基桩声波透射法检测作业指导书

1 前言
为严格执行低应变检测规（规程），不断提高基桩低应变检测水平，使相应技术标准的执行更具有可操作性，特按《安全作业管理程序》（JAGS/C－Ⅱ―16―2013）、《现场检测控制程序》（JAGS/C－Ⅱ―17―2013）编制本作业指导书，并作为《质量手册》的一部分，与其一并颁布执行。

本作业指导书则应和相应的技术标准一同执行使用。

2 适用围
本方法适用于已预埋声测管的混凝土灌注桩桩身完整性检测。

3 技术标准
中华人民国行业标准《建筑基桩检测技术规》（JGJ106-2003）。

4 检测目的
检测桩身结构的完整性，判定桩身是否存在缺陷、缺陷的程度与其位置。

5 检测原理
声波是弹性波的一种，若视混凝土介质为弹性体，则声波在混凝土中的传播服从弹性波传播规律，由发射探头发射的声波经水的耦合传到测管，再在桩身混凝土介质中传播后，到接收端的测管，再经水耦合，最后到达接收探头。

由于液体或气体没有剪切弹性，只能传播纵波，因此超声波测桩技术采用的是纵波分量。

探头发射的声波会在发射点和接收点之间形成复杂的声场，声波将分别沿不同的路径传播，最终到达接收点，其走时都不尽相同。

但在所有的传播路径中总有一条路径，声波走时最短，接收探头接收到该声波时，形成信号波形的初始起跳，一般称为“初至”，当桩身完好时，可认为这条路径就是发射探头和接收探头的直线距离，是已知量；而初至对应的声时扣去声波在测管、水之间的传播时间以与仪器系统延迟时间，可得声波在两测管间混凝土介质中传播的实际声时，并由此可计算出所对应的声速。

当桩身存在断裂、离析等缺陷时，破坏了混凝土介质的连续性，使声波的传播路径复杂化，声波将透过或绕过缺陷传播，其传播路径大于直线距离，引起声时的延长，而由此算出的波速将降低。

另外，由于空气和水的声阻抗远小于混凝土的声阻抗，声波在混凝土中传播过程中，遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷时，在缺陷界面发生反射和散射，声能衰减，因此接收信
号的波幅明显降低，频率明显减小。

再者，透过或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。

综上所述，当桩身某一段存在缺陷时，接收到的声波信号会出现波速降低、振幅减少、波形畸变、接收信号主频发生变化等特征。

超声波透射法桩基检测就是根据混凝土声学参数测量值的相对变化，分析、判别其缺陷的位置和围，评定桩基混凝土质量类别。

6 检测仪器
6.1声波发射与接收换能器应符合以下要求：
6.1.1圆柱状径向振动，沿径向无指向性；
6.1.2外径小于声测管径，有效工作段长度不大于150mm；
6.1.3谐振频率为30～50kHz；
6.1.4水密性满足1MPa水压不渗水。

6.2声波检测仪应符合以下要求：
6.2.1具有实时显示和记录接收信号的时程曲线以与频率测量或频谱分析功能；
6.2.2声时测量精度优于或等于0.5μs，声波幅值测量相对误差小于5%，系统频带宽度为1～200kHz，系统最大动态围不小于100dB；
6.2.3声波发射脉冲为阶跃或矩形脉冲，电压幅值为200～1000V。

