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《建筑基桩检测技术规范》
培训讲义 ——超声波法
陈久照 编
广东省建筑科学研究院
2003-10-29
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《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法
目 录
1概述................................................................................................................................................ 4 2 适用范围 ....................................................................................................................................... 5
2.1 声波透射法检测混凝土灌注桩的几种方式 .................................................................... 5
2.1.1桩内跨孔透射法 ...................................................................................................... 5 2.1.2桩内单孔透射法 ...................................................................................................... 5 2.1.3桩外孔透射法 .......................................................................................................... 5 2.2关于用声波透射法测试声速来推定桩身混凝土强度的问题 ......................................... 6 3仪器设备 ........................................................................................................................................ 8
3.1混凝土超声仪 ..................................................................................................................... 8
3.1.1超声仪的功能 .......................................................................................................... 8 3.1.2混凝土超声仪的技术要求 ...................................................................................... 8 3.1.3声波仪的校验与维护 ............................................................................................ 10 3.2 声波换能器 ................................................................................................................. 12
3.2.1 声波换能器的功能 ............................................................................................... 12 3.2.2 换能器的主要技术指标 ....................................................................................... 13 3.2.3 换能器的技术要求 ............................................................................................... 16 3.2.4 换能器的使用与维护 ........................................................................................... 16
4 现场检测 ..................................................................................................................................... 19
4.1声测管的埋设及要求 ....................................................................................................... 19
4.1.1声测管埋设数量及布置 ........................................................................................ 19 4.1.2声测管管材、规格、连接 .................................................................................... 20 4.1.3声测管的连接与埋没 ............................................................................................ 21 4.1.4声测管的其他用途 ................................................................................................ 22 4.2现场检测 ........................................................................................................................... 23
4.2.1测试系统的延时 .................................................................................................... 23 4.2.2检测前的准备工作 ................................................................................................ 24 4.2.3检测前对混凝土龄期的要求 ................................................................................ 25 4.2.4检测步骤 ................................................................................................................ 25
5检测数据分析与结果判定 .......................................................................................................... 30
5.1测试数据的整理 ............................................................................................................... 30
5.1.1声学参数的计算和波形记录 ................................................................................ 30 5.1.2绘制声参数~深度曲线 .......................................................................................... 31 5.2数据分析与判断 ............................................................................................................... 31
5.2.1波速判据 ................................................................................................................ 31 5.2.2 PSD判据（斜率法判据）................................................................................. 38 5.2.3波幅判据 ................................................................................................................ 39
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5.2.4主频判据 ................................................................................................................ 40 5.2.5实测声波波形 ........................................................................................................ 40 5.3桩身混凝土缺陷的综合判定 ........................................................................................... 40
5.3.1综合判定的必要性 ................................................................................................ 40 5.3.2综合判定的方法 .................................................................................................... 41 5.3.3混凝土灌注桩的常见缺陷性质与声学系数的关系 ............................................ 43 5.3.4桩身混凝土均匀性的评价 .................................................................................... 44 5.4声测管的斜管测距修正 ................................................................................................... 44
5.4.1斜管问题 ................................................................................................................ 44 5.4.2对斜管测距的修正 ................................................................................................ 45 5.5对桩身缺陷纵向尺寸检测精度的影响因素 ................................................................... 48 6检测报告 ...................................................................................................................................... 50 7声波透射法检测混凝土灌注桩工程实例分析 .......................................................................... 51
