1、1,基樁聲波透射法,蔡 洪 美 高級(jí)工程師 單位：福建省建設(shè)工程物探試驗(yàn)檢測(cè)中心 總工程師 聯(lián)系電話QQ：27309296,2,主要依據(jù)：建筑基樁檢測(cè)技術(shù)規(guī)范JGJ106-2003 適用范圍：適用于已預(yù)埋聲測(cè)管的混凝土灌注樁樁身完整性檢測(cè)，判定樁身缺陷的程度并確定其位置。 抽樣原則：對(duì)端承型大直徑灌注樁，應(yīng)在上述兩款規(guī)定的抽檢樁數(shù)范圍內(nèi)，選用鉆芯法或聲波透射法對(duì)部分受檢樁進(jìn)行樁身完整性檢測(cè)。抽檢數(shù)量不應(yīng)少于總樁數(shù)的10%。,3,原理,由發(fā)射換能器（探頭）在砼內(nèi)激發(fā)高頻波，并用接收換能器記錄波在砼內(nèi)傳播過(guò)程中的波動(dòng)特征當(dāng)砼內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時(shí)如松散、蜂窩、孔洞、夾層

2、時(shí)，將使波產(chǎn)生散射、反射、透射及繞射；根據(jù)波的初至到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，經(jīng)過(guò)處理分析就能判別測(cè)區(qū)內(nèi)砼的參考強(qiáng)度和內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置。,4,超聲波頻率,次聲波的頻率小于20HZ； 人耳能聽(tīng)到的正常聲波為20HZ-20000HZ; 超聲波的頻率大于20kHz,5,儀器設(shè)備,主要包手三個(gè)部分：發(fā)射換能器、接收換能及主機(jī),6,傳播路徑,7,儀器輕便;抗干擾能力強(qiáng); 觀測(cè)準(zhǔn)確度高、結(jié)果直觀可靠; 不受樁長(zhǎng)限制，可以在樁身中上下移動(dòng)測(cè)試; 無(wú)盲區(qū)，包括樁頂?shù)蛷?qiáng)區(qū)和樁底沉渣厚度; 詳細(xì)查明樁內(nèi)部缺陷與性質(zhì)、深度位置、范圍大小、嚴(yán)重程度; 可估算混凝土強(qiáng)度等

3、,主要優(yōu)點(diǎn),8,存在缺點(diǎn),要預(yù)埋聲測(cè)管，在實(shí)際施工過(guò)程中有的工地將聲測(cè)管綁在鋼筋籠上而鋼筋籠又沒(méi)有完全放到底部，這樣就導(dǎo)致樁底混凝土情況無(wú)法探測(cè)到。 由于聲測(cè)管不可能埋入巖層中，故樁底嵌巖情況不能測(cè)量到。 對(duì)于超長(zhǎng)樁，由于安裝聲測(cè)管存在各方面的不可預(yù)料的因素，常常會(huì)導(dǎo)致堵管而無(wú)法測(cè)試。,9,D800mm，2根管。 800mm D2000mm，不少于3根管。 D2000mm ，不少于4根管。 式中D受檢樁設(shè)計(jì)樁徑。,聲測(cè)管埋設(shè)數(shù)量基本規(guī)定,10,與低應(yīng)變區(qū)別,傳播方向：低應(yīng)變沿樁身縱截面?zhèn)鞑?，超聲波沿橫截面?zhèn)鞑ィ?波長(zhǎng)：低應(yīng)變的波長(zhǎng)為米級(jí)的(0.5-2.0m)，超聲波的波長(zhǎng)為厘米級(jí)的(4-8cm

