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声波透射法断桩(一)
浅谈用声波透射法检测桩基的注意事项
浅谈声波透射法检测桩基的注意事项
杨江勇（贵州省交通科学研究院股份有限公司 15985143474）
摘要 通过本人多年的实际检测桩基经验，结合规范要求，浅谈一下在用声波透射法检测桩基完整性和密实性的时候应该注意到的问题，供大家在检测时候的探讨与学习。 关键词 声波透射法；桩身龄期；声幅；声速。
在声波透射法检测中，声测管是连接发射换能器和接收换能器的一个通道，声测管的参数和埋设都对我们计算混凝土的声速有着很大的影响。但在实际工程检测中，时常因为声测管埋设错误或者本身故障，导致检测数据不够准确的反映桩身混凝土的质量，致使正常的检测工作时间延长或者无法进行正常检测。声测管最为常见的故障有声测管堵塞、换能器被卡住、声测管漏水或过度倾斜等。
一、声测管的埋设与要求
声测管是在用声波透射法进行检测的情况下径向换能器的通道，声测管埋设数量和埋设位置对检测精度有决定性作用。声测管的埋设应符合：
1、声测管应具有一定的强度、韧性及刚度，其内径不应小于40cm，接头不宜采用塑料或者封口胶带缠绕连接，宜采用螺纹连接，声测管应焊接或绑扎在钢筋笼内侧，声测管应平行于钢筋笼。
2、管的顶部应高出桩基顶部至少30cm以上；
3、当桩径不大于1.5m时，应埋设三根管，当桩径大于1.5m时，应埋设四根管；
4、在采用声波透射法对桩基进行完整性检测时，声测管通过两两组合的方式形成检测剖面，在检测时必须用桩基顶面的两声测管间内径之间的距离作为检测剖面的测距，在测量时卷尺一定要紧贴桩基顶面，避免声测管露出桩顶部分倾斜带来检测剖面距离的不准确，给检测与分析结果带来不利影响。在检测时应确保声测管在连接时应保持管内畅通，从而确保换能器实现自由提升，并确保检测能够进行的顺利。声测管还应满足进行混凝土的浇筑时不能被混凝土压破进水泥浆或者进行检测时出现漏水的情况。因为在晋宁混凝土浇筑时，混凝土会对声测管产生压力，所以声测管还必须具有一定的刚度。结合多年的检测经验分析得出不少工地之所以存在着声测管不通顺，就是因为进行混凝土浇筑的情况下声测管被挤扁或者漏浆把声测管堵死造成的。
二、龄期要求
现行《公路工程基桩动测技术规程JTG.TF81-01-2004》对龄期的要求是应大于14天。
但从工程建设的实际情况出发，比如工期紧张或者其他的特殊原因，导致需要提前检测桩基完整性。如在施工进程中发现存在着异常情况的桩，就可以提前检测看桩基的完整性是否满足要求，如果存在夹泥、断桩等情况，就可以提前处理，还有一些因为施工工期较为紧张，在保证工程质量的情况下，需要将检测时间提前，特别是在夏天或者高温地区，混凝土强度上升较快，实践中最短的时间是三天左右。从检测的要求来看，远远没有达到要求。所以我们对于没有达到《规程》所规定的龄期进行检测的桩，如果在检测过程中发现桩身存在异常情况时，在达到规定的龄期后应进行复测，并应对比两次的检测数据，从而得出一个更加客观公正的评价。一般情况下，提前检测对控制工程质量并无多大影响，原因如下：
1、声波透射法中声波对混凝土所产生的作用力较小，对桩基本身结构没有影响，在混凝土龄期前检测不会导致混凝土结构被破坏；
2、运用声波透射法对桩身完整性进行检测时，通过相对比较法对声学参数进行判别，混凝土强度在不同的阶段存在着相关性，但由于桩本身原因而引起的变化并无多大变化，缺陷位置可以得到一个大概的结论。
三、检测判定
声时修正值可按下式计算：
t'【声波透射法断桩】
Dddd'vtvw （2.2-1）
s，式中： t'—声测管修正值（）（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）；
d—声测管内径（mm）；
d'—换能器外径（mm）；
vt—声测管壁厚度方向声速值（s）；
vw—水的声速值（kms）。
1、声速判据
当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其作为可疑缺陷区。
υi<υD