7.1概述 ................................................................................................................................... 51 7.2工程实例及分析 ............................................................................................................... 51
7.2.1工程实例1 ............................................................................................................. 51 7.2.2工程实例2 ............................................................................................................. 55 7.2.3工程实例3 ............................................................................................................. 58 7.2.4工程实例4 ............................................................................................................. 63 7.2.5工程实例5 ............................................................................................................. 67
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1概述
声波检测一般是以人为激励的方式向介质（被测对象）发射声波，在一定距离上接收经介质物理特性调制的声波（反射波、透射波、散射波）。通过观测和分析声波在介质中传播时声学参数和波形的变化，对被测对象的宏观缺陷、几何特征、组织结构、力学性质进行推断和表征。而声波透射法则是以穿透介质的透射声波为测试和研究对象的。
声波发射系统 声波在介质（被测对象）中传播，介质的几何特征、内部结构、力学性能对声波进行调制 声波接收系统 声波记录和分析系统 依据声学参数的变化，对介质特性进行工程解释
混凝土灌注桩的声波透射法检测是在结构混凝土声学检测技术基础上发展起来的。结构混凝土的声学检测则始于1949年，人们经过几十年的研究、探索和实践，这项技术在测试设备、测试方法、应用范围、数据分析、处理方法等方面得到了很大发展，在世界各国得到了广泛应用，成为混凝土无损检测的重要手段。
至二十世纪七十年代，声波透射法开始用于检测混凝土灌注桩的完整性。其基本方法是：基桩成孔后，在混凝土灌注之前，在桩内预埋若干根声测管作为声波发射和接收换能器的通道。在桩身混凝土灌注若干天后开始检测，用声波检测仪沿桩的纵轴方向逐点检测声波穿过桩身各横截面的声学参数, 然后对这些检测数据进行处理、分析、判断，确定桩身混凝土缺陷的位置、范围、程度，从而推断桩身混凝土的连续性、完整性、均匀性状况，评定桩身完整性等级。
目前，对混凝土灌注桩的完整性检测，主要有：钻芯法，高、低应变动测法，声波透射法等四种方法，与其他三种方法比较，声波透射法有其鲜明的特点：检测全面、细致，声波检测的范围可覆盖全桩长的各个横截面，信息量相当丰富，结果准确可靠。且现场操作简便、迅速，不受桩长、长径比的限制，一般也不受场地限制。
声波透射法以其鲜明的技术特点成为目前混凝土灌注桩（尤其是大直径灌注桩）完整性检测的重要手段，在工业与民用建筑、水电、铁路、港口等工程建设的多个领域得到了广泛应用。
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图1 声波检测原理框图
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2 适用范围
2.1 声波透射法检测混凝土灌注桩的几种方式
按照声波换能器通道在桩体中不同的布置方式，声波透射法检测混凝土灌注桩可分为三种方式：1.桩内跨孔透射法；2.单孔透射法；3.外孔透射法。 2.1.1桩内跨孔透射法
在桩内预埋两根以上的管道，把发射、接收换能器分别置于两管道中（如图2(a）所示)。检测时声波由发射换能器出发穿透两管间混凝土后被接收换能器接收，实际有效检测范围为超声脉冲从发射到接收换能器所扫过的面积。根据两换能器高程的变化又可分为对测、斜测、扇形扫测等方式。
当采用钻芯法检测大直径灌注桩桩身完整性时，可能有两个以上的钻芯孔。如果我们需要进一步了解两钻孔之间的桩身混凝土质量，也可以将钻芯孔作为收、发换能器通道进行跨孔透射法检测。 2.1.2桩内单孔透射法
在某些特殊情况下只有一个孔道可供检测使用，例如钻孔取芯后，我们需进一步了解芯样周围混凝土质量，作为钻芯检测的补充手段，这时可采用单孔检测法（如图2(b)所示）。此时，换能器放置于一个孔中，换能器间用隔声材料隔离（或采用专用的一发双收换能器）。声波从发射换能器出发经耦合水进入孔壁混凝土表层，并沿混凝土表层滑行一段距离后，再经耦合水分别到达两个接收换能器上，从而测出声波沿孔壁混凝土传播时的各项声学参数。
单孔透射法检测时，由于声传播路径较跨孔法复杂得多，须采用信号分析技术，当孔道中有钢质套管时，由于钢管影响声波在孔壁混凝土中的绕行，故不能采用此方法。
单孔检测时，有效检测范围一般认为是一个波长左右。 2.1.3桩外孔透射法
当桩的上部结构已施工或桩内没有换能器通道时，可在桩外紧贴桩边的土层中钻一孔作为检测通道，由于声波在土中衰减很快，因此桩外孔应尽量靠近桩身。桩测时在桩顶上放置一发射功率较强的低频平面换能器，接收探头从桩外孔中自上而下慢慢放下，声波沿桩身混凝土向下传播，并穿过桩与孔之间的土层，通过孔中耦合水进入接收换能器，逐点测出透射声波的声学参数。当遇到断桩或夹层时，该处以下各点声时明显增大，波幅急剧下降，以此为判断依据，如图2(c)示。这种方法受仪器发射功率的限制，可测桩长十分有限，且只能判
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断夹层、断桩、缩颈等缺陷，且灌注桩桩身剖面几何形状往往不规则，给测试和分析带来困难。
上述三种方法中，桩内跨孔透射法是一种较成熟可靠的方法，是声波透射法检测灌注桩混凝土质量最主要的形式，另外两种方式在检测过程的实施，数据的分析和判断上均存在不少困难，检测方法的实用性、检测结果的可靠性均较低。
4 1 4 4 2 1 2 3 3 3 2 (a)
(c) (b)
图2 钻孔灌注桩超升脉冲检测方式
（a）双孔检测 （b）单孔检测 (c)桩外孔检测 1.声测管 2.发射探头 3.接收探头 4.产生检测仪
基于上述原因，《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）中关于声波透射法的适用范围规定了适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身完整性检测，即适用于桩内声波跨孔透射法检测桩身完整性。
2.2关于用声波透射法测试声速来推定桩身混凝土强度的问题
由于混凝土声速与其强度有一定的相关性，通过建立专用“强度-声速“关系曲线来推定混凝土强度的方法广泛地用在结构混凝土的声波检测中。但作为隐蔽工程的桩与上部结构有较大差别。
“强度-声速”关系曲线受混凝土混合比、硬化环境等多种因素的影响，上部结构混凝土的配合比和硬化环境我们可以较准确地模拟，而在桩中的混凝土由于重力、地下水等多种因素的影响，产生离析现象，导致桩身各个区段混凝土的实际配比产生变化，且这种变化情况无法预估，因而无法对“强度-声速”关系曲线作合理的修正。桩身混凝土硬化环境复杂，无法模拟。
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另一方面，声测管的平行度也会对强度的推定产生很大影响，声测管在安装埋没过程中难以保证管间距离恒定不变，检测时，我们只能测试桩顶的两管间距，用于计算各测点的声速，这就必然造成声速检测值的偏差。
而“强度-声速”关系一般是幂函数或指数函数关系，声速的较小偏差所对应的强度偏差被指数放大了。所以即使在检测前已按桩内混凝土的设计配合比制定专用“强度-声速”曲线，以实际检测声速来推定桩身混凝土强度仍有很大误差。因此，《规范》在声波透射法的适用范围中，回避了桩身强度推定问题，只提检测灌注桩桩身完整性，确定桩身缺陷位置、程度和范围。
当桩径太小时，换能器与声测管的耦合会引起较大的相对误差，所以，声测法一般适于桩径大于0.6米的桩。
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3仪器设备
混凝土声波检测设备主要包含了超声仪和换能器两大部分。用于混凝土检测的声波频率一般在20～250kHz范围内，属超声频段，因此，通常称为混凝土的超声波检测，相应的仪器就叫超声仪。
3.1混凝土超声仪
3.1.1超声仪的功能
混凝土超声仪的功能（基本任务），是向待测的结构混凝土发射超声脉冲，使其穿过混凝土，然后接收穿过混凝土的脉冲信号。仪器显示超声脉冲穿过混凝土所需时间、接收信号的波形、波幅等。根据超声脉冲穿越混凝土的时间（声时）和距离（声程），可计算声波在混凝土中的传播速度；根据波幅，可知超声脉冲在混凝土中的能量衰减状况，根据所显示的波形，经过适当处理后可对被测信号进行频谱分析。 3.1.2混凝土超声仪的技术要求
中国工程建设标准化协会标准《超声法检测混凝土缺陷技术规程》（CS21：2000）对混凝土超声仪的技术要求作了较详细的规定，现结合《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）的要求作如下的介绍：
（1）混凝土超声波检测仪应满足下列要求：
1） 具有清晰、显示稳定的示波装置。
示波装置显示的波形是我们测量和分析混凝土各声学参数的基础，因此波形稳定、清晰是必须具备的条件。 2） 声时最小分度为0.1μs
这个指标决定了声时测量精度，因而也决定了声速测量的精度。混凝土超声仪具有多种功能，即可用于检测结构混凝土强度，也可用于检测混凝土缺陷。用于检测强度时，由于混凝土“强度-声速”相关曲线多为幂函数或指数函数型，声速的较小偏差会导致推定强度的较大偏差，因此测强时，对声时测量精度要求更高。 在《建筑基桩检测技术规范》（JGJJGJ106-2002）中对声时测量精度放宽至0.5μs，因为声波法测桩时主要是测桩身完整性，回避了桩身强度问题，所以放宽了声时测量精度要求。
3） 具有最小分度为1dB的衰减系统。
模拟式仪器采用衰减器测量波幅，其最小分辨率取决于衰减器，衰减器的最小分度
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为1dB。
数字式超声仪的波幅判读由计算机软件进行，精度优于1dB。在《建筑基桩检测技术规范》（JGJJGJ106-2002）中对波幅测试系统的精度提出了一个总体要求：声波波幅相对测量误差小于5%。
4） 接收放大器的频响范围10～500kHz，总增益不小于80dB，接收灵敏度（在信噪比
为3:1时）不大于50μV；
仪器实际工作频率（信号频率）取决于换能器，在检测混凝土时，平面换能器的标算频率为20～250kHZ，径向换能器为20～60kHZ，换能器的频率上限远低于放大器频带上限，即使是宽带换能器也可满足测试要求。 接收灵敏度，即对微弱信号的接收分辨能力，它取决于仪器的放大能力和信噪比水平。单纯考虑接收放大器的增益是不全面的，所以用信噪比达到3:1时的接收灵敏度指标更切合实际，它可以直观反映出仪器性能与超声波穿透距离有关的重要技术因素。接收灵敏度越高，可测距离越大，对微弱信号的识别能力越强。 总增益不小于80分贝，相当于测试信号的幅值可相差104量级。《建筑基桩检测技术规范》（JGJJGJ106-2002）要求系统带宽为1~200kHz，相应于径向换能器的工作频率为20~60kHz；系统最大动态范围为不小于100分贝（相当于105量级）。 5）电源电压波动范围在标称值±10%的情况下能正常工作；
该指标体现了仪器对电源电压的适应范围，即当电源在此范围波动时，其全部技术指标仍能达到额定值。
6）连续正常工作时间不少于4小时。
为保证现场检测工作的连续、高效，仪器应达到此要求。
（2）目前，用于混凝土声波检测的超声仪有模拟式和数字式两大类，由于两类超声仪的工作原理和功能有所不同，因此，对两类仪器还有一些具体的规定：
1） 模拟式超声仪
（A）具有手动游标和自动整形两种测读功能。
模拟式超声仪接收信号为连续模拟量，由时域波形测读参数、对声时的测读有手动游标和自动整形两种方式。
自动整形声时读数功能一般仅适应于强信号、弱噪音。 当信噪比比较低时，应用手动游标测读，以免造成大误差关门延时和丢波现象。 （B）数字显示稳定，声时调节在20～30μs范围，连续1小时，数字变化不大于
±0.2μs。
现场检测时，连续工作时间在4小时以上，在工作期间，仪器性能必须保持一定的稳定性。模拟仪器数码显示的稳定性是保证现场准确测量的基础。
2） 数字式超声仪
（A）具有手动游标测读和自动测读方式。当自动测读时，在同一测读条件下，1小
时内每隔5分钟测读一次声时的差异应不大于±2个采样点；
数字式仪器以自动判读为主，在大测距或信噪比较低时，需要手动游标读数。
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手动或自动判读声时，在同一测试条件下，测读数据的重复性是恒量测试系统稳定性的指标，故应建立一定的检查声时测量重复性的方法，在重复测试中，判定首波起始点的样本偏差点数乘以采样间隔就是声时测读差异。
（B）波形显示幅度分辨率应不低于1/256，并且具有可显示、存储和输出打印数
字化波形的功能，波形最大存储长度不宜小于4Kbytes。
数字化超声仪波幅读数精度取决于数字信号采样的精度（A/D转换位数）以及屏幕波形幅度，在采样精度一定的条件下，加大屏幕幅度可提高波幅读数的精度，直接读取波幅电压值其读数精度应达mV级，并取小数点后有效位数两位。 实测波形的形态有助于对混凝土缺陷的判断，数字式超声仪应具有显示存储和打印数字化波形的功能。波形的最大存储长度由最大探测距离决定。 （C）自动测读条件下，在显示的波形上应有光标指示声时、波幅的位置。
