基樁超聲波檢測技術，原理、方法、現場檢測及參數分析！

基樁成孔后，灌注混凝土之前，在樁內預埋若干根聲測管作為聲波發射和接收換能器的通道，在樁身混凝土灌注若干天后開始檢測，用聲波檢測儀沿樁的縱軸方向以一定的間距逐點檢測聲波穿過樁身各橫截面的聲學參數, 然后對這些檢測數據進行處理、分析和判斷,確定樁身混凝土缺陷的位置、范圍、程度，從而推斷樁身混凝土的連續性、完整性和均勻性狀況，評定樁身完整性等級。

基樁聲波透射法完整性檢測的基本原理
用人工的方法在混凝土介質中激發一定頻率的彈性波，該彈性波在介質中傳播時，遇到混凝土介質缺陷會產生反射、透射、繞射、散射、衰減，從而造成穿過該介質的接收波波幅衰減、波形畸變、波速降低等。由接收換能器接收的波形，對波的到時、波幅、頻率及波形特征進行分析，判斷混凝土樁的完整性及缺陷的性質、位置、范圍及缺陷的程度。

什么叫反射波？什么叫透射波
當聲波在傳播過程中從一種介質到達另一種介質時，在兩種介質的分界面上，一部分聲波被反射，仍然回到原來的介質中，稱為反射波；另一部分聲波則透過界面進入另一種介質中繼續傳播，稱為折射波（透射波）。

按照超聲波換能器通道在樁體中的不同的布置方式，超聲波透射法基樁檢測有三種方法：
（1）樁內單孔透射法

在某些特殊情況下只有一個孔道可供檢測使用，例如在鉆孔取芯后，我們需進一步了解芯樣周圍混凝土質量，作為鉆芯檢測的補充手段，這時可采用單孔檢測法，此時，換能器放置于一個孔中，換能器間用隔聲材料隔離（或采用專用的一發雙收換能器）。超聲波從發射換能器出發經耦合水進入孔壁混凝土表層，并沿混凝土表層滑行一段距離后，再經耦合水分別到達兩個接收換能器上，從而測出超聲波沿孔壁混凝土傳播時的各項聲學參數。需要注意的是， 當孔道中有鋼質套管時，由于鋼管影響超聲波在孔壁混凝土中的繞行，故不能用此法。 

      
（2）樁外單孔透射法

當樁的上部結構已施工或樁內沒有換能器通道時，可在樁外緊貼樁邊的土層中鉆一孔作為檢測通道，檢測時在樁頂面放置一發射功率較大的平面換能器，接收換能器從樁外孔中自上而下慢慢放下，超聲波沿樁身混凝土向下傳播，并穿過樁與孔之間的土層，通過孔中耦合水進入接收換能器，逐點測出透射超聲波的聲學參數，根據信號的變化情況大致判定樁身質量。由于超聲波在土中衰減很快，這種方法的可測樁長十分有限，且只能判斷夾層、斷樁、縮頸等。另外灌注樁樁身剖面幾何形狀往往不規則，給測試和分析帶來困難。
該方法在規范中均沒有提及，不推薦使用。

（3）樁內跨孔透射法
此法是一種成熟可靠的方法，是超聲波透射法檢測樁身質量的最主要形式，其方法是在樁內預埋兩根或兩根以上的聲測管，在管中注滿清水，把發射、接收換能器分別置于兩管道中。檢測時超聲波由發射換能器出發穿透兩管間混凝土后被接收換能器接收，實際有效檢測范圍為聲波脈沖從發射換能器到接收換能器所掃過的面積。根據不同的情況，采用一種或多種測試方法，采集聲學參數，根據波形的變化，來判定樁身混凝土強度，判斷樁身混凝土質量，跨孔法檢測根據兩換能器相對高程的變化，又可分為平測、斜測、交叉斜測、扇形掃描測等方式，在檢測時視實際需要靈活運用。

平測法

斜測法

扇測法

樁內跨孔透射法三種方法的運用：
現場的檢測過程一般首先是采用平測法對全樁各個檢測剖面進行普查，找出聲學參數異常的測點。
然后，對聲學參數異常的測點采用加密平測測試、斜測或扇形掃測等細測方法進一步檢測，這樣一方面可以驗證普查結果，另一方面可以進一步確定異常部位的范圍，為樁身完整性類別的判定提供可靠依據。

（1）了解有關技術資料及施工資料；
主要了解樁的編號、設計強度、樁長、灌注日期等。現場實測時，往往存在堵管或管深不一致的問題，了解樁長是很有必要的，而了解強度及灌注日期，能對波速的情況有一個大概的了解
根據檢測的目的，制定相應的檢測方案：包括：工程概況，目的與任務，方法與技術，儀器設備，檢測場地要求，檢測人員和時間安排，檢測報告等。
檢測的時間應滿足混凝土強度齡期的要求。為保證檢測結果的可靠性，同時考慮到混凝土在齡期14天后的超聲波波速等特性參數變化已經趨于平緩，一般要求超聲波檢測混凝土灌注樁的齡期應大于14天。

（2）計算聲測管及耦合水層聲時修正值。
聲波從探頭里發射直到另一個管里的探頭接收，實際上不僅是在樁中間傳播 有一段時間其實是在管內的水里和管里傳播，為了準確的獲得樁的波速，應該扣除掉這部分時間。

