超声波透射法检测基桩混凝土完整性

基桩的声波透射法检测1．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．适用范围声波透射法适用于检测桩径大于0.6m混凝土灌注桩的完整性，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。

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。

声波透射法检测公路基桩完整性摘要：目前，声波透射法是国内用来检测基桩工程的常用方法之一，也是进行无损检测规范当中最为可靠的手段，经过检测后所得结果，通过分析可以了解到基桩完整性。

通过声波透射法对基桩进行检测，操作起来比较方便，同时检测数据更加直观与可靠，若检测方式本身精度以及可靠度可以进一步提高，将促使声波透射法在基桩检测领域中得到进一步推广。

关键词：声波透射法检测公路基桩完整性1检测原理和检测要求灌注桩成孔之后，再开始浇筑，工作者需要开展被测桩的声测管工作，并固定于钢筋笼之上，将声波发射与接收换能器放在对应的声测管内。

在具体的监测过程中，需要确保在管当中，将清水作为耦合剂注满，对发射换能器检测，发射脉冲，当信号穿透桩体混凝土到达接收换能器后，对信号可进行读取，读出其接收波的频率、声速等内容。

混凝土中所穿入的声波脉冲信号在传播时，可能会出现折、反、多次绕射等情况，造成信号的部分参数发生变化，如波形频率、振动幅度等，在这样的情况下，所接收的信号里会带有相关传播介质密实缺陷、完整度缺陷等。

通过相应的检测设备，分析接收的信号中不同的声参量，并判断出混凝土桩身是否完整，以此更好地了解基桩所存在的问题。

2基桩常见缺陷类型2.1夹泥在进行基桩浇灌的过程中，当地层的稳定性差或者由于泥浆比重配备不当时，易使孔壁坍塌，土体进入混凝土，导致桩身局部夹泥，严重的可能出现断桩现象。

2.2断桩断桩主要表现为声速、波幅和频率急剧下降，波形严重畸变或无接收波形，往往是成片出现，且多个剖面的大致深度范围均存在上述异常情况。

2.3混凝土离析当混凝土和易性不好、搅拌不均匀、水灰比过大或者灌注过程中导管漏水等原因都会产生混凝土离析。

2.4桩顶混凝土疏松桩顶混凝土疏松的产生主要是因为混凝土的浇筑的超灌量不足，桩顶部位的混凝土与泥浆混合在一起，形成桩顶浮浆，导致桩顶部位混凝土强度降低。

2.5沉渣桩底沉渣是在基桩检测中常见的一个问题，导致该问题的主要原因是清孔不够彻底。

四种常用基桩完整性检测方法对比分析某高速公路桥梁工程桩，桩径：1600 mm；桩长：43.5 m，桩型钻孔灌注桩。

桩基验收检测方案为超声波透射法检测，分别对次桩依次采用：超声波透射法检测，低应变反射波法检测，钻孔取芯完整性检测，钻孔电视检测四种检测方法对其进行完整性判定。

一、超声波透射法检测检测目的：基桩的完整性仪器型号：RSM-SY7(F)采用四只45KHz超声波跨孔探头，一次提升同时完成四管，六剖面的测试，从超声波测试结果来看，发现有五个剖面在6.8-7.0米处，出现幅值超判据情况。

再对该桩6.9米处异常点波形观察，异常点信号首波幅值和后续谐振波信号都偏弱，但其声速正常。

由于是在同深度，多剖面信号异常，在与施工方沟通排除声测管焊接因素的影响，在做钻孔取芯前，使用低应变反射波法检测进一步查明缺陷情况。

二、低应变反射波法检测检测目的：基桩的完整性仪器型号：RSM-PRT(M)采用加速度传感器，通过改变不同的锤击频率及不同的采样间隔对该桩的 6.8米处的，缺陷进行核查判断。

采用加速度传感器，通过改变不同的锤击频率及不同的采样间隔对该桩的 6.8米处的，缺陷进行核查判断。

第一次采集结果：信号在6.8米处有较小幅值的同相反射。

第二次采集结果：变换传感器安装位置信号在 6.8米处有较大幅值的同相反射，并可见第二次、第三次缺陷反射。

第三次采集结果：采用频率较高的钢筋敲击，提高缺陷位置精度，同相缺陷反射幅值较小，但也很清晰，可见微弱第二次缺陷反射。

最终低应变检测核定其缺陷位置在距桩顶 6.8米处，与超声波投射法检测缺陷深度相符，因低应变数据缺陷较为严重，怀疑桩大面积断桩，决定采用钻孔取芯进一步验证其缺陷情况。