这样做的目的是及时检查自动读数是否存在错误，如果存在偏差，则应重新测读或者改用手动游标测读。
（D）宜具有幅度谱分析功能（FFT功能）
声波信号的主频漂移程度是反映声波在混凝土中衰减程度的一个指标，也是判断混凝土质量优劣的一个指标。模拟式超声仪只能根据时域波形进行估算，精度较低，频域分析能较准确地反映声波信号的主频漂移程度，是数字式超声仪的一大优势，一般的数字式超声仪都具有幅度谱功能。
3.1.3声波仪的校验与维护
(1) 声波仪的校验
仪器的各项技术指标应在出厂前用专门仪器进行性能检测，购买仪器后，在使用期内应定期（一般为一年）送计量检定部门进行计量检定（或校验）。即使仪器在检定周期内，在日常检测中也应对仪器性能进行校验。 1) 仪器声时检测系统校验
用声波仪测定的空气声速与空气标准声速进行比较的方法来对声波仪的声时检测系统进行校验。 （A）试验步骤：
取常用的厚度振动式换能器一对，接于超声仪器上，将两个换能器的辐射面相互对准，以间距为50、100、150、200mm……依次放置在空气中，在保持首波幅度一致的条件下，读取各间距所对应的声时值t1、t2、t3、……tn。同时测量空气的温度Tk(读至0.5℃)。 测量时应注意下列事项：
1． 两换能器间距的测量误差应不大于±0.5%。 2． 换能器宜悬空相对位置（如图3所示）。若置于地板或桌面时，应在换能器
下面垫以海绵或泡沫塑料并保持两个换能器的轴线重合及辐射面相互平行；
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2 1 R 3 T 4
1-定滑轮 2-螺栓 3-刻度尺 4-支架 图3 换能器悬挂装置示意图 3． 测点数应不少于10个。 （B）空气声速测量值计算：
以测距l为纵坐标，以声时读数t为横坐标，绘制“时-矩”坐标图（如图4所示）,或用回归分析方法求出l与t之间的回归直线方程： L=a+bt (1)
式中，a,b----为待求的回归系数。
坐标图中直线AB的斜率“⊿l/⊿t”或回归直线方程的回归系数“b”即为空气声速的实测值vs（精确至0.1m/s）。
l(mm) l4 l3 l2 l1 B t1 t2 t3 t4
tμ(s)
图4 测空气声速的“时-距”图 (C) 空气声速的标准值应按下式计算：
A
vc331.410.00367Tk
（2）
式中，Vc---空气声速的标准值（m/s）；Tk---空气的温度（℃）。
(D) 空气声速实测值Vs与空气声速标准值Vc之间的相对误差e，应按下式计算：
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ervcvs/vc100%
(3)
通过（3）式计算的相对误差er应不大于±0.5%，否则仪器计时系统不正常。
2) 波幅校验
波幅检测准确性的校验方法较简单：
将屏幕显示的首波幅度调至一定高度，然后把仪器衰减系统的衰减量增加或减小6dB，此时屏幕波幅高度应降低一半或升高一倍。如果波幅高度变化不符，表示仪器衰减系统不正确或者波幅计量系统有误差，但要注意，在测试时，波幅变化过程中不能超屏。
（2）超声仪的维护与保养
1） 使用前务必了解仪器设备的使用特性，仔细阅读仪器使用说明书，需对整个仪器的
使用规定有全面的了解后再开机使用。
2） 注意使用环境，在潮湿、烈日、尘埃较多等不利环境中使用时应采取相应的保护措
施。
3） 仪器使用的电源电压要稳定，并尽可能避开干扰源（电焊机、电锯、电台及其他强
电磁场）。
4） 仪器发射插座有脉冲高压，接拨发射换能器时应将发射电压调至零伏或关机后进
行。
5） 仪器的环境温度不能太高，以免元件变质、老化、损坏，一般半导体元件及集成电
路组装的仪器，使用环境温度为-10℃～40℃。 6） 连续使用时间不宜过长。
7） 保持仪器清洁，以免短路，清理时可用压缩空气或干净的毛刷。
8） 仪器应存放在干燥、通风、阴凉的环境中保存，若长期不用，应定期开机驱潮。 9） 仪器发生故障时，应由专业技术人员维修或与生产厂家联系维修。
3.2 声波换能器
3.2.1 声波换能器的功能
用超声波检测混凝土，首先要解决的问题是如何产生超声波以及接收经混凝土传播后的超声波，然后进行测量。解决这类问题通常采用能量转换方法；首先将电能转化为超声波能量，向被测介质（混凝土）发射声波，当超声波经混凝土传播后，为了度量超声波的各声学参数，又将超声能量转化为最容易量测的量—电量，这种实现电能与声能相互转换的装置称为换能器。 换能器依据其能量转换方向的不同，又分为发射换能器和接收换能器。 发射换能器：实现电能向声能的转换； 接收换能器：实现声能向电能的转换。 发射换能器和接收换能器的基本构成是相同的，一般情况下，可以互换使用，但有的接
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收换能器为了增加测试系统的接收灵敏度而增设了前置放大器，这时，收、发换能器就不能互换使用。
3.2.2 换能器的主要技术指标
（1） 工作频率
换能器的工作频率，也就是发射换能器的谐振频率（压电体的自振频率）。它取决于压电体的材料特性和几何尺寸。 设压电体厚度为δ（mm），压电体声速为c（m/s），则压电体的自振频率f0(kHz)为
f0C 2如果用声波仪直接接收发射换能器发射的声波信号（未经其他介质调制），并对接收信号作频谱分析，则频谱图的主频值应接近发射换能器的谐振频率（理论上应相等）。 目前，用于结构混凝土检测的平面换能器的工作频率一般为20～500kHz，用于混凝土灌注桩跨孔检测的增压式径向换能器工作频率一般为20～40kHz，圆环式径向换能器的工作频率一般为20～60kHz。 如果频域分析是测试的重点，则对换能器频响特性的带宽有一定要求：换能器应有尽可能宽的频带范围，在频带范围内幅值基本不变，这样才能在发射脉冲穿过混凝土后明显地呈现各频率成分幅值的衰减状况。
α (m/s2) f0 图5
换能器的频响特性
f(KHz)
(2) 换能器的指向性
换能器的指向性是换能器的发射响应（电压响应或功率响应）或接收响应（声压灵敏度或功率灵敏度）的幅值随方位角的变化而变化的一种特性。通常，它在某个参考方向上有一个极大值，将这种指向性响应按其相对比值画成图，就可以得到指向性图。
发射换能器指向性形成的原因是发射换能器各部分所发射声波在自由场远场区中干涉叠加的结果，将辐射面上每一点看作点声源，点声源是没有指向性的球面波，所有这些子波相互叠加，在发射空间的远场便形成了指向性。
接收换能器指向性的形成是由于接收换能器处于声源的远场区，到达接收换能器表面上的声波产生的总声压是各子波干涉叠加结果，这一总声压随入射声线束入射角变化而变化。其开路输出电压也随入射声线束入射角变化而变化。
一般的换能器收、发构造相同，功能可以互易，可以证明在这种条件下，换能器的发射
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指向性图和接收指向性图是相同的。 1） 平面换能器的指向性
平面换能器（圆盘声场）的指向性，其指向角θ可表达为
202arcsin1.22
D （4）
θ0：圆盘声场的半扩散角 λ：声波波长
D：辐射面线度，对平面换能器，就是辐射面直径。 从式中可以看到：
λ越小，θ越小，指向性越好。 D越大，θ越小，指向性越好。
例如，在结构混凝土检测中，常用的平面换能器D4～5cm，λ=8cm，θ=100°，指向性差。
θ/2
图6
平面换能器的指向性
2） 径向换能器的指向性
3） 径向换能器的辐射声场在水平面上可以由如图7-(a)所示，以换能器为圆心的一系列
同心圆来表示，同心圆上各点的声压是相等的（根据对称性由亥姆霍斯积分可得），与方位角无关。因此径向换能器在水平方向无指向性。所以在灌注桩的声波透射法检测时，采用平测法（发、收换能器在同一水平面上）径向换能器是无指向性的。
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（a）
(b)
图7 径向换能器的指向性
dB 75 64 53 42 α 33 25 0°1 0°2 °40 °30 °50 °60 0°67 ° α°
（a） (b)
图8 径向换能器的垂直面指向性试验
（a）径向换能器布置图 （b）接收波幅度（dB）与倾角α的关系
径向换能器辐射声场在铅垂面上的剖面图如图7-(b)所示，它的辐射声场实际上是
剖面图7-(b)，以换能器纵轴为回转轴的一个回转体，其指向角同样与辐射面浅度（径向换能器有效工作长度）及声波波长有关。
在用声透法检测灌注桩完整性时，经过“平测”扫查后，对声参数异常点往往进一步采用斜测法或扇形扫测法进行加密检测来确定缺陷范围，此时，收、发换能器不在同一水平面上，这就涉及径向换能器在铅垂面上的指向性问题。
在实际检测时，发、收换能器之间存在耦合水、声测管、混凝土组成的多个异质界面，其间的声波传播规律是相当复杂的，因此径向换能器在铅垂面上的指向性是一个相当复杂的问题。
关于径向换能器在铅垂面上的指向性问题，我们作过如下试验，如图8所示，在一混凝土灌注桩内，发、收换能器分别置于两声测管中，现固定发射换能器在桩的中
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部（桩顶或桩底声波传播可能受边界影响）保持高程不变，接收换能器沿声测管在竖直方向上移动，发、收换能器中心连线与水平面的夹角为α，声波仪接收信号的幅值A 与α的关系如图8-(b)所示，从图中可以看到，径向换能器在铅垂面上存在明显的指向性：接收信号的幅度随α角的增大迅速减小。α=0（平测）时，接收波幅度（A0）最大，当α=60°时，接收波幅已很小。在实际检测时，为保证测试系统有足够的接收灵敏度，同时又能达到斜测的目的，α的取值一般为30°～ 40°。
3.2.3 换能器的技术要求
用于混凝土灌注桩的声波透射法检测的换能器应符合下列要求： （1）圆柱状径向振动：沿径向（水平方向）无指向性。
（2）径向换能器的谐振频率宜采用30～50kHz、有效工作面轴的长度不大于150mm。
当接收信号较弱时，宜选用带前置放大器的接收换能器。
应根据测距大小和被测介质（混凝土）质量的好坏来选择合适频率的换能器。低频声波衰减慢，在介质中传播距离远，但对缺陷的敏感性和分辨力低；高频声波衰减快，在介质中传播距离短，但对缺陷的敏感性和分辨力高。一般在保证具有一定接收信号幅度的前提下，尽量使用较高频率的换能器，以提高声波对小缺陷的敏感性。使用带前置放大器的接收换能器可提高测试系统的信噪比和接收灵敏度，此时可选用较高频率的换能器。
声波换能器有效工作面长度指起到换能作用的部分的实际轴向尺寸，该尺寸过大将夸大缺陷实际尺寸并影响测试结果。关于这个问题在后面将作专题讨论。
（3）换能器的实测主频与标称频率相差应不大于±10%，对用于水中的换能器，其水密性
应在1Mpa水压下不渗漏。
换能器的实测频率与标称频率应尽可能一致。实际频率差异过大易使信号鉴别和数据对比造成混乱。
混凝土灌注桩的检测一般用水作为换能器与介质的耦合剂。一般桩长不大于90米，在1Mpa压力下不渗漏，就是保证换能器在90米深的水下能正常工作。 3.2.4 换能器的使用与维护
（1） 换能器的耦合
耦合的目的是使尽可能多的声波能量进入被测介质中。
混凝土灌注桩的声波检测一般采用水作为换能器与混凝土的耦合剂，应保证声测管中不含悬浮物（如泥浆、砂等），悬浮液中的固体颗粒对超声波有较强的散射衰减，影响声幅的测试结果。 （2） 换能器的选配
在混凝土检测中，应根据结构的尺寸及检测目的来选择换能器。由于目前主要使用纵波检测，所以只介绍纵波换能器的选配。 1） 换能器种类选择
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纵波换能器有平面换能器、径向换能器。平面换能器用于一般结构、试件的表面对测和平测，是必备的换能器。径向换能器（增压式、园环式、一发双收换能器）则用在需钻孔检测或灌注桩声测管中检测等场合以及水下检测。 2）换能器频率选择
由于超声波在混凝土中衰减较大，为了有一定的传播距离，混凝土超声检测都使用低频率超声波，通常在200kHz以下。在此频率范围内，到底采用何种频率取决于以下两个因素：
1． 结构（或试件）尺寸
结构尺寸不同，应选择不同的超声频率。这里所谓的尺寸包括穿透距离和横截面尺寸。被测体测距越大，超声波衰减也越大，接收波振幅越小。为保证正常测读，必须使接收波有一定的幅度，因此，对于大的测距只能使用更低频率的超声波甚至声波。目前，探测十多米以上的大型结构通常使用20kHz或以下频率的换能器。当测距较短时，为使接收信号前沿陡峭，起点分辨率精确以及对内部缺陷与裂缝有较高分辨率，则尽量使用较高的频率。 被测体的横截面尺寸主要是考虑超声波传播的边界条件。通常所说的超声波声速均指超声波在半无限大的介质中的速度。若横截面小到某种程度，超声波声速将有明显的频散（几何频散），所测得的声速（表观声速）将降低。通常认为，横断面最小尺寸应大于超声波波长的2倍以上。因此，在测试小截面尺寸的结构或试件时，应用较高频率。但也有人认为，在试件测试中，频率也不宜太高。因为虽然较高频率波长短，满足半无限大的边界条件，但由于被测体由各种颗粒组成，若波长与颗粒尺寸相比较太小，则被测体呈明显的非均质性。不利于用声学参数来反映被测体总体的性能，因此也不宜用过高的频率。根据实际使用情况，对于一般的正常混凝土，换能器频率选择可参见表1 。
换能器频率选择 选用换能器频率（kHz） 100～200 50～100 50 30～50 20 表1 10 20 20 30 50 测距（cm） 10～20 20～100 100～300 300～500 >500
最小横截尺寸（cm） 2．被测混凝土对超声波衰减情况
上述根据被测体尺寸来选择超声波频率指的是对一般混凝土而言。对于某些特殊场合，例如，被测混凝土质量差，强度低，当用所选用频率测试时接收信号很微弱，则须降低使用频率，以期获得足够幅度，被测混凝土处于早龄期，甚至尚未完全硬化，超声波衰减很大，则只能使用更低的频率甚至使用可闻声波
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的频率。