4、) 頻率：低應(yīng)變的頻率從幾百到幾千Hz，超聲波一般為30-50kHz,11,低應(yīng)變與超聲波的互校,如果某根樁動(dòng)測(cè)定為類(lèi)，請(qǐng)問(wèn)超聲波一定能測(cè)出或嗎？ 答：不一定，因?yàn)槎叩臏y(cè)試方向不同，超聲波只能測(cè)出有一定寬度的缺陷,12,波速比較,檢測(cè)中用到的三種方法：高應(yīng)變、低應(yīng)變及聲波透射法，它們波速之間的關(guān)系基本上是： 高應(yīng)變波速低應(yīng)變波速超聲波波速,13,波束擴(kuò)散角,聲波在平面上假定是可以全方位擴(kuò)散，但是豎直方向上，它的擴(kuò)散受到波長(zhǎng)及換能器長(zhǎng)度的制約，計(jì)算公式如下：,14,波長(zhǎng)計(jì)算,假設(shè)超聲波頻率為40kHz，波速為4500m/s，請(qǐng)問(wèn)波長(zhǎng)多少？ 假設(shè)動(dòng)測(cè)波的頻率為3kHz，波速為3600m/s，請(qǐng)問(wèn)

5、波長(zhǎng)多少？ 根據(jù)公式,15,分貝dB與放大倍數(shù)的關(guān)系： 總放大量=20*lg(k1*k2*k3)dB,放大倍數(shù)計(jì)算,16,常見(jiàn)介質(zhì)波速,通過(guò)了解常見(jiàn)介質(zhì)的波速，有助于對(duì)砼缺陷的判斷當(dāng)砼內(nèi)有空洞，則波速會(huì)大幅度下降；當(dāng)測(cè)得聲速很大，如大于6000m/s，則一定是管斜了；當(dāng)聲測(cè)位于5000-6000之間時(shí)，有可能上粗骨料集中或管斜了。,17,波幅分析,波幅的高低受到儀器、傳感器靈敏度及發(fā)射能量的影響，不能說(shuō)90db的樁質(zhì)量一定比100db的樁身質(zhì)量好不同廠家的換能器具有不同的分貝初始值不同的換能器、不同的樁徑它們之間的波幅值是沒(méi)有可比性的。 波幅的衰減性受到 樁材不均勻性 、聲波傳播路徑、點(diǎn)源距離

6、 影響，所以，同一根樁，不同的管距，其波幅是不一樣的。,18,波幅算例,波幅本質(zhì)上反映的是聲壓大小，規(guī)范規(guī)定，當(dāng)波幅小于平均值6db時(shí)，可定為異常點(diǎn) 若平均波幅Am=90db，當(dāng)A=84db時(shí)，測(cè)點(diǎn)聲壓比值為多少？ 據(jù),19,管距計(jì)算,受到各方因素的影響，聲測(cè)管在樁頭經(jīng)常會(huì)歪掉，使樁頂管距與實(shí)際偏離較大作為一個(gè)檢測(cè)人員，應(yīng)該知道各種直徑樁的標(biāo)準(zhǔn)管距例如，對(duì)于1000mm徑的管樁，當(dāng)三個(gè)管距的管距為800mm、 700mm及830mm時(shí)，則明顯是錯(cuò)誤的,20,管距算例,樁直徑為1000mm，鋼筋籠內(nèi)徑900mm，聲測(cè)管直徑為50mm，因?yàn)槿軍A角均為120度（A B均表示聲測(cè)管園心位置）。經(jīng)計(jì)

7、算可得：OB=425mm，AB=2*cos30*425=736mm，再減掉管直徑50mm，得到管距為686mm。,21,系統(tǒng)延遲時(shí)間計(jì)算,將發(fā)射、接收換能器平行懸于清水中，測(cè)得不同點(diǎn)源距離時(shí)的聲時(shí)分別為：L1=20cm時(shí)，t1=132s，L2=30cm時(shí)，t2=196s，儀器系統(tǒng)延遲時(shí)間t0： L1/(t1-t0)=L2/(t2-t0) 得t0=4s,22,聲測(cè)線排水體積,規(guī)范規(guī)定：管口應(yīng)高出樁頭10mm以上這個(gè)規(guī)定只是個(gè)最小值，實(shí)際操作中是不夠的 例如，對(duì)于一根60m的長(zhǎng)樁，聲測(cè)管內(nèi)徑50mm，聲測(cè)線直徑6.5mm，換能器的長(zhǎng)度為250mm，換能器直徑30mm，若管口與樁頂平，計(jì)算樁頂以下多