三、钻孔取芯完整性检测检测目的：基桩的完整性仪器型号：钻孔取芯机采用钻机对该桩进行钻孔取芯检测，着重观察该桩 6.9米处混凝土完整性情况，但通过对芯样的目测观察，在 6.9 米处未取出连续较完整的芯样，以钻孔取芯检测结果出具报告也很难判定该桩缺陷情况。

超声波透射法检测桩身完整性解析摘要：随着我国经济水平的不断提升和建筑工程发展速度的持续提升，在许多混凝土工程中通过超声波透射法检测桩身完整性的方法得到了越来越广泛的应用。

关键词：超声波透射法；灌注桩桩身质量；完整性解析近年来随着我国建筑工程建设事业整体的蓬勃发展，在这一过程中桩基础也开始得到了广泛采用，并且已经开始成为我国建筑工程建设过程中最为重要的一种基础形式。

由于桩基工程的造价在建筑工程中通常占有很大的份额，并且其质量通常也会也直接关系到整个工程的安危。

因此在这一前提下对超声波透射法检测桩身完整性解析就具有极为重要的经济意义和现实意义。

1 超声波透射法简析对超声波透射法进行分析是一项系统性的工作，其主要内容包括了技术原理、使用设备、常用参数等内容的分析。

以下从几个方面出发，对超声波透射法进行了简析。

1.1 技术原理众所周知建筑工程的桩基础通常处于地下位置或者水下位置，大多数属于隐蔽性较强的工程，并且其具有工序繁杂、技术要求高、施工难度大等工程特点，在这些特点的影响下导致了其很容易出现质量问题。

因此可见对于桩基础工程质量检测的研究非常重要。

而声波可以根据其自身波动频率的将其分为次声波、可闻声波、超声波特超声波等不同的声波种类，而人能够听到的声波频率范围通常是20～20000Hz，这一区间内的声波通常也被称为可闻声波，但是当声波的频率超过20000Hz时，人的耳朵无法听到这些声波，这种声波就被称之为超声波。

另外，如果声波在物体中传播时当物体中各质点均进行连续不歇的振动时，这种波就会被称之为连续波，这一连续波就是建筑过程中混凝土检测中常用的脉冲波。

1.2 使用设备在超声波透析法的应用过程中，超声波检测往往需要能够解决声能和电能相互转换的问题，因此这意味着通常会需要使用声波换能器来解决这一问题。

除此之外，工作人员在使用换能器时通常会需要对换能器进行有效的祸合，而祸合的主要目的是在于尽可能的让更多的声波能量能够迅速的进入被测介质中，并且在另一方面能够促使经介质传播后的声波信号最大限度的被测试系统迅速接收，从而在此基础上提升测试系统的工作效率和工作精度。

超声波法检测桩身完整性1、适用范围本方法适用于直径不小于800mm的混凝土灌注桩的完整性检测～它包括跨孔透射法和单孔折射法。

2、检测仪器与设备信号放大器、数据采集及处理存储器、径向振动换能器等。

3、现场检测技术3.1检测前的准备应符合下列规定:,1,被检桩的混凝土龄期应大于14d,2,声测管内应灌满清水～且保证通畅。

,3,标定超声波检测仪发射至接收的系统延迟时间t。

0,4,准确量测声测管的内径、外径和两相邻声测管外壁间的距离～量测精度为?1mm。

,5,取芯孔的垂直度误差不应大于0.5%～检测前应进行孔内清洗。

,6,声测管的布置以路线前进方向为起始点～按顺时针旋转方向进行编号和分组～每两根编为一组。

3.2检测方法应符合下列要求:,1,测点间距不宜大于250mm。

发射与接收换能器应以相同标高同步升降～其累计相对高差不应大于20mm～并随时校正。

,2,在对同一根桩的检测过程中～声波发射电压应保持不变。

,3,对于声时值和波幅值出现异常的部位～应采用水平加密、等差同步或扇形扫测等方法进行细测～结合波形分析确定桩身混凝土缺陷的位置及其严重程度。

5、检测数据分析与判定5.1声时修正值按下式计算:=式中——声时修正值,μs,～,t为声波在混凝土中的传播时间～简称声时,,D ——声测管外径,mm,——声测管内径,mm,——换能器外径,mm,——声测管壁厚度方向声速值,km/s,——水的声速值,km/s,5.2声时值按下式计算:t=t-t- i0式中 t——声时值,μs,t——超声波第i测点声时值,μs, it——声波检测系统延迟时间,μs, 0——声时修正值,μs,6、桩身完整性类别判定:?类桩:各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值～波形正常。