（3） 换能器的维护与保养
1） 目前使用的换能器大多用压电陶瓷作为压电体，因此换能器在使用时必须保证温度
低于相应压电陶瓷的居里点。
部分压电陶瓷换能器的使用温度 表2
压电体名称 钛酸钡 锆钛酸铅 酒石酸钾钠 石英 使用温度 <70℃ <250℃ <40℃ <550℃ 2) 换能器内压电陶瓷易碎，粘结处易脱落，切忌敲击，现场使用时应避免摔打或践踏，
不用时可用套筒防护保存。
3）普通换能器不防水，不能在水中使用，水下径向换能器虽有防水层，但联结处常因
扰动而损坏，使用中应注意联结处的水密性。
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4 现场检测
4.1声测管的埋设及要求
声测管是声波透射法测桩时,径向换能器的通道,其埋设数量决定了检测剖面的个数(检测剖面数为Cn2，n为声测管数)，同时也决定了检测精度：声测管埋设数量多，则两两组合形成的检测剖面越多，声波对桩身混凝土的有效检测范围更大、更细致，但需消耗更多的人力、物力，增加成本；减小声测管数量虽然可以缩减成本，但同时也减小了声波对桩身混凝土的有效检测范围，降低了检测精度和可靠性。
声测管之间应保持平行，否则对测试结果造成很大影响，甚至导致检测方法失效：声测管两两组合形成的每一个检测剖面。沿桩长方向具有许多个测点（测点间距不大于250mm），我们以桩顶面两声测管之间内边缘的距离作为该剖面所有测点的测距，在两声测管相互平行的条件下，这样处理是可行的。但两声测管不平行时，在实测过程中，检测人员往往把因测距的变化导致的声学参数的变化误认为是混凝土质量差别所致，而声参数对测距的变化都很敏感。这必将给检测数据的分析、结果的判定带来严重影响。虽然在有些情况下，可对斜管测距进行修正，作为一种补救办法。但当声测管严重弯折翘曲时，往往无法对测距进行合理的修正。导致检测方法失效。
因此声测管的埋设质量（平行度）直接影响检测结果的可靠性和检测试验的成败。 《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）对声测管的埋设要求作了具体规定。 4.1.1声测管埋设数量及布置
声测管的埋设数量由桩径大小决定，如图9所示：
北
沿直径布置 D≤800mm
呈四方形布置 D>2000mm
呈三角形布置 800mm 注：图中阴影为声波的有效检测范围 第 19 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 在检测时沿箭头所指方向开始将声测管沿顺时针方向编号。 检测剖面编组分别为： 1-2； 1-2，1-3，2-3； 1-2，1-3，1-4，2-3，2-4，3-4． 这样编号的目的一方面使检测过程可以再现；混凝土灌注桩声波透射法是一种无损检测方法，当现场检测完成后，回来处理数据时，如果对检测数据有疑问或对结果存在争议时可对受检桩进行复检。采用上述方式对声测管进行编排，使各个剖面在复检时不至混淆。 另一方面，当桩身存在缺陷时，便于有关方根据检测报告对缺陷方位作出准确定位，为验证试验或桩身补强指明方向。由于声波在介质中传播时，能量随传播距离的增加呈指数规律衰减，所以两声管组成的单个剖面的有效检测范围占桩横截面的比例将随桩径的增大而变小。 由于两根声测管只能组成一个检测剖面，其有效检测范围相当有限，但测距短（D≤800mm），声波衰减小，有效检测面积占桩横截面积的比率有一定，所以D≤800mm时规定埋两根声测管。三根声测管可组成三个检测剖面，其有效检测范围覆盖钢筋笼内的绝大部分桩身横截面。其声测管的利用率是最高的。因此，《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）把预埋三根管的桩径范围放得很宽。这样处理，符合检测工作既细致又经济的双重要求。 对于桩径大于2米得特大型桩，考虑到测距得进一步加大所导致检测精度的降低，所以增至四根声测管。 4.1.2声测管管材、规格、连接 对声测管的材料有以下几个方面的要求： 1）有足够的强度和刚度，保证在混凝土灌注过程中不会变形、破损，在声测管外壁与混凝土粘结良好，不产生剥离缝，影响测试结果。 2）有较大的透声率：一方面保证发射换能器的声波能量尽可能多地进入被测混凝土中，另一方面，又可使经混凝土传播后的声波能量尽可能多地被接收换能器接收，提高测试精度。 ① ② 在发射换能器与接收换能器之间存在四个异质界面，水——>声测管管壁——>混凝土 ③ ④ ——>声测管管壁——>水，异质界面声能量透过系数，可按下式计算： 4Z1Z2 i2Z1Z2 （5） i为某异质界面的声能透过系数，Z1、Z2为两侧介质的声阻抗率（Zc)。44个界面声能总透过系数为i i1 （6） 当Z1Z2时，声能量透过系数为1（最大），所以当声测管材料声阻抗介于水和混凝土 第 20 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 之间时，声能量的总透过系数较大。 目前常用的管子有钢管、钢质波纹管、塑料管3种。 钢管的优点是便于安装，可用电焊焊在钢筋骨架上，可代替部分钢筋截面，而且由于钢管刚度较大，埋置后可基本上保持其平行度和平直度，目前许多大直径灌注桩均采用钢管作为声测管，但钢管的价格较贵。 钢质波纹管是一种较好的声测管，它具有管壁薄、钢材省和抗渗、耐压、强度高、柔性好等特点，通常用于预应力结构中的后张预留孔道，用作声测管时，可直接绑扎在钢筋骨架上，接头处可用大一号波纹管套接。由于波纹管很轻，因而操作十分方便，但安装时需注意保持其轴线的平直。 塑料管的声阻抗率较低，用作声测管具有较大的透声率，通常可用于较小的灌注桩，在大型灌注桩中使用时应慎重，因为大直径桩需灌注大量混凝土，水泥的水化热不易发散。鉴于塑料的热膨胀系数与混凝土的相差悬殊，混凝土凝固后塑料管因温度下降而产生径向和纵向收缩，有可能使之与混凝土局部脱开而造成空气或水的夹缝，在声通路上又增加了更多反射强烈的界面，容易造成误判。 声测管内径大，换能器移动顺畅，但管材消耗大；内径小，则换能器移动时可能会遇到障碍，但管材消耗小。因此，声测管内径通常比径向换能器的直径大10~20毫米即可。 普通的增压式换能器直径为30毫米左右，可采用2英寸管钢管，其外径为60mm，内径为53毫米，近几年出现的圆环式径向换能器尺寸比普通的增压式换能器小了很多，可采用1.5英寸甚至更小的声测管。 选配直径较小的径向换能器可减小声测管的直径，节约检测成本。 声测管的壁厚对透声率的影响较小，一般不作限制，但从节约成本的角度出发，管壁在保证一定刚度（承受新浇混凝土的侧压力）的前提下，尽可能薄一点。 4.1.3声测管的连接与埋没 用作声测管的管材一般都不长（钢管为6米长一根）当受检桩较长时，需把管材一段一段地联结，接口必须满足下列要求： 有足够的强度和刚度，保证声测管不致因受力而弯折、脱开； 有足够的水密性，在较高的静水压力下，不漏浆； 接口内壁保持平整通畅，不应有焊渣、毛刺等凸出物，以免妨碍接头的上、下移动。 通常有两种联结方式： 焊接 套1 螺纹 螺纹套筒 套筒 声测管 声测管 （a）螺纹联结 （b）套筒联结 第 21 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 图10 声测管的联结 声测管一般用焊接或绑扎的方式固定在钢筋笼内侧，在成孔后，灌注混凝土之前随钢筋笼一起放置于桩孔中，声测管应一直埋到桩底，声测管底部应密封，如果受检桩不是通长配筋，则在无钢筋笼处的声测管间应设加强箍，以保证声测管的平行度。 安装完毕后，声测管的上端应用螺纹盖或木塞封口，以免落入异物，阻塞管道。 Ⅰ 1 2 3 4 Ⅰ Ⅱ 2 1 4 3 5 3 Ⅰ—Ⅰ (a) (b) 图11 声测管的安装方法 1.钢筋； 2.声测管； 3.套接管； 4.箍筋； 5.密封胶布 声测管的连接和埋设质量是保证现场检测工作顺利进行的关键，也是决定检测数据的可靠性以及试验成败的关键环节，应引起高度重视。 4.1.4声测管的其他用途 1）替代一部分主钢筋截面。 2）当桩身存在明显缺陷或桩底持力层软弱达不到设计要求时，声测管可以作为桩身压浆补强或桩底持力层压浆加固的工程事故处理通道。 第 22 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 4.2现场检测 4.2.1测试系统的延时 用声波法检测灌注桩，测试系统的延时包含了仪器系统的延时和换能器耦合延时两部分，可分别采用下列方法标定和计算： 将发、收换能器平行悬于清水中，逐次改变两换能器的间距，并测定相应声时，和两换能器间距，做若干点的声时-间距线性回归曲线，就可求得t0。 t = t0 + b*l 式中， b：回归直线斜率 l：发、收换能器辐射面内边缘间距 t：仪器各次测读的声时 t0：时间轴上得截距（μs），即仪器系统的延时。 t (μs) t6 t5 t4 t3 t2 t1 t0 图12 径向换能器t0标定的时-距法回归直线 对于径向换能器来说，上述方法标定出的零读数只是超声仪和换能器的延迟，没有包括声波在耦合介质（例如水）及声测管壁中的传播延迟时间（水层和声测管壁的延迟都发生两次）。在耦合介质（水）中的延迟传播时间tw： l1 l2 l3 l4 l5 l6 l (mm) twd1d2 Vw （7） 式中， d1——声测孔直径（钻孔中测量）或声测管内径（声测管中测量） d2——径向换能器外径 第 23 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 Vw——耦合介质的声速，通常以水作耦合介质Vw = 1480m/s。 tp d3d1 Vp （8） 式中， d3——声测管外径 d1——声测管内径 Vw——耦合介质的声速，通常以钢管作声测管Vp = 5940m/s。PV管，Vp = 2350m/s。 在使用径向换能器进行测量时，还应加上这些时间才是总的零读数值： 使用径向换能器在孔（管）中进行测量时，总的零读数t0a为： 在钻孔中： t0a = t0 + tw （9） 在声测管中： t0a = t0 + tw + tp （10） t0a测得后，从仪器测读声时中扣除就是声波在被测介质（混凝土）中的传播时间。 测试系统的延时与声波仪、换能器、信号线均有关系。 在更换上述设备和配件时，都应对系统延时重新标定。 4.2.2检测前的准备工作 （1） 按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）3.2.1的要求，安排检测工作程序。 (2) 按照《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）3.2.2的要求，调查、收集待检工程 及受检桩的相关技术资料和施工记录。比如桩的类型、尺寸、标高、施工工艺、地质状况、设计参数、桩身混凝土参数、施工过程及异常情况记录等信息。 （3） 检查测试系统的工作状况，必要时（更换换能器、电缆线）应按4.2.1所述“时-距” 法对测试系统的延时t0重新标定，并根据声测管的尺寸和材质计算偶合声时tw，声测管壁声时tp。 （4） 将伸出桩顶的声测管切割到同一标高（高出桩顶100mm以上），测量管口标高，作为 计算各测点高程的基准。 （5） 向管内注入清水，封口待检。 （6） 在放置换能器前，先用直径与换能器略同的圆钢作吊绳。检查声测管的通畅情况，以 免换能器卡住后取不上来或换能器电缆被拉断，造成损失。有时，对局部漏浆或焊渣造成的阻塞可用钢筋导通。 （7） 用钢卷尺测量桩顶面各声测管之间外壁净距离，作为相应的两声测管组成的检测剖面 各测点测距，测试误差小于1%。 （8） 测试时径向换能器宜配置扶正器，尤其是声测管内径明显大于换能器直径时，换能器 的居中情况对首波波幅的检测值有明显影响。扶正器就是用1~2mm厚的橡皮剪成一齿轮形，套在换能器上，齿轮的外径略小于声测管内径。扶正器既保证换能器在管中能居中，又保护换能器在上下提升中不致与管壁碰撞，损坏换能器。软的橡皮齿又不 第 24 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 会阻碍换能器通过管中某些狭窄部位。 4.2.3检测前对混凝土龄期的要求 原则上，桩身混凝土满28d龄期后进行声波透射法检测是最合理的，也是最可靠的。但是，为了加快工程建设进度、缩短工期，当采用声波透射法检测桩身缺陷和判定其完整性等级时，可适当将检测时间提前。特别是针对施工过程中出现异常情况的桩，可以尽早发现问题，及时补救，赢得宝贵时间。 这种将检测时间适当提前的做法基于以下两个原因： 一方面，声波透射法是一种非破损检测方法，声波对混凝土的作用力非常小，即使混凝土没有达到龄期，也不会因检测导致桩身混凝土结构的破坏。 另一方面，在声波透射法检测桩身完整性时，没有涉及混凝土强度问题，对各种声参数的判别采用的是相对比较法，混凝土的早期强度和满龄期后的强度有一定的相关性，而混凝土内因各种原因导致的内部缺陷一般不会因时间的增长而明显改善。因此，原则上只要求混凝土硬化并达到一定强度即可进行检测。《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）中规定：“当采用低应变法或声波透射法检测桩身完整性时，受检桩混凝土强度至少达到设计强度的70%，且不小于15MPa。”，混凝土达到28d强度的70%一般需要14d。 4.2.4检测步骤 现场的检测过程一般分两个步骤进行，首先是采用平测法对全桩各个检测剖面进行普查，找出声学参数异常的测点。然后，对声学参数异常的测点采用加密测试、斜测或扇形扫测等细测方法，这样一方面可以验证普查结果，另一方面可以进一步确定异常部位的范围，为桩身完整性类别的判定提供可靠依靠。 （1） 平测普查 平测普查可以按照下列步骤进行： 1） 将多根声测管以两根为一个检测剖面进行全组合（共有C2n个检测剖面，n为声测管 数），并按4.1.1进行剖面编码。 2） 将发、收换能器分别置于某一剖面的两声测管中，并放至桩的底部，保持相同标高。 3） 自下而上将发、收换能器以相同的步长（一般不宜大于250mm）向上提升。每提升 一次，进行一次测试，实时显示和记录测点的声波信号的时程曲线，读取声时、首波幅值和周期值，宜同时显示频谱曲线和主频值。重点是声时和波幅，同时也要注意实测波形的变化。 