8、少長(zhǎng)度水會(huì)被排出，導(dǎo)致測(cè)不到樁頂砼？,23,聲測(cè)線排水體積（續(xù)）,24,大直徑樁檢測(cè),大直徑樁（如大于180cm)檢測(cè)時(shí)，宜采用高電壓1000V，先保證發(fā)射能量足； 另外，應(yīng)采用低頻率因?yàn)楦哳l率的波，穿透能力弱，距離短，不利于大直徑樁檢測(cè)； 最后，波形分析時(shí)，因?yàn)榇笾睆綐兜哪芰克p大，波形較凌亂，波幅離散性大，應(yīng)從寬判定樁身完整性類(lèi)別。,25,聲速、波幅與缺陷關(guān)系,當(dāng)聲速較高，波幅下降，一般是因?yàn)轫烹x析、粗骨料集中引起的因?yàn)槭^的聲速高，且使聲波繞射，能量損失大。 當(dāng)聲速較低，波幅較高時(shí)，一般是因?yàn)轫烹x析、細(xì)骨料集中引起的因?yàn)樯白勇曀俚?，且聲波穿過(guò)時(shí)能量損失小。 當(dāng)聲速較低，粗骨料少；波幅較低

9、，有空洞蜂窩，該樁質(zhì)量問(wèn)題嚴(yán)重。,26,齡期未到檢測(cè),測(cè)得聲速普諞較低，如正常波速為4500m/s，有可能只測(cè)到3600m/s； 另外，波速雖然低，但離散性較小，即n個(gè)測(cè)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)差很??； 因?yàn)閺?qiáng)度不夠，波幅也相應(yīng)較低，且離散性偏大。,27,聲速、頻率與波幅與砼質(zhì)量關(guān)系,聲速：若混凝土均勻，各斷面所測(cè)得聲時(shí)值基本相同；樁身有缺陷，缺陷部位對(duì)應(yīng)的聲時(shí)加大、聲速降低。 頻率：超聲波脈沖穿過(guò)混凝土?xí)r，各頻率成份聲波衰減程度不同，高頻部分衰減大，因而接收信號(hào)的主要頻率向低頻端漂移，樁身有缺陷，接收的頻率明顯降低。 波幅：樁身有缺陷，接收的波幅降低離散性大；沒(méi)有缺陷時(shí)，波幅均勻。,28,未采到波形原因分析

10、,檢測(cè)聲測(cè)管內(nèi)有沒(méi)有水，無(wú)水時(shí)聲波接收不到，肯定沒(méi)信號(hào)； 換能器工作不正常，如果發(fā)射端壞掉，則聽(tīng)不到嗒嗒的發(fā)射聲； 樁聲砼嚴(yán)重離析，聲波能量很弱使得接收端接收不到信號(hào)； 接頭損壞,29,經(jīng)典波形,30,影響砼波速原因,齡期：規(guī)范規(guī)定，強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)值的70%，且不小于15MPa； 粗細(xì)骨料屬性：如果粗骨料的含量多且其波速高，則砼的波速也較高； 砼強(qiáng)度等級(jí)。,31,PSD計(jì)算,PSD是判定樁類(lèi)別的一個(gè)重要指標(biāo)，它表示聲時(shí)變化的平方與距離之比 PSD是一個(gè)非常敏感的指標(biāo)，任何缺陷的變化，都會(huì)使PSD發(fā)生大的變化 使用PSD時(shí)可以克服由于管斜而造成聲速無(wú)法使用的情況，因?yàn)镻SD對(duì)應(yīng)的距離為測(cè)點(diǎn)間距，