（3）在樁頂測量相應聲測管外壁間凈距離。
由于已經在上一步工作中進行了修正，所以在測量跨距時，應該以兩管內邊距為準。

（4）將各聲測管內注滿清水，檢查聲測管暢通情況；換能器應能在全程范圍內正常升降。

聲波透射法檢測時要求換能器達到良好耦合的目的是什么？為何一般采用清水做耦合劑？
良好耦合的目的是使盡可能多的聲波能進入被測介質，并經介質傳播后盡可能多的被接收。如果聲測管中含泥漿、砂等懸浮固體顆粒，會使聲波產生較強的散射和衰減，影響測量結果。用清水做耦合劑是水具有不可壓縮性、均勻性，更好的傳遞能量。

• 當出現堵管時，可以讓發射與接受換能器不在同一高度上，但水平夾角不能太大。

• 如某一個管堵管較長，其它面的信號需要采集幫助判斷的時候，可以將堵管的探頭的深度在編碼器端保持跟其它管一致，多余的電纜可暫時放置在地面。

• 當堵管長度太長時，可以采用其他方法（如鉆芯法）對樁的完整性進行檢測 。

（5）當平測發現樁身中有缺陷時，應采用加密測、斜測或扇測進一步確定。

（A）局部缺陷：如圖所示，在平測中發現某測線測值異常（圖中用實線表示），進行斜測，在多條斜測線中，如果僅有一條測線（實線）測值異常，其余皆正常，則可以判斷這只是一個局部的缺陷，位置就在兩條實線的交點處。

 （B）縮頸或聲測管附著泥團：如圖所示，在平測中發現某（些）測線測值異常（實線），進行斜測。如果斜測線中、通過異常平測點發收處的測線測值異常，而穿過兩聲測管連線中間部位的測線測值正常，則可判斷樁中心部位是正常混凝土，缺陷應出現在樁的邊緣，聲測管附近，有可能是縮頸或聲測管附著泥團。當某根聲測管陷入包圍時，由它構成的兩個測試面在該高程處都會出現異常測值。

 （C）層狀缺陷（斷樁）：如圖所示，在平測中發現某（些）測線值異常（實線），進行斜測。如果斜測線中除通過異常平測點發收處的測線測值異常外，所有穿過兩聲測管連線中間部位的測線測值均異常，則可判定該聲測管間缺陷連成一片。如果三個測試面均在此高程處出現這樣情況，如果不是在樁的底部，測值又低下嚴重，則可判定是整個斷面的缺陷，如夾泥層或疏松層，既斷樁。

 （D）扇形掃測：在樁頂或樁底斜測范圍受限制時，或者為減少換能器升降次數，作為一種輔助手段，也可扇形掃查測量，如圖所示。

• 施工難度大

• 工藝復雜

• 隱蔽性強

• 硬化環境及混凝土成型條件復雜

更易產生空洞、裂縫、夾雜局部疏松、縮徑等各種樁身缺陷，對建筑物的安全和耐久性構成嚴重威脅。

是檢測混凝土灌注樁樁身缺陷、評價其完整性的一種有效方法，當聲波經混凝土傳播后，它將攜帶有關混凝土材料性質、內部結構與組成的信息，準確測定聲波經混凝土傳播后各種聲學參數的量值及變化，就可以推斷混凝土的性能、內部結構與組成情況。   
混凝土質量檢測中常用的聲學參數為聲速、波幅、頻率以及波形。

但是用波速來推算混凝土強度是不可取的，規范也不要求推定強度。
聲波波速反映了混凝土的彈性性質，混凝土的彈性性質與混凝土的強度具有相關性，因此混凝土聲速與強度之間存在相關性。另一方面，對組成材料相同的構件（混凝土），其內部越致密，孔隙率越低，則聲波波速越高，強度也越高。
 

• 聲幅是表征聲波穿過混凝土后能量衰減程度

• 聲幅強弱與混凝土的粘塑性有關

混凝土中存在低強度區、離析區以及存在夾泥、蜂窩等缺陷時，吸收衰減和散射衰減增大，聲幅明顯下降。

• 聲波脈沖是復頻波，具有多種頻率成分。

• 各頻率成分穿過混凝土后的衰減程度不同，高頻部分比低頻部分衰減嚴重，因而導致接收信號的主頻率向低頻端漂移。

• 漂移的多少取決于衰減因素的嚴重程度。

• 接收波主頻率實質上是介質衰減作用的一個表征量，當遇到缺陷時，由于衰減嚴重，使接收波主頻率明顯降低。

正常波形特征：
1.首波陡峭，振幅大
2.第一周期波的后半周即達到較高振幅，接收波的包絡線呈半圓形
3.第一個周期的波形無畸變

缺陷波形特征：
1、首波平緩，振幅小
2、后續周期幅度增加得仍不夠.  
3、 波形有畸變  
4、 缺陷嚴重時，無法接收聲波

幾種聲學參數的比較
1、聲速的測試值較為穩定，結果的重復性較好，受非缺陷因素影響小 。
2、聲幅（首波幅值）對混凝土缺陷很敏感，它是判定混凝土質量的另一個重要參數。
3、聲頻的變化能反映聲波在混凝土中的衰減狀況，從而間接反映混凝土質量的好壞 。
4、波形也是反映混凝土質量的一個重要方面，它對混凝土內部的缺陷也較敏感，在現場檢測時，還應注意觀察整個接收波形形態的變化，作為聲波透射法對混凝土質量進行綜合判定時的一個重要的參考。