4） 在同一桩的各检测剖面的检测过程中，声波发射电压和仪器设置参数应保持不变。 由于声波波幅和主频的变化，对声波发射电压和仪器信号参数很敏感，而目前的声波透射法测桩，对声参数的处理多采用相对比较法，为使声参数具有可比性，仪器性能参数应保持不变。 第 25 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 T T R R 图13 平测普查 （2） 对可疑测点的细测（加密平测、斜测、扇形扫测） 通过对平测普查的数据分析，可以根据声时、波幅和主频等声学参数相对变化及实测波形的形态，找出可疑测点。 对可疑测点，先进行加密平测（换能器提升步长为10~20cm），核实可疑点的异常情况，并确定异常部位的纵向范围。再用斜测法对异常点缺陷的严重情况进行进一步的探测.斜测就是让发、收换能器保持一定的高程差，在声测管内以相同步长同步升降进行测试，而不是象平测那样让发、收换能器在检测过程中始终保持相同的高程。 由于径向换能器在铅垂面上存在指向性，因此，斜测时，发、收换能器中心连线与水平面的夹角不能太大，一般可取30°～40°。 R R T T (a)斜测 图14 (b)交叉斜测 斜测细查 R 1）局部缺陷：如图15-a所示，在对测中发现某测线测值异常（图中用实线表示），进行斜测，在多条斜测线中，如果仅有一条测线（实线）测值异常，其余皆正常，则可以判断这只是一个局部的缺陷，位置就在两条实线的交点处。 第 26 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 a)局部缺陷 b) 缩颈或声测管附着泥团 c)层状缺陷（断桩） d)扇形扫描测量 图15 灌注桩的斜交叉测量 2）缩颈或声测管附着泥团：如图15-b所示，在对测中发现某（些）测线测值异常（实线），进行斜测。如果斜测线中、通过异常对测点发收处的测线测值异常，而穿过两声测管连线中间部位的测线测值正常，则可判断桩中心部位是正常混凝土，缺陷应出现在桩的边缘，声测管附近，有可能是缩颈或声测管附着泥团。当某根声测管陷入包围时，由它构成的两个测试面在该高程处都会出现异常测值。 3）层状缺陷（断桩）：如图15-c所示，在对测中发现某（些）测线值异常（实线），进行斜测。如果斜测线中除通过异常对测点发收处的测线测值异常外，所有穿过两声测管连线中间部位的测线测值均异常，则可判定该声测管间缺陷连成一片。如果三个测试面均在此高程处出现这样情况，如果不是在桩的底部，测值又低下严重，则可判定是整个断面的缺陷，如夹泥层或疏松层，既断桩。 说到整个桩断面的缺陷，这里有个例外的情况需要注意。如果上述情况出现在桩的底部，则往往是桩底沉渣所造成。但在判断沉渣高度时，有时会遇到这样的情况：孔底沉渣如果有一定厚度，当混凝土从浇注管冲出时，有可能将沉渣挤向四周，形成锅底形状，如图16所示。由于声测管被分布于孔边沿的沉渣所包裹，在这些高程上对测时也会出现3个测试面测试数据异常低下的情况，由于在桩的底部，斜测布点数量有限，在判断沉渣厚度上，如果遇到这种情况，有可能将沉渣厚度判为图16中的h，需要注意。 斜测有两面斜测和一面斜测。最好进行两面斜测，以便相互印证，特别是像图15-b那种缩颈或包裹声测管的缺陷，两面斜测可以避免误判。 第 27 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 图16 桩底沉渣情况 4） 扇形扫查测量：在桩顶或桩底斜测范围受限制时，也可用扇形扫测来辅助，为减少换能器升降次数，作为一种辅助手段，也可扇形扫描测量，如图15-d所示。一只换能器固定某高程不动，另一只换能器逐点移动，测线呈扇形。要注意的是，扇形测量中测距是各不相同的，虽然波速可以计算，相互比较，但振幅测值却没有相互可比性，只能根据相邻测点测值的突变来发现测线是否遇到缺陷。 测试中还要注意声测管接头的影响。当换能器正好位于接头处，有时接头会使声学参数测值明显降低，特别是振幅测值。其原因是接头处存在空气夹层，强烈反射声波能量。遇到这种情况，判断的方法是：将换能器移开10cm，测值立刻正常，反差极大，往往属于这种情况。另外，通过斜测也可作出判断。 5） 对桩身缺陷在桩横截面上的分布状况的推断。 对单一检测剖面的平测、斜测结果进行分析，我们只能得出缺陷在该检测剖面上得投影范围，桩身缺陷在空间的分布是一个不规则得几何体，要进一步确定缺陷的范围（在桩身横截面上的分布范围），则应综合分析各个检测剖面在同一高程或邻近高程上的测点的测试结果，如图17所示，一灌注桩桩身存在缺陷，在三个检测剖面的同一高程上通过细测（加密平测和斜测），确定了该桩身缺陷在三个检测剖面上的投影范围，综合分析桩身缺陷的三个剖面投影可大致推断桩身缺陷在桩横截面上的分布范围。 近几年发展起来的灌注桩声波层析成像（CT）技术是检测灌注桩桩身缺陷在桩内的空间分布状况的一种新方法。 第 28 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 图17 桩身缺陷在桩横截面上的分布及在各检测剖面上的投影 第 29 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 5检测数据分析与结果判定 5.1测试数据的整理 灌注桩的声波透射法检测分析和处理的主要声学参数是声速、波幅、主频，必要时观察和记录波形，目前大量使用的数字式超声仪有很强的数据处理、分析功能，几乎所有的数学运算都是由计算机来完成的。作为一个合格的现场检测工程师了解这些数据整理的方法有助于对桩身缺陷的正确判别和桩身完整性的正确判定。 5.1.1声学参数的计算和波形记录 （1）波速 首先计算各测点波速： tcitit0t' l' Vi tci （11） (12 ) 式中， tci—第i测点声时（s)ti—第i测点声时测试值（s)t0—测试系统延时（s)t—几何因素声时修正值（s)l'—每个检测剖面相应两声测管外壁间净距离（mm)Vi—第i测点声速（km/s)（2）波幅 这里说的波幅是测点首波幅值，它有两种表示方式。一种是用分贝（dB）数表示，即用测点实测首波幅值与某一基准幅值比较得出的分贝数；另一种是直接以示波屏上首波高度表示，单位是毫米（或示波屏刻度格数）。 目前大量使用的数字式超声仪采用的是第一种方式： a （13） Api20lgi a0式中， ' 第 30 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 Api—第i测点波幅值（dB)ai—第i测点信号首波峰值（V)a0—基准幅值，也就是0分贝对应的幅值（V)波幅的数值与测试系统（仪器、换能器、电缆线）的性能、状态、设置参数、声耦合状况、测距、测线倾角相关，只有在上述条件均相同的条件下，测点波幅的差异才能真实地反映被测混凝土质量差异导致的声波能量衰减的差异。 （3）频率 这里说的频率是指测点声波接收信号的主频，计算接收信号的主频通常有两种方法： 1） 周期法： 直接取测试信号的前一、两个周期，用周期与频率的倒数关系进行计算： 1000 （14） fiTi式中， fi—第i测点信号的主频值（KHz)Ti—第i测点信号的周期（s) 2） 频域分析法 数字式超声仪一般都配有频谱分析软件，可启动软件直接对测试信号进行频域分析，获得信号的主频值。由于用于混凝土检测的声波都是复频值，因而，使用频谱分析计算信号主频比周期法更精确。 （4）波形记录与观察 实测波形的形态能综合反映发、收换能器之间声波能量在混凝土中各种传播路径上的总的衰减状况，应记录有代表性的混凝土质量正常的测点的波形曲线，和异常测点的波形曲线，可作为对桩身缺陷的辅助判断。 5.1.2绘制声参数~深度曲线 根据上节中各个测点声参数的计算值和测点标高，绘制声速~深度曲线、声幅~深度曲线、主频~深度曲线，将三条曲线对应起来进行异常测点的判断更直观，便于综合分析。 5.2数据分析与判断 5.2.1波速判据 波速是分析桩身质量的一个重要参数，在《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）中对波速的分析、判断有两种方法：概率法、声速低限值法。 （1）概率法 1） 概率法的基本原理 第 31 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 正常情况下，由随机误差引起的混凝土的质量波动是符合正态分布的，这可以从混凝土试件抗压强度的试验结果得到证实，由于混凝土质量（强度）与声学参数存在相关性，可大致认为正常混凝土的声学参数的波动也服从正态分布规律。 混凝土构件在施工过程中，可能因外界环境恶劣及人为因素导致各种缺陷，这种缺陷由过失误差引起，缺陷处的混凝土质量将偏离正态分布，与其对应的声学参数也同样会偏离正态分布。 2） 混凝土质量随机波动与正态分布 由于混凝土质量的随机波动不可避免，其质量波动符合正态分布，那么，反映正常混凝土质量的指标如强度（或声速）是服从正态分布的随机变量。对于一个质量正常的混凝土构件（例如桩），我们对其n个测点进行声速测试，得到n个测试值，那么以n个声速测试值的平均值为坐标原点，声速测试值为横坐标，各个声速测试值出现的频度为纵坐标，则可得到图18所示的正态分布图。 P vi vm 图18 正态分布图 （A）从正态分布图上可以看到： 平均值出现的频度最高，越偏离平均值，出现频度越小，V轴为曲线的渐 近线。 整个曲线与V轴所包围的面积为1，某一测值Vi与V轴、曲线三者所包 围的面积表示小于Vi的测值出现的概率。 曲线左、右对称，即大于平均值的概率和小于平均值的概率各占50%。 （B）描述正态分布的特征量： 平均值：n个测试值的算术平均值，即VmVi1nin。 (15) 标准差：SVi1niVm2n1 (16) 变异系数： S Vm (17) 第 32 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 一个正态分布随机变量的平均值Vm和标准差S确定了，其正态分布曲线也就确定了，标准差反映了随机变量的离散程度。标准差越大，变量越离散，正态分布曲线越平缓。 如果作适当的数学变换，就可以把正态分布转化为标准正态分布： VV （18） iim s又称为分位点，其含义为：某个测试值与平均值之差是标准差的多少倍。 如果Vi服从正态分布，则i服从标准正态分布。其分布函数为： （x)x12ex22dx （19） 其中的x就是分位值λ，如图19所示。 P λ λi λi 0 λ 图19 3）判别随机变量异常的临界值的确定原则和方法 确定随机变量临界值，也就是确定区分随机波动与过失误差的一个判断标准，凡低于这个标准的取值就认为偏离了正态分布规律，是异常值。 其方法是：根据抽样测试结果，确定抽样母体的正常随机波动、离散水平，再按正常波动水平推算一个点或相邻点在正常波动情况下可能出现的最低值，这个值就是临界值。因为若低于这个值，则说明这样的低值不可能是由正常波动引起的，而是过失误差导致的，那么这样的低值就是异常值。 临界值的确定分两种情况：单个测点临界值和相邻测点的临界值。 （A）单个测点临界值Vc 质量正常的混凝土声速的测试值应符合正态分布，如图18，图中的阴影面积表示低于Vi的测值出现的概率P。 如果对一混凝土构件进行了n个测点的测试，得到n个声速测试值 Vi(i1,...,n)，那么在概率分布图上P1对应的测值Vc0就是这一组n个测 n 第 33 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 试值在混凝土质量正常随机波动下可能出现的最低值，如果在n个测值中出现了低于Vc0的测值，则这个值偏离了正态分布，也就是说它偏离了混凝土质量的正常波动，是过失误差所致，因而是质量异常点。在实际应用时，按下列步骤进行： 先计算n个测试值的平均值Vm和标准差S. 查标准正态分布表，求出P 1对应的分位值λ1。此时， n1VmVc0S （20） 所以 Vc0Vm1S （B）相邻测点临界值Vc3 混凝土构件的内部缺陷往往有一定尺寸，在测试过程中如果按一定间距逐点测试，不但可能测到单个异常值，还可能测得与其相邻的异常点。 B1 A1 C1 图20 B2 A2 C2 孔中测试时的相邻测点 如果某测点A的测值小于某一临界值V0的概率为P，对于混凝土灌注桩的声波测试，如图20所示，与A相邻的B,C点至少有一个与A一样出现异常（测值小于V0）的概率为2P2。这种情况在正常波动条件下不可能出现，即n个测试值不应该出现1例。 对应的界限概率为 21 n 因此2p1，pn1 2n （21） 相应的声速临界值为Vc2Vm3S 第 34 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 31 显然Vc2Vc0 即相邻点的临界值判据更严。凡单测点测值小于Vc0或两相邻测点测值均小于 Vc2，都可以人为测点测值异常。 在《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）中只给出了单测点的临界值判据。 灌注桩的混凝土质量的离散性显然高于上部结构混凝土，加上声测管平行度的影响，因此灌注桩混凝土声参数（声速）离散性较大，采用相邻点的临界值判据可能过严。 4）灌注桩的声波检测时，声速临界值的计算方法 （A）将同一检测面各测点的声速值Vi由大到小依次排序，即 V1V2...Vi...Vnk...Vn1Vn （22） 式中， V1—按序排列后的第i个声速测量值； n—检测剖面测点数； k—逐一去掉式（21）vi序列尾部最小数值的数据个数。（B）对逐一去掉Vi序列中最小值后余下的数据进行统计计算，当去掉最小数值的 数据个数为k时，对包括Vnk在内的余下数据V1~Vnk按下列公式进行统计计算： v0vmsx 1nkVmvi nki1 （23） （24） nk1vivm2 sxnk1i1 （25） 式中， 第 35 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 V0—异常判断值；vm—(nk)个数据的平均值； sx—（nk）个数据的标准差； —由表3查得得与（nk）相对应得系数。