声波检测技术在桩基完整性检测中的应用.doc

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1、声波检测技术在桩基完整性检测中的应用张立平一.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．桩内跨孔声波透射法　　首先在桩内预埋两根或两根以上的声测管，将发射、接收换能器分别置于两个声测管中（如图1-1所示）。检测时声波由发射换能器发出穿过两声测管间混凝土后被接收换能器接收，实际有效的声测范围为声波脉冲从发射换能器到接收换能器所覆盖的面积。根据两换能器高程的变化又可分为平测、斜测、扇形扫测等方式。图1-1　　另外当采用钻芯法检测大直径灌注桩桩身完整

2、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声波透射法检测。2．桩内单孔折射波法　　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，我们需要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，这时可以采用单孔检测法（如图1-2）。此时，换能器置于一个孔中，换能器间用隔声材料（或采用专用的一发双收换能器）。声波从发射换能器发出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，再经耦合水到达两个接收换能器上，从而测出声波沿孔壁混凝土传播的各

3、项声学参数。图1-2　　单孔折射波法检测时，由于声传播路径较跨孔法复杂得多，须采用信号分析技术，当孔道中有钢质或其它套管时，不能采用此种方法。　　单孔测试时，有效检测范围一般认为是一个波长左右（8～10cm）3．桩外跨孔声波透射法　　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道作为检测通道，由于声波在土中衰减很快，因此桩外孔应尽量靠近桩身。检测时在桩顶面放置一发射功率较大的发射换能器，接收换能器桩外孔中自上而下慢慢放下，声波沿桩身混凝土向下传播，并穿过桩与混凝土之间的土层，通过孔中耦合水进入接收换能

4、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1-3所示）。这种方法受仪器发射功率的限制，可测桩长十分有限，且只能判断夹层、断桩、缩径等缺陷，另外灌注桩桩身剖面结合形状不规则，给测试和分析带来困难。图1-3　　以上三种方法中，桩内跨孔超声波透射法是一种较为成熟可靠的方法，是声波透射法检测灌注桩混凝土质量的最主要的方法，另外两种方式在检测过程的实施、数据分析上均存在不少困难，检测方法的实用性及检测数据的可靠性均较低。   基于上述原因，《规范》将声波透射法的适用范围规

5、定为适用于已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。三.混凝土声学参数与检测　　结构混凝土在施工过程中常因各种原因产生缺陷，尤其是混凝土灌注桩，由于施工难度大、工艺复杂、隐蔽性强，混凝土硬化环境及成型条件复杂，更易产生空洞、裂隙、夹杂物、局部疏松、缩径等各种桩身缺陷，对建筑物的安全和耐久性构成严重威胁。　　声波透射法是检测混凝土灌注桩桩身内部缺陷评价其完整性的一种有效方法，当声波经混凝土传播后，它将携带有关混凝土材料性质、内部结构特征等有关信息，准确测定声波经混凝土传播后的各种声学参数的量值

6、及变化，就可以推断混凝土的性能、内部结构完整性与组成等情况。　　目前，超声法检测灌注桩质量的方法已列入许多检测规范中。　　作为全国性的规范有：　　①建设部行业标准《建筑基桩检测技术规程》JGJ106-2003　　②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》CECS21：2000　　③交通部行业标准《公路工程基桩动测技术规程》JTG/TF81-01—2004　　在混凝土质量检测中常用声速、波幅、频率声学参数以及波形。1．声学参数与混凝土质量的关系　　声波在混凝土中传播速度是混凝土声学检测中的一个重要参数。混凝土的声速

7、与混凝土的弹性性质有关，与混凝土内部结构（是否存在缺陷及缺陷程度）有关。这是利用声速进行混凝土测强和测缺的理论依据1.1．接收声波波速与混凝土质量的关系　　声波在混凝土中传播的波速反映了混凝土的弹性性质，而混凝土的弹性性质与混凝土的强度具有相关性，因此在混凝土声速与强度之间存在相关性。另一方面，对组成材料相同的构件（混凝土），其内部越密实，孔隙率越低，其声波波速越高，强度也越高。因此，构件（混凝土）的强度与声速之间亦应有相关性。但是，混凝土材料是一种复合体，其强度与声速的关系受到混凝土材料性质、配合比、龄期、硬化环境、施工工艺等多

8、种因素的影响　　声波在混凝土中传播，当混凝土中存在异物（夹泥、蜂窝）及漏振不密实区（如空洞、加泥等）时，由于混凝土与缺陷部位的特性阻抗相差悬殊，界面的声反射系数近于1，因此声波很难穿透混凝土/缺陷区域界面。由于低频超声波漫射的特点，声波又将沿缺陷边