11、管斜不會(huì)累加 但是，對(duì)PSD變化多少，它相應(yīng)的情況是怎樣？,32,樁身夾層PSD計(jì)算,假設(shè)在夾層中的波速為3500m/s，正常波速為3800m/s，測(cè)點(diǎn)距為20cm，管距為0.8m，該處的PSD?,33,樁身夾層PSD計(jì)算（續(xù)）,34,樁身空洞PSD計(jì)算,空洞半徑15cm,測(cè)點(diǎn)間距20cm，管距0.8m，正常砼波速3800m/s，空洞處聲波繞形，按圖計(jì)算PSD?,35,樁身空洞PSD計(jì)算（續(xù)）,36,樁身蜂窩PSD計(jì)算,蜂窩直徑15cm，管距0.8m，測(cè)距20cm，正常波速3800m/s，在蜂窩中波速為2500m/s，假設(shè)波穿過(guò)蜂窩，計(jì)算PSD?,37,樁身蜂窩PSD計(jì)算（續(xù)）,38,波速臨界

12、值確定,將所測(cè)得的聲速vi按從大到小依次排列； 對(duì)從0開(kāi)始遂一去掉vi序列中最小值后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)去掉最小數(shù)值后的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為k時(shí)，對(duì)余下v1vn-k按公式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)； 將vn-k與異常判斷值v0進(jìn)行比較，當(dāng)vn-kv0 Vo即為異常值,39,波速臨界值算例,40,41,波速計(jì)算,若表格中將管距改成800mm，聲時(shí)不變，計(jì)算各測(cè)點(diǎn)的聲速值。從中可以得到管距變化對(duì)聲速的影響。,42,波幅臨界值,計(jì)算平均值：Am=105； 最小值A(chǔ)min=98 根據(jù)公式 所以，2點(diǎn)為異常點(diǎn),43,PSD計(jì)算,44,典型工程一：,福州閩江某大橋，基礎(chǔ)采用沖鉆灌注樁，持力層為微風(fēng)化花崗巖，入巖5米，水下混凝土，砼強(qiáng)度

13、C35，樁徑2800mm，樁長(zhǎng)63m。埋設(shè)4根聲測(cè)管，檢測(cè)6個(gè)剖面，經(jīng)聲波透射法檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在50.2m-51.2m處AB、BC、BD剖面聲速和波幅明顯異常，局部有缺陷；57.2m-62.0m處6個(gè)剖面聲速和波幅明顯異常，聲速只有2000m/s多一點(diǎn)，PSD判據(jù)突變，應(yīng)該存在嚴(yán)重缺陷，為類(lèi)樁。詳見(jiàn)波形波列圖。,45,46,47,為驗(yàn)證聲波透射法的結(jié)論并查明原因，決定對(duì)該樁進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證。鉆孔位置如下圖所示，A孔距離樁中心點(diǎn)約80cm，B孔、C孔離樁中心點(diǎn)約90cm。經(jīng)鉆芯法表明： A孔在062.7m芯樣完整、連續(xù)，62.7m處芯樣底部不平整，斜交于樁身，在62.763.0m處鉆進(jìn)突然加速，無(wú)法取出

14、芯樣，為流沙。 B孔在057.4m芯樣完整、連續(xù)，在57.4m處鉆進(jìn)突然加速，在鉆桿的自重作用下，鉆桿下去了5.3m，孔口涌出大量泥沙，該段沒(méi)有芯樣。 C孔在051.3m芯樣完整、連續(xù)，在51.3m處鉆進(jìn)突然加速，孔口涌出大量泥沙，鉆進(jìn)無(wú)法繼續(xù)。 后經(jīng)查實(shí)，該樁在首灌時(shí)混凝土面上升異常，本來(lái)應(yīng)該上升4m結(jié)果上升了6m，與檢測(cè)基本相符。,48,根據(jù)鉆芯法和聲波透射法兩種檢測(cè)方法的檢測(cè)結(jié)果，可以大致模擬出該樁的大體情況，即在51.352.5處B管附近局部夾有泥沙，在57.3-63m處樁中央有半徑為1m左右的圓柱形混凝土，1m以外1.4m以內(nèi)的環(huán)狀泥沙帶，樁底與微風(fēng)化花崗巖呈錐形接觸。 從鉆芯法看，