式中υi——第i个测点声速值(kin/s)；
υD——声速临界值(km/s)。
声速临界值采用正常混凝土声速平均值与2倍声速标准差之差，即：
式中——正常混凝土声速平均值(km/s)；
σv——正常混凝土声速标准差；
υi——第i个测点声速值(km/s)；
n——测点数。
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。即实测混凝土声速值低于声速低限值时，可直接判定为异常。
υi<υL
式中 υi——第i个测点声速值(km/s)；
υL一声速低限值(km/s)。
声速低限值应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。
2、波幅判据
用波幅平均值减6dB作为波幅临界值，当实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。
AD=Am
-6
式中AD——波幅临界值(dB)；
Am——波幅平均值(dB)；
Ai——第i个测点相对波幅值(dB)；
n——测点数。
3、PSD判据
采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD值在某测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。
式中ti——第i个测点声时值(μs)；
ti-1——第i-1个测点声时值（μs）；
zi——第i个测点深度(m)；
zi-1——第i-1个测点深度(m)。
基桩检测的相关规范中，根据桩身是否存在缺陷及存在缺陷的严重程度，将桩的完整性分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共四个类别；并依据各检测剖面的声学参数异常点的分布情况及异常点的偏离程度，决定被测桩的完整性类别。但由于混凝土是集结型的复合材料，多相复合体系，分布复杂界面（骨料、气泡、各种缺陷），加上灌注桩的混凝土需要自密实、地质条件以及成桩工艺复杂等情况，因此其检测的声学参数数据波动较大，在实际测试的过程中完全不出现异常测点的可能性较小，因此不能机械地理解并执行规范中桩身完整性的判定标准，否则工程上很难有Ⅰ类桩，也不符合桩的完整性分类的定义。因此上述理论异常点只是可能的缺陷点，应根据异常点的实测声速,波幅, 波形与正常混凝土的偏离程度和畸变程度和异常点的波形与正常混凝土的波形相比的畸变程度综合判定。
4、声学参数与缺陷性质的关系
混凝土内部存在缺陷必然会引起声学参数的变化或波形畸变，但目前并未建立声学参数的与缺陷性质之间的一一对应关系，只能是定性描述，很难做到定量分析，以下是在实际检测工作中的一点体会，供大家参考：
(1)对于因混凝土离析造成的骨料堆积、浆液少的缺陷，由于骨料声速高于砂浆，因此该缺陷处的声速基本不会比正常混凝土低可能还要偏高，但声波经过的界面明显增多，导致幅度下降。相反对于骨料少而砂浆多的低强区，其波速偏低，但幅度基本不变甚至偏高；
(2)对于因坍塌形成的缩径、夹泥（砂）缺陷，导致该处的声速、幅度较正常混凝土均有明显的下降，因缺陷介质的声速低于混凝土、衰减系数高于混凝土，可通过斜测或扇测确定缺陷的径向尺寸范围及位置，确定其缩径、夹泥（砂）的位置及范围；
(3)在桩底一定范围内的波速和幅度的明显下降表明桩底存在一定厚度的沉渣，这是在清孔不彻底或者桩孔周围的岩石垮塌，从而使桩底不全是混凝土而造成的。
四、 检测过程中常见问题的判断和处理
1、检测时接收不到信号
最常见的原因有2种：一是声测管内无清水作为耦合介质；二是检测设备系统故障。首先应检查是声测管内是否灌满清水，而且清水是否淹没换能器；在肉眼无法观测到测试管内是否有水时，也可在采样状态下，迅速往声测管注水，直至出现信号，否则，将换能器提出声测管，两换能器十字交叉且必须靠紧，非金属超声波检测仪采样，观察是否有接收波形，如有接受波形，则证明是声测管无水导致，检测设备系统正常；如无接受波形，则需换上另一对好的换能器，将两换能器靠紧且在空气中十字交叉，观察是否有波形，如有接收波形，说明设备系统正常，如无波形，则设备系统损坏，需要送修。假如是径向换能器故障，则需要一台好的设备，采样发射，发射换能器会出现蜂鸣声，如仪器接收不到信号，则接收换能器故障，如发射换能器不出现蜂鸣声，则发射换能器故障，同理可以检查仪器的发射端和接收端接口的好坏。