?类桩:某一声测剖面个别测点的声速、波幅略小于临界值～但波形基本正常。

?类桩:某一声测剖面连续多个测点或某一深度桩截面处的声速、波幅值小于临界值～PSD 值变大～波形畸变。

超声波法检测桩身完整性现场注意事项及实例分析摘要：随着我国科学技术的不断发展，超声波技术得到应用的范围也越来越广，超声探伤、超声测距、超声流量计、超声开关等技术在我国越来越成熟。

超声波技术在桩基完整性检测中的应用，不仅能分析判断基桩的缺陷程度（不能定性夹层、孔洞、断层、缩颈等内部问题）及位置、范围，还可检测混凝土的强度和混凝土的结构质量。

基桩桩身完整性的检测评判方法有很多，如：低应变法、高应变法、声波透射法、钻芯法、孔内摄像法等，各种方法有各自的局限性，判断桩身完整性应根据实际情况进行多种方法互补验证。

由于检测数据的采集处置与现场检测人员的专业素养、技术经验有很大的影响因素，采集过程遇到的各项情况多变，如没有规范的操作和数据异常情况的现场初步判定排查更正记录，极易对采集的数据造成不够科学严谨、真实可靠，也会对数据分析造成很大的影响，造成桩身完整性的误判。

鉴于此，本文阐述了超声波透射法的工作原理以及通过实例分析如何避免现场操作影响超声波透射法检测结果准确度。

关键词：超声波；现场桩身检测；完整性分析引言随着我国建筑行业的飞速发展，建筑工程地基结构的最重要形式就是桩基。

桩基工程的质量检测也就成为了工程建造中最关键的环节，桩基结构的完整性和桩基的承载力对上层建筑结构的安全及稳定起到了决定性的作用。

因而，桩基的监测是整个建设环节中必不可少的，只有桩基的质量检测工作和数据分析结果精准，桩基建设的质量才能得到牢靠的保障。

一、基桩超声波透射法的检测原理超声波透射法适用于桩径在0.8m以上的钢筋混凝土桩基完整性检测。

超声波属于机械波，其传播方式为纵波，检测中将混凝土介质看作是弹性体，声波在桩基内部传播可以看作是弹性波传播。

超声波通过发射换能器，通过水的耦合作用传递到声测管，进一步传递到混凝土介质中，最后到达声测管的接收端。

通过接受换能器接受声波信号，转化为电信号，最后将电信号传递到超声检测装置。

如果混凝土内部缺陷，产生的不连续界面会阻碍声波的传递，从而产生发生绕射与散射，造成声波能量损失。

实验报告课程：桩基检测与评定题目：低应变检测桩身完整性与桩基超声波透射法院系：土木工程系专业：年级：姓名：指导教师：西南交通大学峨眉校区2012 年7 月 1 日基 桩 反 射 波 法 试 验检 测 报 告一．基本原理基桩低应变动力检测反射波法的基本原理是将桩身假定为一维弹性杆件（桩长>>直径），在桩顶锤击力作用下，产生一压缩波，沿桩身向下传播。

当桩身存在明显波阻抗Z 变化的截面将产生反射和透射波，反射的相位和幅值大小由波阻抗Z 变化决定。

桩身波阻抗Z 由桩的横截面积A 、桩身材料密度ρ等决定即Z=A C ⋅⋅ρ。

假设在基桩中某处存在一个波阻抗变化界面，界面上部波阻抗1Z =111A C ρ，上部波阻抗2Z =222A C ρ①当1Z =2Z 时，表示桩截面均匀，无缺陷。

②当1Z >2Z 时，表示在相应位置存在缩径或砼质量较差等缺陷，反射波速度信号与入射波速度信号相位一致。

③当1Z <2Z 时，表示在相应位置存在扩径，反射波与入射波速度信号相位相反。

当桩身存在缺陷时，根据缺陷反射波时刻与桩顶锤击触发时刻的差值△t 和桩身传播速度C 来推算缺陷位置Lx=△t ²C/2二．现场检测大致流程是用力锤对桩顶作瞬态激振，以产生脉冲应力波，由设置在桩顶的加速度传感器接收入射波和反射波信号，该信号经电荷放大后，经桩基分析系统处理，根据反射波的时差，相位和幅值即可判断桩身的缺陷位置、类型及程度。

传感器的安装对现场信号的采集影响较大，理论上传感器越轻、越贴近桩面、与桩面之间接触刚度越大，传递特性越好，测试信号也越接近桩面的质点振动。

对实心桩的测试，传感器安装位置宜为距桩心2/3～3/4半径处；对空心桩的测试，锤击点与传感器安装位置宜在同一水平面上，且与桩中心连线形成90°夹角，传感器安装位置宜为桩壁厚的1/2处。

