，和第開始澆灌混凝土，和第2 2到第到第4 4次澆灌混凝土形成聲時依次縮短次澆灌混凝土

49、形成聲時依次縮短的階梯變化。的階梯變化。 因此，有可能在面積達因此，有可能在面積達5m5m2 2的孔底，最初幾次澆灌的混凝土的孔底，最初幾次澆灌的混凝土在在114m114m長澆筑導管內下落，其巨大沖擊，使混凝土和孔底沉渣長澆筑導管內下落，其巨大沖擊，使混凝土和孔底沉渣形成不規(guī)則互層。樁的中心部位，處于澆筑導管口及其附近區(qū)形成不規(guī)則互層。樁的中心部位，處于澆筑導管口及其附近區(qū)域的混凝土是密實的，故抽芯芯樣必然是完好的。域的混凝土是密實的，故抽芯芯樣必然是完好的。 但是，對于跨孔聲波透射，但是，對于跨孔聲波透射，由于要穿過不規(guī)則的互層（也就由于要穿過不規(guī)則的互層（也就是高聲速混凝土與低聲速沉渣的是

50、高聲速混凝土與低聲速沉渣的互層），聲時定會拉長，使聲速互層），聲時定會拉長，使聲速下降。下降。 綜合以上分析，圖中所示的綜合以上分析，圖中所示的超長樁可以推定是基本完整樁。超長樁可以推定是基本完整樁。10. 10. 嚴重縮徑檢測實例嚴重縮徑檢測實例 右圖是某高速路工程樁右圖是某高速路工程樁埋設三根聲測管，埋設三根聲測管， 圖中是圖中是4.2-13.0m4.2-13.0m跨孔聲跨孔聲波透射波列圖。波透射波列圖。 可見可見ABAB、BCBC、CACA剖面，剖面，均在均在9.4-9.8m9.4-9.8m接收不到信號。接收不到信號。 由于缺少場地工程地質由于缺少場地工程地質勘查報告，對地質情況不了勘查

51、報告，對地質情況不了解，從波列圖判斷為嚴重缺解，從波列圖判斷為嚴重缺陷陷。 但抽芯驗證的結果，芯但抽芯驗證的結果，芯樣完整，似乎成為誤判。樣完整，似乎成為誤判。 七七. . 跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例 再用反射波法檢測，反射波信號如下圖。明顯在再用反射波法檢測，反射波信號如下圖。明顯在9.4m9.4m處為縮徑。后處為縮徑。后在樁邊重新抽芯，取到的芯樣只有半個，證實為嚴重縮徑。在樁邊重新抽芯，取到的芯樣只有半個，證實為嚴重縮徑。 從這一實例表明，聲波透射法對接收不到信號，或信號波幅很從這一實例表明，聲波透射法對接收不到信號，或信號波幅很小、聲時很長時，對缺陷的判

52、斷要慎重，小、聲時很長時，對缺陷的判斷要慎重，要注重收集地質資料要注重收集地質資料，了解出現(xiàn)異常的部位的地層情況了解出現(xiàn)異常的部位的地層情況；還要進一步收集、；還要進一步收集、了解現(xiàn)場施了解現(xiàn)場施工過程的細節(jié)；工過程的細節(jié)； 應當注重采用反射波法驗證測試。應當注重采用反射波法驗證測試。10. 10. 嚴重縮徑檢測實例嚴重縮徑檢測實例10. 10. 嚴重縮徑檢測實例嚴重縮徑檢測實例11. 11. 斷樁的實測記錄斷樁的實測記錄右圖是：右圖是：樁長樁長72m72m、樁徑、樁徑1500mm1500mm三個聲測剖面在三個聲測剖面在43-46m43-46m處處 都出現(xiàn)聲速和波幅均超過都出現(xiàn)聲速和波幅均超過臨界值，如此大范圍的異臨界值，如此大范圍的異常，顯然是出現(xiàn)塌孔造成常，顯然是出現(xiàn)塌孔造成才斷樁。才斷樁。是二次澆灌面，的可能性是二次澆灌面，的可能性較大。較大。七七. . 跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例跨孔聲波透射檢測基樁完整性實例12. 12. 聲測管彎曲時的聲測管彎曲時的 聲測曲線聲測曲線 聲測管彎曲的部分為何聲測管彎曲的部分為何聲速提高，波幅會減??？聲速提高，波幅會減??？兩個換兩個換能器之能器之間的距間的距離離兩個換兩個換能器的能器的夾角夾角接收換能接收換能器的波幅器的波幅 （dBdB） 15 00105.08105.08 15