2、径向换能器老化
径向换能器有使用寿命。在经过频繁使用的换能器，蜂鸣声响会明显下降，频率会明显降低。如在检测过程中发现类似情况，则说明发射换能器可能已经老化。可换上新的两个换能器重新测试被测物体，比较两次数据，老化的那次数据声幅会明显的比第二次偏低，所以在使用过程中要特别注意换能器是否老化，这会对测试结果产生影响，放大缺陷。
3、声速至桩头开始缓慢变化，在一定长度内变化至不正常范围，且持续到桩底
一批量桩基在换能器刚入水时（桩头位置），声速声幅都正常，在换能器向下的过程中，明显感觉声速声幅缓慢下降，且在一定位置后停止下降，直到桩底。这是由于某些桩基在设计过程中，墩柱的直径要小于桩基直径，导致在施工时桩基顶部一定范围内钢筋笼开始收缩，声测管是固定在钢筋内壁，这也导致声测管开始向内收缩，两声测管之间的距离发生变化而导致声速下降，声幅则正常，声速变化到钢筋笼刚开始收缩的位置后，声速会一直以一个明显低于桩顶声速的值直到桩底，而声幅在此过程无多大变化。这种情况很容易让人误判，在检测过程中，要注意和施工图纸紧密结合，相互印证。
声波透射法断桩(二)
桩基缺陷的声波透射法及结果数据分析和判断问题研究
桩基缺陷的声波透射法及结果数据分析和判断问题研究
【摘 要】如何保证桩基础工程的质量，充分发挥桩基工程的技术经济效益，对合理降低建筑物的造价是至关重要的。由于桩基础多深藏于地下，许多灌注桩由于施工工艺不正确、施工监控力度不够、施工队伍素质低等多重因素的影响，造成实际施工完成的桩身情况和周围土体在其施工过程中的变化很难得到有效的监控，常见的缺陷有缩颈、扩径、断桩、夹泥、沉渣、离析等，造成最终形成的桩土体系的实际性状也较难得到深入的评定。
【关键词】桩基工程；无损检测；施工质量；隐蔽工程；声波透射法；桩身缺陷；预防为主
0 引言
桩基础是现代建筑的重要基础形式，在高层建筑、重型厂房、桥梁、港口码头、海上采油平台以至核电站等各种类型的深基础工程中，桩基础用量巨大；而且在某些特殊地质条件施工的工程，桩基础可能成为唯一的选择，工程实践证明了桩基础是一种经济有效、安全可靠的基础形式。
1 桩基工程常见的缺陷及对声波传播的影响
1.1 断桩（全面断桩或夹砂）
产生原因：断桩产生的原因有很多，由于导管提升不当或者不慎将导管拔出混凝土面，使得新注入的混凝土压在封口砂浆和泥浆上，或是因人工因素、机械故障或混凝土供应中断等导致混凝土停灌，停灌时间超过30min，如未对施工表面进行处理，提升导管时极易把初凝的混凝土拉松导而导致断桩发生。断桩部位检测时容易发现，此处往往会存在较长的一段缺陷，波形反应较明显。不同的缺陷程度与位置对基桩的受力状态影响不同，所以，应按桩的受力状态分析及缺损程度进行定性分析，对断桩应该采取修理或加固措施。
声学参数特征：严重断桩接收不到信号，较容易识别。
1.2 桩身局部局部夹泥或离析
产生原因：夹泥、离析是桩身局部出现低波速区，一般是由于混凝土导管插入深度不当或泥浆的循环方式不当，当混凝土从导管流出向上顶托的过程中，形成遄流或混凝土翻腾，使泥浆护壁力减弱，从而使孔壁剥落或者坍塌，导致桩身局部断面夹泥；当混凝土的和易性不好、浇筑导管进入或者首灌混凝土方量不足等，易产生离析现象。
声学参数特征：接收的波形复杂，波速降低，首波波幅降低，频率也会降低。
声波透射法断桩(三)
声波透射法测桩2
声波透射法检测钻孔灌注桩基桩完整性检测技术初探【声波透射法断桩】
一、概述
1、前言
混凝土灌注桩是桩基础中的主要形式，由于其成桩质量受地质条件、成桩工艺、机械设备、施工人员、管理水平等诸多因素的影响，较易产生夹泥、断裂、缩颈、混凝土离析、桩底沉渣较厚及桩顶混凝土密实度较差等质量缺陷，危及主体结构的正常使用与安全，甚至引发工程质量事故，加上是隐蔽工程，因此加强对桩基础质量的现场检测十分必要。为此，近年来国家先后出台了《建筑基桩检测技术规范》（JGJ 106-2003）和《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004)，进一步明确要求、规范基桩工程的现场质量检测工作。 基桩完整性的检测方法主要有：钻芯法、高应变动测法、低应变动测法、声波透射法，与其他方法相比，声波透射法有其特点：