传感器的安装必须通过藕合剂垂直与桩面粘接，此次实验使用的是经口加工的口香糖。

基桩完整性的声波透射法自动检测技术研发部: 王维刚在各种桩基完整性检测方法中，声波透射法因其检测范围全面、检测结果准确可靠、不受桩长、桩径、场地的限制等特点已成为大直径、桩长较长的混凝土灌注桩完整性检测的重要手段，应用越来越普及。

但以往的非金属超声检测分析仪用于基桩完整性检测时，只能通过人工提升换能器、人工观察深度并存储测试结果的方法实现，检测效率较低；同时由于多人配合，容易造成仪器操作与换能器提升的不同步，造成误测。

为此，北京智博联科技有限公司在原有ZBL-U520型非金属超声检测仪的基础上，通过应用位移传感技术研制了ZBL-U520型非金属超声检测仪（自动测桩）。

该仪器可自动记录传感器在声测管中的位置，自动记录预定测点的声参量及波形，并可同时对两个声测剖面进行自动检测，大幅度地提高了测试速度和测试效率。

本文仅就U520自动测桩系统在桩基检测过程中的应用和一些使用心得进行阐述。

一、系统的原理及组成U520自动测桩系统的组成示意图如图1所示，系统由超声仪、径向换能器、位移测量系统（深度记录轮、三角架、井口滑轮）、信号线等组成。

其中超声仪和径向换能器组成超声脉冲测量部分，在测试过程中超声仪通过激发发射换能器发出超声波，同时通过接收换能器接收穿过桩身混凝土的接收波波形，实时地高速显示接收波形（几至十几幅/秒）并判读声参量。

换能器在桩身内部移动的过程中，位移测量系统实时的将换能器在桩身中的位置传输给超声仪，当超声仪判断换能器的位置到达预定的测点位置时，自动存储该测点的声参量及波形，实现换能器在桩身（声测管）内部运动过程中，自动存储各测点的声参量及波形的目的。

图1 自动测桩系统组成示意图二、现场测试方法1、现场检测前的准备工作①依照相关规范要求将声测管注满清水、测量声测管内边距等；②架设深度记录滑轮；方法1：将深度记录滑轮固定在三角架上，如图2所示。

方法2：将深度记录滑轮固定在声测管的管口上，如图3所示。

超声跨孔声波透射法检测混凝土灌注桩完整性摘要：为全面提升混凝土灌注桩质量检测水平，要结合测试标准和要求，选取更加适宜的测定方式，发挥新型技术方案的优势作用，在满足施工标准和工程设施质量要求的基础上，更好地推动混凝土项目的发展进步。

本文介绍了超声跨孔声波透射法的原理和数据判定依据，并着重讨论了混凝土灌注桩完整性检测中超声跨孔声波透射法应用的流程。

关键词：超声跨孔声波透射法；混凝土灌注桩；完整性随着现代建筑工程项目的发展，大型基础建筑工程中灌注桩的质量受到了越来越多的关注，在充分考量建筑物本身结构以及经济性需求的同时，要完善桩结构完整性测试方案，实现经济效益和社会效益的双赢。

一、超声跨孔声波透射法概述近几年，声波投射法被广泛应用在混凝土结构质量检测中，常见的方法分为三类（见图1），本文主要是以桩内跨孔声波投射法为研究对象，结合工程项目实际情况以及工程规范要求，探讨基于声波透射建立的检测机制。

图1 声波透射法分类（一）工作原理超声跨孔声波透射法在应用过程中，其工作原理是围绕声波在介质中传递过程产生能量过程展开的，声波本身属于机械波的一种，相较于电磁波，机械波传播过程往往会存在不同程度上的扰动现象，振动形式单一，因此，按照机械波传播方向和振动方向会将其划分为横波和纵波。

而超声跨孔声波透射法就是借助其能量传递的过程，在混凝土灌注桩结构中预设平行与待测结构的声测管道，在此基础上将结构探头直接伸入到灌注桩内部，此时，按照逐点、逐段的方式完成实时性测试。

在超声跨孔声波透射法测试结束后，混凝土灌注桩船舶会反馈出不同的声学参数，主要包括能量参数、波形状态、声速等，操作人员对参数进行汇总，然后统一对比评估就能最大程度上完成桩身完整性的评定。