15、雖然該樁存在嚴(yán)重缺陷，但樁中央基本完整連續(xù)。而聲波透射法表明，該樁在57.2-62.0m存在嚴(yán)重缺陷，甚至可以說(shuō)是斷樁。從以上事實(shí)表明，對(duì)于超大直徑樁，雖然聲波透射法檢測(cè)的所有剖面都顯示嚴(yán)重缺陷，但我們?cè)谖淖置枋錾献詈眉由暇植績(jī)蓚€(gè)字，否則可能給我們檢測(cè)單位帶來(lái)不必要的麻煩。,49,典型工程二：,福州烏龍江某大橋H9-1樁，基礎(chǔ)采用（沖）鉆孔灌注樁，樁徑1200mm，樁長(zhǎng)41.5米，樁端持力層為微（中）風(fēng)化花崗巖，樁身材料采用C25砼。采用聲波透射法檢測(cè)卻發(fā)現(xiàn)，在離樁頂3.4-4.0m處波形嚴(yán)重畸變，首波判斷較為困難，聲速、波幅明顯偏低，PSD值突變，判斷該處局部有明顯缺陷，為類(lèi)樁。而采用低應(yīng)變

16、法檢測(cè)，并且在兩個(gè)不同位置分別試驗(yàn)，實(shí)測(cè)速度曲線附圖，曲線顯示，樁底反射較明顯，在離樁頂3-4m附近有一輕微反射信號(hào)，依規(guī)范規(guī)定，宜判為類(lèi)樁。,50,H9-1#樁聲波透射法檢測(cè)曲線,51,H9-1#樁低應(yīng)變法實(shí)測(cè)速度曲線（在兩個(gè)不同位置）,52,為驗(yàn)證缺陷的嚴(yán)重程度，后經(jīng)多方協(xié)商決定開(kāi)挖驗(yàn)證，經(jīng)開(kāi)挖發(fā)現(xiàn)在3.5-4.0m附近混凝土松散，局部夾泥，經(jīng)簡(jiǎn)單處理便可挖出一大洞，詳見(jiàn)下圖，由此可見(jiàn)其嚴(yán)重性。如果沒(méi)有聲波透射及時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，會(huì)留下巨大的安全隱患，將來(lái)可能發(fā)生重大的質(zhì)量事故。對(duì)于大直徑灌注樁，由于淺部缺陷局部三維效應(yīng)和表面波影響，利用低應(yīng)變法檢測(cè)往往會(huì)漏判、誤判，對(duì)有懷疑的樁，宜采用聲波透射

17、法復(fù)核驗(yàn)證，以確保安全。,53,典型工程三：,莆田某大橋，基礎(chǔ)采用沖鉆孔灌注樁，樁身材料采用C30砼，樁徑800-2500mm，樁長(zhǎng)14-30m不等，總樁數(shù)96根，采用聲波透射法檢測(cè)，前三次共檢測(cè)了36根，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了6根存在較明顯缺陷的樁，缺陷樁比例偏高。經(jīng)開(kāi)挖或鉆芯法驗(yàn)證，基本驗(yàn)證了結(jié)論的準(zhǔn)確性。由于及時(shí)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)了這批存在明顯缺陷的樁，施工單位及時(shí)調(diào)整施工工藝并采用不同方式的補(bǔ)強(qiáng)方式，后面檢測(cè)的樁基質(zhì)量明顯好轉(zhuǎn)。為順利完成大橋的施工提供了保證。,54,55,56,57,58,59,幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：,一是要堅(jiān)信聲波透射法的準(zhǔn)確性，堅(jiān)決反對(duì)利用低應(yīng)變復(fù)核超聲波的可笑做法。經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)次的開(kāi)挖和鉆芯驗(yàn)證都已經(jīng)證明其準(zhǔn)確性，要善于把握現(xiàn)場(chǎng)第一手資料的可靠性。 二是對(duì)于存在較明顯缺陷的超大直徑樁，宜在缺陷描述上加上局部?jī)勺帧Ｒ话銇?lái)說(shuō)，超大直徑樁出