① 检测全面、细致，检测范围可覆盖整个桩长的各个断面，无检测“盲区”；
② 检测结果准确可靠，全桩长的断面扫描检测，加上短距离时声波对较小范围的缺陷也较为敏感，可以较为准确测定各缺陷在深度方向的准确位置和范围、径向的范围，便于分析及对缺陷的处理；
③ 不受桩长、桩径的限制，也不受场地的限制。
④ 检测较为快捷、方便。因此该方法已成为大直径、长桩长的混凝土灌注桩完整性检测的重要手段，《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/T F81-01-2004)也专门规定“对重要工程的钻孔灌注桩，采用超声波透射法检测的桩数不应少于50％”。
2、检测原理
如图1所示，首先在被测桩内预埋两根或两根以上竖向相互平行的声测管作为检测通道，管中注满清水作为耦合剂，将超声脉冲发射换能器与接收换能器置于声测管中，由超声仪激励发射换能器产生超声脉冲，穿过桩体混凝土，并经接收换能器，由仪器接收并显示接收的超声波的波形，判读出超声波穿过混凝土后的首波声时、波幅以及接收波主频等声参数，通过桩身缺陷引起声参数或波形的变化，来检测桩身是否存在缺陷。
图1
关于声波透射法检测基桩完整性的现场测试方法及常规的数据处理，已在相关规范及其它书籍中有较为详尽的阐述，不再详述，仅结合笔者近年来在工程中应用超声脉冲检测技术及非金属超声检测分析仪的研制经历和体会，对声波透射法的检测、缺陷判定及检测及非金属超声检测分析仪的研制经历和体会，对声波透射法的检测、缺陷判定及检测现场常见的问题，进行一些总结：【声波透射法断桩】
二、声波透射法的检测及缺陷判定
1、对于缺陷程度及范围的判定需要结合平测、斜测或扇形测试的多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、扇形测试中的一种方法。例如：某工程2l－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，初步判断该桩在13～14米处存在异常（缺陷），且缺陷区在1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45o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。
图
2
图3
2、应正确理解并处理相关规范中关于桩身完整性的判定
基桩检测的相关规范中，根据桩身是否存在缺陷及存在缺陷的严重程度，将桩的完整性分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共四个类别；并依据各检测剖面的声学参数异常点的分布情况及异常点的偏离程度，决定被测桩的完整性类别；对实际的检测数据，采用概率法确定声速临界值来评判声速是否异常，采用平均幅度减去6dB作为幅度临界值来评判幅度是否异常。
但由于混凝土是集结型的复合材料，多相复合体系，分布复杂界面（骨料、气泡、各种缺陷），因此其检测的声参量数据波动较大；加上灌注桩的混凝土需要自密实、地质条件以及成桩工艺复杂等情况，其声参量的波动性就更大了，因此在实际测试的过程中完全不出现异常测点的可能性较小，因此不能机械地理解并执行规范中桩身完整性的判定标准（规范对声参量异常判断均采用“可判断”），否则工程上很难有Ⅰ类桩，也不符合桩的完整性分类的定义。因此上述理论异常点只是可能的缺陷点，应根据以下五个方面进行综合判定： ① 异常点的实测声速与正常混凝土声速的偏离程度；
② 异常点的实测幅度与同一剖面内正常混凝土幅度的偏离程度；
③ 异常点的波形与正
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