（二）判定依据依据声波透射法的实际测量过程可知，混凝土灌注桩桩身完整性评估中，声时、声速、波幅、波形是非常关键的测试要素，为了有效发挥超声跨孔声波透射法的优势作用，就要进一步明确判定的主要依据[1]。

一、超声波透射法检测检测目的：基桩的完整性仪器型号：RSM-SY7(F)[MISSING IMAGE: , ]RSM-SY7(F)基桩多跨孔超声波检测仪[MISSING IMAGE: , ]现场检测图采用四只45KHz超声波跨孔探头，一次提升同时完成四管，六剖面的测试，从超声波测试结果来看，发现有五个剖面在6.8-7.0米处，出现幅值超判据情况。

[MISSING IMAGE: , ][MISSING IMAGE: , ]再对该桩6.9米处异常点波形观察，异常点信号首波幅值和后续谐振波信号都偏弱，但其声速正常。

由于是在同深度，多剖面信号异常，在与施工方沟通排除声测管焊接因素的影响，在做钻孔取芯前，使用低应变反射波法检测进一步查明缺陷情况。

[MISSING IMAGE: , ]异常点信号[MISSING IMAGE: , ]正常点信号二、低应变反射波法检测检测目的：基桩的完整性仪器型号：RSM-PRT(M)采用加速度传感器，通过改变不同的锤击频率及不同的采样间隔对该桩的6.8米处的，缺陷进行核查判断。

[MISSING IMAGE: , ]RSM-PRT(M)双通道低应变检测仪[MISSING IMAGE: , ]低应变检测现场采用加速度传感器，通过改变不同的锤击频率及不同的采样间隔对该桩的6.8米处的，缺陷进行核查判断。

第一次采集结果：信号在6.8米处有较小幅值的同相反射。

[MISSING IMAGE: , ]第二次采集结果：变换传感器安装位置信号在6.8米处有较大幅值的同相反射，并可见第二次、第三次缺陷反射。

[MISSING IMAGE: , ]第三次采集结果：采用频率较高的钢筋敲击，提高缺陷位置精度，同相缺陷反射幅值较小，但也很清晰，可见微弱第二次缺陷反射。

最终低应变检测核定其缺陷位置在距桩顶 6.8米处，与超声波投射法检测缺陷深度相符，因低应变数据缺陷较为严重，怀疑桩大面积断桩，决定采用钻孔取芯进一步验证其缺陷情况。

声波透射法基桩完整性检测及缺陷判定分析桩基础的质量直接关系到整个建筑物（构筑物）的安全，也关系到人民的生命、财产安全。

因此，桩基础工程的试验和质量检验尤为重要，设计前、施工中和施工后都要进行必要的试验和检验，能否检测到基桩的缺陷、如何测定缺陷的位置，并准确地对其进行评价成为基桩质量检测的一个核心问题。

一、对于缺陷程度及范围的判定需要结合平测、斜测或扇形测试的两种测试方法综合测定换能器同步平测测试速度快、效率高，可作为是否存在缺陷的初步判断依据；但仅依据平测的数据进行完整性判定，其准确性降低，因此尤其是对于缺陷范围及其严重程度进行判定时，应至少结合斜测、扇形测试中的种方法。

例如：某工程21-1#基桩为采用钻孔、反循环工艺施工的灌注混凝土摩擦桩，设计桩径1.5m、设计桩长49. 5m、预埋4根声测管，采用声波透射法平测法测试、测点间距0.25m，其中1-2、1-3、1-4 剖面在13.2~14米处同时出现声参量异常(如图2所示)，异常范围的波速比平均波速下降15%、幅度比平均幅度下降30dB，而其他剖面在此位置无明显异常，初步判断因此该桩在13~14米处存在异常(缺陷)，且缺陷区在I号声测管所在的方位，但无法判定缺陷范围，进而将其归入II类还I是III类桩。

为确定缺陷的严重程度和范围，在1-2、1-3、1-4 剖面，从9~19m的范围内，分别作收、发换能器约45°倾斜的双向斜测，测点间距为10cm，斜测结果如图3所示，通过每一剖面、每一方向斜测的数据，确定其斜测的各个声参量异常的测线，各剖面的异常测线的包络范围如图上阴影部分所示，可以看出1-3、1-2、1-4 剖面的径向缺陷尺寸依次增大，且1-3、1-2 剖面未超过1/2测距，因此该缺陷是靠近1号声测管方向的缩径类缺陷；从缺陷范围上看纵向尺寸在0.8m左右、径向尺寸小于桩径的四分之一，从缺陷区声参量及波形上看声参量幅度不太大、且波形基本完整，因此将此缺陷判定为轻微缺陷，该桩判为II类桩。