统计数据个数（n-k）与对应的λ值 n-k λ n-k λ n-k λ n-k λ n-k λ n-k λ 20 1.64 40 1.96 60 2.13 80 2.24 100 2.33 150 2.47 22 1.69 42 1.98 62 2.14 82 2.25 105 2.34 160 2.50 24 1.73 44 2.00 64 2.15 84 2.26 110 2.36 170 2.52 26 1.77 46 2.02 66 2.17 86 2.27 115 2.38 180 2.54 28 1.80 48 2.04 68 2.18 88 2.28 120 2.39 190 2.56 30 1.83 50 2.05 70 2.19 90 2.29 125 2.41 200 2.58 32 1.86 52 2.07 72 2.20 92 2.29 130 2.42 220 2.61 34 1.89 54 2.09 74 2.21 94 2.30 135 2.43 240 2.64 表3 36 1.91 56 2.10 76 2.22 96 2.31 140 2.45 260 2.67 38 1.94 58 2.11 78 2.23 98 2.32 145 2.46 280 2.69 (C) 将Vnk与异常判断值V0进行比较，当VnkV0时，Vnk及其以后的数据均为异 常，去掉Vnk及其以后的异常数据；再用数据V1~Vnk1并重复式(23)至（25）的计算步骤，直到Vi序列中余下的全部数据满足： ViV0 （26） 此时，V0为声速的异常判断临界值Vc。 （D）声速异常时的临界值判据为： ViVc （27） 当式（27）成立时，声速可判定为异常。 6）采用概率法判据应注意的几个问题 （A） 以一个剖面的所有测点测值为统计样本，且测点总数不少于20个点，当桩 长很短时，可减小测点间距，加大测试点数。 第 36 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 （B） 由于临界值的计算是以正常混凝土的声速分布服从正态分布为前提，统计计 算正常波动下可能出现的最低值。因此参与统计的测点都是正常波动测点， 异常点不应该参与统计计算Vm和S，否则，将使计算统计的离散度增大（S 变大），降低临界值，造成漏判。 （C） 若桩身缺陷太多，不能获得反映桩身混凝土正常波动下测值的平均值、标准 差时，应扩大检测范围或参考同一工程质量较稳定的桩的测试值，来评定多缺陷桩。 （D） 采用概率法计算桩身混凝土声速临界值，只考虑了单边情况，即“小值异常” 情况，其原因如下：一方面环境条件恶劣或人为失误造成的过失误差一般只会引起混凝土质量的恶化，即声速降低，而使测点的声速向小值方向偏离正态分布；另一方面，即使出现“大值异常”，这样的偏离是有利于工程结构安全的,不应判为异常点。 （E） 概率法本质上也是一种相对比较法，在进行异常点的鉴别和缺陷的判定时， 应结合测点的实际声速与正常值的偏离程度以及其他声参数进行综合判定。 （F） 概率法存在的问题： 统计计算有无缺陷的临界值时，完全按照低测值点可能出现的概率来计 算，没有考虑误判概率和漏判概率。 概率法的基本前提是桩身混凝土的声速服从正态分布，严格地说混凝土 强度服从正态分布，其声速不一定服从正态分布，虽然强度与声速具有相关性，但这种相关性多为幂函数型，是非线性的。 当有声速“大值异常”时（这种情况可能很少出现），“异常大值”向大 值方向偏离正态分布，但在声速临界值的计算时没有剔除，它会对临界值的计算造成影响（使临界值变大）而造成误判。 影响桩身混凝土质量的因素，比上部结构混凝土复杂得多，与标养试件相比更是相去甚远，因此，对于用概率法临界值判断出来的可疑测点，还应结合其他声参数指标和判据，来综合判定可疑测点是否就是桩身缺陷。 （2）声速低限值法 概率法本质上说是一种相对比较法，它考察的只是某测点声速与所有测点声速平均值的偏离程度，在使用时，没有与声速的绝对值相联系，可能会导致误判或漏判。 如果一混凝土灌注桩实测声速普遍偏低（低于混凝土声速的正常取值），但离散度 小，采用概率法是无法找到异常测点的，这样将导致漏判。 有的工程，为了抢进度，采用比桩身混凝土设计强度高1~2个等级的混凝土进行灌 注，虽然桩身混凝土声速有较大的离散性，可能出现异常测点，但即使是声速最低的测点也在混凝土声速的正常取值范围，不应判为桩身缺陷。而用概率法判据，可能视其为桩身缺陷，造成误判。鉴于上述原因，在《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）中增加了低限异常判据： 第 37 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 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： 式中， Vi—第i测点声速（km/s)； ViVL （28） VL—声速低限值（km/s），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。 当式(28)成立时，可直接判定为声速低于低限值异常。 使用低限值异常判据应注意：当桩身混凝土龄期未够，提前检测时，应注意低限值的合理取值。应该在混凝土达到龄期后，对各类完整性等级的桩抽取若干根进行复检，考察声速随龄期增长的情况，否则低限值判据没有实际意义。 5.2.2 PSD判据（斜率法判据） （1）PSD判据的基本原理 根据桩身某一检测剖面各测点的实测声时ts，及测点高程H(mm)，可得到一个以t为因变量，H为自变量的函数。 tfH （29） 当该桩身完好时，fH应是连续可导函数，即H0时，t0。 当该剖面桩身存在缺陷时，在缺陷与正常混凝土的分界面处，声介质性质发生突变，声时t也发生突变，当H0时，t0，即fH在此处不可导。因此函数fH不可导点就是缺陷界面位置。在实际检测时，测点有一定间距，H不可能趋于零，而且由于缺陷表面凸凹不平，以及孔洞等缺陷是由于声波绕行导致声时变化的，所以fH的实测曲线在缺陷界面只表现为斜率的变化。 不能明显反映缺陷的大小（声时差），fH~H图上各测点的斜率只能反映缺陷的有无， 因而用声时差对斜率加权。 （2）PSD法判据 PSDKt tt Kcici1 zizi1 （30） （31） （32） ttcitci1 式中 第 38 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 tci—第i测点声时（s)； tci1—第i1测点声时（s)； zi—第i测点深度（m)；zi1—第i1测点深度（m).根据PSD值在某深度处的突变，结合波幅变化情况，进行异常点判定。采用PSD法突出了声时的变化，对缺陷较敏感，同时，也减小了因声测管不平行造成的测试误差对数据分析判断的影响。 200 400 600 10 20 30 40 50 60 H（m） 缺陷边缘处t=f(H)不可导。 t（μs） 图21 PSD法原理 采用PSD法应注意的是当桩身缺陷为缓变型时，声时值也呈缓变，PSD判据并不敏感。 在实际应用时，可先假定缺陷的性质（如夹层、空洞、蜂窝）和尺寸，来计算临界状态的PSD值，作为临界值判据，但必须对缺陷区的声波波速作假定。 5.2.3波幅判据 接收波首波波幅是判定混凝土灌注桩桩身缺陷的另一个重要参数，首波波幅对缺陷的反应比声速更敏感，但波幅的测试值受仪器设备、测距、耦合状态等许多非缺陷因素的影响，因而其测值没有声速稳定。 如果说桩身质量正常的混凝土声速的波动与正态分布规律有一定的偏差，但大致符合的话，那么桩身混凝土声波波幅与正态分布的偏离可能更远，采用基于正态分布规律的概率法来计算波幅临界值可能更缺乏可靠理论依据。 在《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）中采用下列方法确定波幅临界值判据： n1 （33） AmApi ni1 ApiAm6 （34） 式中， 第 39 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 Am—波幅平均值（dB);n—检测面测点数。 当式（34）成立时，波幅可判定为异常。 这是沿用JGJ/T93-95的处理方法，由于桩内测试时波幅本身波动很大，采用波幅平均值的一般作为临界值判据可能过严，造成误判。 CECS21:2000采用的是与声速一样的统计方法来确定波幅的临界值，由于桩中波幅的标准差很大，这种波动并非全是混凝土质量的波动所致，因此这种方法计算的临界值偏小，可能导致漏判。 在实际应用中，应注意将异常点波幅与混凝土的其他声参量综合起来分析判断。 5.2.4主频判据 声波接收信号的主频漂移程度反映了声波在桩身混凝土中传播时的衰减程度，而这种衰减程度又能体现混凝土质量的优劣。声波接收信号的主频漂移越大，该测点的混凝土质量就越差。接收信号的主频与波幅有一些类似，也受诸如测试系统状态、耦合状况、间距等许多非缺陷因素的影响，其波动特征与正态分布也存在偏差，测试值没有声速稳定，对缺陷的敏感性不及波幅，在实测中用得较小。 在《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）中只是把它作为桩身缺陷的一个辅助判据，即“主频－深度曲线上主频值明显降低的测点可判定为异常”。 在CECS21:2000中也采用与声速类似的基于正态分布的概率法计算主频临界值，这样处理与波幅存在类似的问题。 在一般的工程检测中，主频判据用得不多，只作为声速、波幅等主要声参数判据之外得一个辅助判据。 5.2.5实测声波波形 实测波形可以作为判断桩身混凝土缺陷的一个参考，前面讨论的声速和波幅只与接收波的首波有关，接收波的后续部分是发、收换能器之间各种路径声波迭加的结果，目前作定量分析比较难，但后续波的强弱在一定程度上反映了发、收换能器之间声波在桩身混凝土内各种声传播路径上总的能量衰减。在检测过程中应注意对测点实测波形的观察，应选择混凝土质量正常的测点的有代表性的波形记录下来并打印输出，对声参数异常的测点的实测波形应注意观察其后续波的强弱，对确认桩身缺陷的测点宜记录并打印实测波形。 5.3桩身混凝土缺陷的综合判定 5.3.1综合判定的必要性 在灌注桩的声波透射法检测中，如何利用所检测的混凝土声参数去发现桩身混凝土缺陷、评价桩身混凝土质量从而判定桩的完整性类别是我们检测的最终目的，同时又是声学检 第 40 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 测中的一个难题。其原因一方面是因为混凝土作为一种多种材料的集结体，声波在其中的传播过程是一个相当复杂的物理过程；另一方面，混凝土灌注桩的施工工艺复杂、难度大，混凝土的硬化环境和条件以及影响混凝土质量的其它各种因素远比上部结构复杂和难以预见，因此桩身混凝土质量的离散性和不确定性明显高于上部结构混凝土。另外，从测试角度看，在桩内进行声测时，各测点的测距及声耦合状况的不确定性也高于上部结构混凝土的声学测试，因此一般情况下桩的声测测量误差高于上部结构混凝土。 在前一节中我们讨论了用于判断桩身混凝土缺陷的多个声学参数——声速、PSD判据、波幅、主频、实测波形，它们各有特点，但均有不足，在实际应用时，既不能唯“声速论”，也不能不分主次将各种判据同等对待。声速与混凝土的弹性性质相关，波幅与混凝土的粘塑性相关，采用以声速、波幅判据为主的综合判定性对全面反映混凝土这种粘弹塑性材料的质量是合理的、科学的处理方法。 在《建筑基桩检测技术规范》（106—2002）中第10.4.7条明确指出：桩身完整性类别应结合桩身混凝土各声学参数临界值、PSD判据、混凝土声速低限值以及桩身质量可疑点加密测试后确定的缺陷范围，按规范表3.5.1的规定和表10.4.7的特征进行综合判定。 5.3.2综合判定的方法 相对于其它判据来说声速的测试值是最稳定的、可靠性也最高，而且测试值是有明确物理意义的量，与混凝土强度有一定的相关性，是进行综合判定的主要参数，波幅的测试值是一个相对比较量，本身没有明确的物理意义，其测试值受许多非缺陷因素的影响，测试值没有声速稳定，但它对桩身混凝土缺陷很敏感，是进行综合判定的另一重要参数。 综合分析往往贯彻于检测过程的始终，因为检测过程中本身就包含了综合分析的内容（例如对平测普查结果进行综合分析找出异常测点进行细测），而不是说在现场检测完成后才进行综合分析。 现场检测与综合分析可按以下步骤： （1） 采用对测法对桩的各检测剖面进行全面普查。 （2） 对各检测剖面的测试结果进行综合分析确定异常测点。 1） 采用概率法确定各检测剖面的声速临界值。 2） 如果某一检测剖面的声速临界值与其它剖面或同一工程的其它桩的临界 值相差较大，则应分析原因，如果是因为该剖面的缺陷点很多声速离散太大则应参考其它桩的临界值，如果是因声测管的倾斜所至，则应进行管距修正，再重新计算声速临界值。如果声速的离散性不大，但临界值明显偏低，则应参考声速低限值判据。 3） 对低于临界值的测点或PSD判据中的可疑测点，如果其波幅值也明显偏 低，则这样的测点可确定为异常点。 （3） 对各剖面的异常测点进行细测 1） 采用加密对测和交叉斜测等方法验证对测普查对异常点的判断并确定桩 身缺陷在该剖面的范围和投影边界。 2） 细测的主要目的是确定缺陷的边界，在加密对测和交叉斜测时，在缺陷 第 41 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 的边界处，波幅较为敏感，会发生突变；声速和接收波形也会发生变化，应注意综合运用这些指标。 （4） 综合各个检测剖面细测的结果推断桩身缺陷的范围和程度。 1） 缺陷范围的推断 考察各剖面是否存在同一高程的缺陷。 如果不存在同一高程的缺陷，则该缺陷在桩身横截面 的分布范围较小，该缺陷的纵向尺寸将由缺陷在该剖面的投影的纵向尺寸确定。 如果存在同一高程的缺陷，则依据该缺陷在各个检测剖面的投影大致推断该缺陷的纵向尺寸和在桩身横截面上的位置和范围。 对桩身缺陷几何范围的推断是判定桩身完整性类别的一个重要依据，也是声波透射法检测混凝土灌注桩完整性的一大优势。 2） 缺陷程度的推断 对缺陷程度的推断主要依据以下四个方面： 缺陷处实测声速与正常混凝土声速（或平均声速）的偏离程度。 缺陷处实测波幅与同一剖面内正常混凝土波幅（或平均波幅）的偏离程度。 缺陷处的实测波形与正常混凝土测点处实测波形相比的畸变程度。 缺陷处PSD判据的突变程度。 （5） 在对缺陷的几何范围和程度作出推断后，对桩身完整性类别的判定可按表4 描述的各种类别桩的特征进行，但还需综合考察下列因素：桩的承载机理（摩擦型或端承型），桩的设计荷载要求，受荷状况（抗压、抗拔、抗水平力等），基础类型（单桩承台或群桩承台），缺陷出现的部位（桩上部、中部还是桩底）。 类别 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 桩身完整性判定 特征 表4 各检测剖面的声学参数均无异常，无声速低于低限值异常。 某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常，无声速低于低限值异常。 某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现异常； 两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现异常； 局部混凝土声速出现低于低限值异常。 Ⅳ 某一检测剖面连续多个测点的声学参数出现明显异常； 两个或两个以上检测剖面在同一深度测点的声学参数出现明显异常； 桩身混凝土声速出现普遍低于低限值异常或无法检测首波或声波接收信号严重畸变。 （6）对表4需要作如下补充说明： 1） Ⅰ类桩的特征显得过于严格，由于桩身混凝土的离散性明显大于上部结构混 凝土，波幅的测试受很多非缺陷因素影响，极不稳定。因此，对实际检测 第 42 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 的数据，采用概率法确定声速判据来评判声速是否异常，采用平均衰减之半为判据评判波幅是否异常，不可能不出现异常测点，因此，如果严格按照该表进行评判，工程上很难有Ⅰ类桩。实际上，对于对表4描述的Ⅱ类桩，如果异常测点处声学参数与声参数的正常取值偏差不大，则可以判为Ⅰ类桩。 2） Ⅳ类桩的特征中“无法检测首波或声波接收信号严重畸变”必须是在测试系 统正常工作的前题下，因为测试系统不能正常工作时，即使混凝土质量正常，同样会出现“无法检测首波或声波接收信号严重畸变”的现象。 5.3.3混凝土灌注桩的常见缺陷性质与声学系数的关系 灌注桩可能产生各种类型的缺陷。所有缺陷虽然都会引起声学参数的异常变化，但不同类型的缺陷使声学参数变化的特征有所不同。目前的研究尚难以根据声学参数的变化明确定出缺陷的性质，但可以总结出某些规律： 1） 沉渣：沉渣是松散介质，其本身声速很低（2000m/s以下），对声波的衰减 也相当剧烈，所以凡遇到沉渣，必然是声速和振幅均剧烈下降。通常在桩底出现这种情况多属沉渣所引起。 2） 泥砂与水泥浆的混合物：这类缺陷多由浇注导管提升不当造成，若在桩身 就是断桩；若在桩顶就是桩顶标高不够。其特点也是声速和振幅均明显下降。只不过出现在桩身时往往是突变，在桩顶是缓变。若桩顶缓变低到某一界限（可根据波速值确定这一界限），其以上部位应截桩，根据应截桩的标高可判定桩顶标高是否够。 3） 若是挖孔桩出现各断面均测值异常的层状缺陷则往往是施工中的事故引起 的疏松层或桩孔中下部排水不净或混凝土浇注后出水，稀释混凝土所致。 4） 孔壁坍塌或泥团：既然是泥团，声速与振幅均下降，但下降多少则视缺陷 情况而定。如果是局部的泥团，并未包裹声测管，则下降的程度并不很大；如果泥团包裹声测管，则下降程度较大，特别是振幅的下降更为剧烈。一根声测管被泥团包裹将影响两个测试面。通过斜测可以分辨这些情况。 当确定为包裹声测管的泥团，可根据泥团处两声测管间的声时、正常混凝土处的声时，并假定泥团的声速（2000m/s左右），大致估算在两声测管间泥团的尺寸。 5） 混凝土离析：灌注桩容易发生混凝土离析，造成桩身某处粗骨料大量堆积， 而相邻部位浆多骨料少的情况。粗骨料多的地方，由于粗骨料多，而粗骨料本身波速高，往往形成这些部位声速值并不低，有时反而有所提高。但由于粗骨料多，声学界面多，对声波的反射、散射加剧，接收信号削弱，于是振幅下降。至于粗骨料少而砂浆多的地方则正好相反：由于该处砂浆多，粗骨料少，测得的波速下降（纯粹的砂浆一般波速在（4000m/s以下）但振幅测值不但不下降，有时还会高于附近测值。这显然是由于粗骨料少，则声波被反射、散射少的缘故。应采用波速和振幅两个参数进行综合的分 第 43 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 析判断。 气泡密集的混凝土：在灌注桩上部桩身有时因为混凝土浇注管提升过快有大量空气封在混凝土内。虽不一定造成孔洞，但可能形成大量气泡分布在混凝土内，使混凝土质量有所降低。这种混凝土内的分散气泡不会使波速明显降低，但却使声波能量明显衰减（散射），接收波能量明显下降，这是这类缺陷的特征 。 6） 5.3.4桩身混凝土均匀性的评价 对桩身各高程的实测声速进行数理统计（桩身各高程波速取同一高程检测剖面测点波速的平均值），可以得到桩身混凝土声速的平均值vm，标准差s，离散系数Cv Cs v （35） vm由于混凝土声速与强度存在相关性，因此，声速的离散性大小可以在一定程度上定性地反映混凝土强度的离散性大小，但是声速与强度的相关性为非线性，这种相关性在桩身混凝土中受许多因素干扰（配合比、硬化环境等）没有上部结构混凝土稳定，因此，桩身混凝土声速的离差系数与强度的离差系数在数值上存在很大差别。且声速的数理统计值（vm，s）与测距也有关系，因此波速的数理统计值（s，Cv）只能作为同类型灌注桩的比较混凝土质量均匀性的一个相对指标。 对桩身混凝土质量均匀性的评价应依据《混凝土强度检验评定标准》（GBJ107—87）的有关规定进行：结构物混凝土总质量水平，可根据统计周期内混凝土强度标准差和试件强度不低于要求强度等级的百分率两项指标来划分。 5.4声测管的斜管测距修正 5.4.1斜管问题 在灌注桩的声波检测中，各测点声速不是直接测试量，它是根据仪器0实测各测点声波在混凝土中的传播时间t和桩顶声测管外壁间距lo，由下式计算而得： vi loti （36） 第 44 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 而各测点实际声速为 Cli iti （37） 因此 vilo Cili （38） 式中： lo——桩顶面两声测管外壁间距。 vi——测点i按lo计算的声速 li——测点i的实际测距(检测时无法知道) Ci——测点i按实际测距li计算的声速 ti——测点i处桩身混凝土声时 当两声测管保持较好的平行度时，lilo viCi 即：按桩顶面两声测管外壁间距lo和各测点实测声时计算的声速与各测点的实际波速相同。 但在实际施工中，声测管之间很难保持绝对的平行，如果安装时操作不当或声测管连接、固定不好，可能会造成声测管严重倾斜、弯折、翘曲，使同一剖面内各测点的测距发生很大的差异，导致按式（36）推算的声速与测点的实际声速有很大差别，甚至使检测试验失败（实测数据无法分析）。 因此声测管的连接、固定、埋设质量是决定声波检测试验成败的一个关键环节。 5.4.2对斜管测距的修正 （1）管距修正原理 从式（38）vloC可知 iili对某一检测剖面的声速——深度曲线（v(z)）、各测点混凝土质量（实际声速Ci）和实际测距li与lo的比值都将影响声速~深度曲线的形态（loli即是声测管的倾斜度）。 而桩身混凝土质量（Ci）是波动的，各测点测距也是变化的，只有一个方程，要确定 第 45 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 两个未知量（Ci，li），在理论上似乎不可能。但是测点测距对曲线v(z)的影响和桩身混凝土质量（Ci）对曲线v(z)的影响是有差别的。如果我们将推算声速v、桩身混凝土实际声速C、两声测管在同一高程的间距l均定义为深度z的函数，则式（38）可改写为： l （39） v(z)oC(z)l(z)两边求导可得：dv(z)lodC(z)loC(z)dl(z) dzl(z)dzl2(z)dz （40） 在大多数情况下，由于声测管本身有一定的刚度，声测管即使发生倾斜，也仍能保持为一连续光滑曲线（或者是按段光滑曲线），在光滑段内相邻测点的测距是渐变的，即l(z)在光滑段内是可导函数的，测距l(z)对曲线v(z)的影响是渐变的，有一定趋势，而混凝土质量（C(z)）对v(z)曲线形态的影响往往是突变的，在平均值上、下波动，没有一定趋势，这是因为在桩身缺陷边缘，真实声速C(z)不是连续变化的，而是突变的，即此时dC(z)不 dz存在，因而 dv(z)也不存在，即对应v(z)曲线上的不可导点。v(z)曲线上的不可导点也可 dz能因声测管弯折引起，此时对照相应测点的波幅是否发生突变就可以将两种情况区分开来。 总之，声测管倾斜影响曲线的总体趋势，是一个渐变（或者按段渐变）的过程，同一趋势影响的深度范围较大，属系统误差。桩身混凝土质量的波动（C(z)的变化）对曲线v(z)的影响是突变的，在平均值附近上下波动的，同一趋势影响的深度范围小，属偶然误差。而桩身缺陷对曲线V(Z) 的影响是剧烈的，一般情况下明显偏离曲线的整体趋势，也属偶然误差。 第 46 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 V(Z) 正常声测管 的正常波动 混凝土声速斜管 曲线整体变化 斜管引起的声速桩身缺陷 线起桩剧的身变声缺速陷曲引 Z 斜管修正原理示意图 图22 （2）管距修正的方法 1）在声速~深度曲线上，以曲线的转折点为分界点将V(Z)曲线划分为若干段（或者按曲线的大体趋势来划分）： 2）对每一段V(Z)曲线，用一高价曲线f(Z)与V(Z)曲线拟合，得到一条与实测V(Z) 曲线的总体趋势和形态基本吻合的曲线方程。 3）以桩顶处混凝土声速为基础（此处管距L0是真实的），对各测点声速进行修正。 式中， L(Z)V0L0 f(Z) （41） （42） V'(Z)L(Z) tZ第 47 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 L(Z)—修正后的深度为Z的测点测距；f(Z)——V(Z)的高阶拟合曲线； VO——桩顶混凝土实测声速； L0——桩顶测距； V'(z)——经测距修正后的测点声速； tz——测点的实测声时。 4）绘制经过测距修正后的声速~深度曲线V'(z)。 （3）管距修正存在的问题。 1）V(Z)曲线变化规律复杂，很难由一条高阶曲线来拟合，而是以曲线转折点为分界点， 按段拟合。工作量较大，人为误差也大。 2）当桩身存在较多缺陷时，很难修正。 3）桩身存在渐变型缺陷时，它对V(Z)曲线的影响也是缓变的，大范围的，影响V(Z)曲线的总体趋势，属系统误差，此时很难区分这个区域V(Z)的总体变化是管距变化引起还是桩身渐变型缺陷引起。 5.5对桩身缺陷纵向尺寸检测精度的影响因素 换能器在声测管中以一定的步长向上提升，换能器的辐射体在纵向有一定的长度，这些因素都会影响到缺陷纵向尺寸的检测。下面就来讨论这个问题： 桩身 声测管 换能器 d2 L3 d1 L2 缺陷 L1 图23 桩身缺陷纵向尺寸检测精度分析示意图 某桩桩身存在纵向尺寸（长度）为L2的缺陷，换能器的辐射体的纵向尺寸为L1，换能 第 48 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 器在自下而上（提升步长为Δ）的提升过程中第一次检测到缺陷时，换能器辐射体的顶面与缺陷下边 缘的距离为d1，显然d1∈[0,Δ] 换能器最后一次检测到缺陷时换能器辐射体的底面与缺陷顶面距离为d2，同样d2∈[0,Δ] ，由换能器所检测推断的缺陷纵向尺寸为L3，因此， L3L2d1d2L1L1L2d1d2， 由于d1∈[0,Δ] ,d2∈[0,Δ] 所以Max[L3] = L1+L2 Min[L3]=(L1+L2)–2Δ 缺陷被夸大的情况（考虑极端情况，即L3取最大值）此时 缺陷检测长度为 L3=L1 +L2， 相对误差： L3L2100L1100 **L2100L2100 (43) (44) (45) (46) 缺陷被低估的情况（L3取最小值） 缺陷检测长度 L3=L1+L2–2Δ， 相对误差：L3L2100L12100 L2*100L2*100 (47) 因此，径向换能器辐射体的纵向尺寸L1，检测步长Δ将影响缺陷纵向尺寸的检测精度。 当然，对缺陷的定位也同样存在误差，缺陷下边缘相差d1∈[0,Δ],上边缘相差(L1–L2)∈ [L1–Δ，L1]。 所以，在保证一定的辐射能量的条件下，换能器工作长度越小，测点间距Δ越小，对缺陷纵向尺寸的检测精度就越高。 第 49 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 6检测报告 《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）对检测报告作了如下要求。 首先是基本规定中的第3.5.5条 3.5.5检测报告应包括以下内容： 1. 委托方名称，工程名称、地点，建设、勘察、设计、监理和施工单位，基础、结构型式，层数，设计要求，检测目的，检测依据，检测数量，检测日期； 2. 地质条件描述； 3. 受检桩的桩号、桩位和相关施工记录； 4. 检测方法，检测仪器设备，检测过程叙述； 5. 受检桩的检测数据，实测与计算分析曲线、表格和汇总结果； 6. 与检测内容相应的检测结论。 3.5.5条第5款的受检桩的检测数据，在声波法中应为异常测点数据，否则报告所附数据量太大，没有这个必要。 《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2002）第十章的10.4.8条针对声波透射法又作了一些具体要求。 10.4.8检测报告除应包括规范第3.5.5条内容外，还应包括： 1. 声测管布置图； 2. 受检桩每个检测剖面声速—深度曲线、波幅—深度曲线，并将相应判距临界值所对应的 标志线绘制于同一个坐标系； 3. 采用主频值或PSD值进行辅助分析判定时，绘制主频—深度曲线或PSD曲线； 4. 缺陷分布图示。 其中第1款应包含检测剖面的编号， 第四款缺陷分布图可参照5.3.2节中对缺陷几何尺寸的推断结果，画出桩身缺陷在高程上和桩身横截面上的大致位置，分布草图。这需要超声仪生产厂家对测桩数据处理软件作改进。有条件时，检测报告可附上正常测点有代表性的实测波形和桩身缺陷处的实测波形。 第 50 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 7声波透射法检测混凝土灌注桩工程实例分析 7.1概述 本节给出了五个工程实例，对应《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106—2002）表10.4.7中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 类桩的特征分别举了一个工程实例，对于Ⅳ类桩给出了两个工程实例。 在各个工程实例中，对桩身缺陷的几何分布是依据对异常区域细测（加密测试和交叉斜测）后作出的大致推断，可能与实际情况有偏差：桩身缺陷在桩身的纵向分布范围可依据加密对测或交叉斜测的临界测线（缺陷边缘的测线）比较准确地确定；但桩身缺陷在桩横截面上的分布是依据缺陷在各检测剖面上的投影的横向尺寸去粗略推断的，其可靠性比缺陷纵向范围的推断要低得多。 7.2工程实例及分析 7.2.1工程实例1 工程名称 广东南海某高层建筑 桩号（#） 149 桩径（m） 1.40 桩顶标高（m） 0 桩底标高（m） -20.8 混凝土设计强度 C30 检测时混凝土龄期（d） 36 第 51 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 1—2剖面声速（v）、波幅（A）曲线 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 正常测点实测波形 正常测点实测波形 -10.0m 45.0kHz 36.4kHz 4.36km/s 第 52 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 2—3剖面声速（v）、波幅（A）曲线 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -15.0m 45.0kHz 36.64kHz 4.40km/s 正常测点实测波形 第 53 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 1—3剖面声速（v）、波幅（A）曲线 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 正常测点实测波形 综合分析与评价： 1） 该桩三个检测剖面V(Z)、A(Z)曲线各测点测值离散性不大，可用概率法进行声速临界值 的计算，用概率法计算声速、波幅临界值后无异常点出现。 2） 各测点声速平均值4.57Km/s，最小值4.31Km/s均在混凝土声速的正常取值范围内。 3） 实测波形首波陡峭，后续波波幅大。 4） 实测波形主频为35~37kHz（换能器主频为45kHz），主频漂移量不大，且该漂移量较稳 定。 综合以上特征，该桩桩身完整性等级判定为Ⅰ类。 -20.0m 46.0kHz 35.5kHz 4.45km/s 第 54 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 7.2.2工程实例2 工程名称 桩号（#） 157 广州市某商住楼工程 桩径（m） 1.40 桩顶标高（m） 0 桩底标高（m） -17.5 混凝土设计强度 C30 检测时混凝土龄期（d） 35 1—2剖面声速（v）、波幅（A）曲线 第 55 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 2—3剖面声速（v）、波幅（A）曲线 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 正常测点实测波形 异常测点实测波形 -10.0m 45.0kHz 36.8kHz 4.02km/s 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -6.0m 45.0kHz 33.4kHz 3.78km/s 第 56 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 1—3剖面声速（v）、波幅（A）曲线 图24 实例2声测管布置及桩身缺陷在桩中的分布图 综合分析与评价： 1) 三个剖面声速测值离散性不大，可使用概率法的临界值判据。 1—2剖面声速、波幅测值基本正常。 2—3剖面在5.5~6.5米处声速、波幅测值异常，声速的最小值为3.78Km/s，比混凝土声速的正常取值略低，波幅减小幅度不大。 1—3剖面声速测值基本正常，在4.5米处波幅略小。 2) 三个剖面的实测声速平均值在4.0~4.1Km/s之间，属混凝土声速的正常取值。 3) 对异常测点加密测试后推断定的缺陷大致范围如图24所示，三个剖面无同一高程缺 陷。 第 57 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 4) 与正常测点相比，异常测点的实测波形波幅下降，主频漂移量增加，但漂移量增加不 大，后续波有较大幅度，波形畸变不明显，表明桩身缺陷在横截面上的分布范围有限。 5) 综合以上分析，该桩桩身完整性等级判定为Ⅱ类。 该桩经钻芯检测发现在5.5~6.5米一孔芯样完整，另一孔芯样存在大、小不一的气孔。 7.2.3工程实例3 工程名称 某商住楼工程 桩号（#） 116 桩径（m） 1.20 桩顶标高（m） 0 桩底标高（m） -25.7 混凝土设计强度 C25 检测时混凝土龄期（d） 35 1—2剖面声速（v）、波幅（A）曲线 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 正常测点实测波形 正常测点实测波形 第 58 页 共 71 页 -5.0m 45.0kHz 38.0kHz 3.9km/s 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -10.0m 45.0kHz 39.0kHz 4.05km/s 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 第 59 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 2—3剖面声速（v）、波幅（A）曲线 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 正常测点实测波形 异常测点实测波形 -8.0m 45.0kHz 37.0kHz 3.8km/s 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -16.5m 45.0kHz 21.4kHz 3.4km/s 第 60 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 1—3剖面声速（v）、波幅（A）曲线 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 正常测点实测波形 异常测点实测波形 -12.0m 45.0kHz 38.8kHz 3.8km/s 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -21.0m 45.0kHz 28.6kHz 3.5km/s 第 61 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 图25 实例3声测管布置及桩身缺陷在桩中的分布图 综合分析与评价： 1) 三个检测剖面测试数据离散性不大，可采用概率法判据。 1~2剖面声速和波幅测试值正常； 2~3剖面在16~17.5米处声速明显偏离混凝土声速的正常取值，波幅偏小，21~22米处声速偏低，波幅偏离不大； 1~3剖面在16~17米处声速明显偏小，波幅偏小21~23米处声速偏小波幅变化不大。 2) 2~3，1~3两剖面的平均声速分别为3.75 Km/s和3.8 Km/s略低于混凝土声速的正常取 值。 3) 2~3，1~3两剖面异常测点处，实测波形首波幅值明显下降，但后续波仍有一定幅度。 4) 对异常测点加密测试后的桩身缺陷分布图如图25 示，。1~3，2~3两剖面在16~17米， 21~22米存在同一高程缺陷。 5) 综合以上分析，该桩桩身完整性等级判定为Ⅲ类。 第 62 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 7.2.4工程实例4 工程名称 某工厂办公楼 桩号（#） R1-66 桩径（m） 1.40 桩顶标高（m） 0 桩底标高（m） -27.8 混凝土设计强度 检测时混凝土龄期（d） C25 40 1—2剖面声速（v）、波幅（A）曲线 第 63 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 2—3剖面声速（v）、波幅（A）曲线 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -9.0m 45.0kHz 41.7kHz 4.21km/s 正常测点实测波形 异常测点实测波形 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -26.5m 45.0kHz 16.0kHz 2.82km/s 第 64 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 1—3剖面声速（v）、波幅（A）曲线 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 正常测点实测波形 异常测点实测波形 -20.0m 45.0kHz 37.4kHz 4.05km/s 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -27.0m 45.0kHz 25.7kHz 3.0km/s 第 65 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 图26 实例4声测管布置及桩身缺陷在桩中的分布图 综合分析与评价： 1) 1—2剖面在10米、16米处声速明显偏低，波幅偏小。 2—3剖面在4米、6.5米、10米、12米、14米、23米等多处声速测值明显偏低，波幅明显减小。 1—3剖面在6.5米、14米声速测值偏低，波幅偏小。 三各剖面在26~27.8米范围内声速、波幅均明显异常（声速最小值不足3.0Km/s）。由于桩身存在多个缺陷，概率法临界值无实际意义，以低限值判据为主。 2) 三个剖面异常测点的实测波形与正常测点相比波幅明显下降，主频大幅度漂移，后续波 幅度也明显降低。 3) 缺陷在桩身的分布如图26所示，由于桩身存在多个缺陷，因此图中只画出明显缺陷和 严重缺陷的分布特性，三个剖面在26~27.8米存在同一高程缺陷。 4) 根据上述分析，该桩桩身完整性等级判定为Ⅳ类。 该桩在声测完成后，经钻芯法验证桩身混凝土多处胶结差，桩底以上两米范围内混凝土无粗骨料，水泥砂浆松散，无法获取芯样。 第 66 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 7.2.5工程实例5 工程名称 某公路桥工程 桩号（#） 2-2 桩径（m） 1.20 桩顶标高（m） 0 桩底标高（m） -44 混凝土设计强度 C25 检测时混凝土龄期（d） 28 1—2剖面声速（v）、波幅（A）曲线 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -6.0m 45.0kHz 33.2kHz 4.1km/s 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -26.0m 45.0kHz 14.8kHz 2.8km/s 正常测点实测波形 异常测点实测波形 第 67 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 2—3剖面声速（v）、波幅（A）曲线 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -10.0m 45.0kHz 32.3kHz 3.9km/s 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -34.0m 45.0kHz 12.7kHz 2.5km/s 正常测点实测波形 异常测点实测波形 第 68 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 1—3剖面声速（v）、波幅（A）曲线 -5.0m 45.0kHz 34.2kHz 3.85km/s 测点标高 换能器主频 波形主频 测点波速 -30.0m 45.0kHz 5.0kHz 2.78km/s 第 69 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 正常测点实测波形 异常测点实测波形 图27 实例5声测管布置及桩身缺陷在桩中的分布图 综合分析与评价： 1) 三个剖面的测试结果比较吻合。由于声速、波幅的离散性太大，用概率法判据无实际意 义，以低限值判据为主。 0~13.5米范围内三个剖面声速（3.9 Km/s~4.1Km/s），波幅测值基本正常，14~15米范围内三个剖面声速测值明显减小（2.8 Km/s~3.4 Km/s），波幅下降。经加密测试后发现该处缺陷在桩身横截面分布范围较大，为一层状缺陷。 2) 23米~桩底三个剖面声波接收信号严重畸变，主频漂移量剧增，首波很难分辨，许多测 第 70 页 共 71 页 《建筑基桩检测技术规范》培训讲义——超声波法 点无法接收正常的声波信号。 3) 桩身缺陷分布图见图27。 4) 综合上述分析，该桩桩身完整性等级判为Ⅳ类。 参考文献： 本讲义的主要内容摘自即将由中国建筑工业出版社出版的《桩基工程检测技术研究》一书。 第 71 页 共 71 页 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容