6.3本公司应用于检测仪器为ZBL-U520型非金属超声检测分析仪。

6.4仪器设备的管理执行《设施和环境条件控制程序》（JAGS/C－Ⅱ―15―2013）。

6.5检测必须使用经标定的仪器，并且检测（使用）日期必须在标定的有效日期之。

（即仪器三色管理标签为“绿色”标签状态下的仪器。

）
7现场检测
7.1 收集资料
按《建筑基桩检测技术规》（JGJ106-2003）第3章的要求与基桩检测业务联系单表式收集项目资料。

7.2人员保证
为保证工作质量，检测工作至少应有2人参加，参加人员均应有上岗资格。

检测人员检测前应取得容完整和任务明确的检测任务（委托）单，并对检测任务计划进行设置。

7.3现场检测
7.3.1声测管埋设应按《建筑基桩检测技术规》GJ106-2003附录H的规定。

7.3.2现场检测前准备工作应符合以下规定：
1）采用标定法确定仪器系统延迟时间。

2）计算声测管与耦合水层声时修正值。

3）在桩顶测量相应声测管外壁间净距离。

4）将各声测管注满清水，检查声测管畅通情况；换能器应能在全程围正常升降。

7.3.3现场检测步骤应符合以下规定：
将发射与接收声波换能器通过深度标志分别置于两根声测管中的测点处。

发射与接收声波换能器应以相同标高或保持固定高差同步升降，测点间距不应大于250mm。

实时显示和记录接收信号的时程曲线，读取声时、首波峰值和周期值，宜同时显示频谱曲线与主频值。

将多根声测管以两根为一个检测剖面进行全组合，分别对所有检测剖面完成检测。

在桩身质量可疑的测点周围，应采用加密测点，或采用斜测扇形扫测进行复测，进一步确定桩身缺陷的位置和围。

在同一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。

检测人必须认真执行《现场检测控制程序》（JAGS/C －Ⅱ―17―2013）,认真填写“基桩超声波检测现场记录表。

返回公司后，将检测所得的数据拷贝到计算机中备档，另外拷贝一份到光盘（或其他电子载体）。

检查原始记录和拷贝的光盘无误后在原始记录上签字，一起交校核人。

校核人应对原始记录表和光盘中的容在全面校核的基础上重点对有否漏、错和不规之处进行检查（如有，应退还检测人改正），确认无误后在原始记录上签字，以示负责。

*可在“现场检测工作记录”中的记载的其他信息有：桩身的倾斜程度、钢筋在桩顶以上的外露长度、PHC 桩孔水位高度、浅部土层土性等，均可为实测波形的判断提供帮助。

7.5环境要求
按程序文件《设施和环境条件控制程序》（JAGS/C-Ⅱ-15—2013）的规定执行并满足《建筑基桩检测技术规程》（JGJ 106-2003）对环境的要求。

8 数据处理与报告编写
8.1 各测点的声时tc 、声速v 、波幅Ap 与主频f 应根据现场检测数据，按以下各式计算，并绘制声速-深度（v-z ）曲线和波幅-深度（Ap-z ）曲线，需要时可绘制辅助的主频-深度（f-z ）曲线：
t t t t i i '--=0c i i
t l v
c '=
0 p lg 20a a A i i =i
i T f 1000
=
式中 tci ——第i 测点声时(μs)； ti ——第i 测点声时测量值(μs)； t0 ——仪器系统延迟时间(μs)； t′——几何因素声时修正值(μs)；
l′——每检测剖面相应两声测管的外壁间净距离（mm ）； vi ——第i 测点声速（km/s ）； Api ——第i 测点波幅值（dB ）； ai ——第i 测点信号首波峰值（V ）； a0——零分贝信号幅值（V ）；
fi —— 第i 测点信号主频值(kHz)，也可由信号频谱的主频求得；
Ti——第i测点信号周期(μs)。

8.2 声速临界值应按以下步骤计算：
8.2.1将同一检测剖面各测点的声速值vi由大到小依次排序，即
V1≥v2≥…vn-k≥…vn-1≥vn
式中v——按序排列后的第i个声速测量值；
n ——检测剖面测点数；
k ——从零开始逐一去掉式(10.4.2-1)vi序列尾部最小数值的数据个数。

8.2.2对从零开始逐一去掉式(10.4.2-1)vi序列中最小数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vn-k在的余下的数据v1～vn-k按以下公式进行统计计算：
v0=vm-λ*sx
∑-
=
-
=
k
n
i
i
m
v
k
n
v
1
1()
∑-
=
-
-
-
=
k
n
i
m
i
v
v
k
n
s
1
2
x1
1
式中v0——异常判断值；
vm——(n-k)个数据的平均值；
sx—— (n-k)个数据的标准差；
λ ——由表10.4.2查得的与（n-k）相对应的系数。

统计数据个数(n-k)与对应的λ值
8.2.3将vn-k 与异常判断值v0进行比较，当vn-k ≤ v0时，vn-k 与其以后的数据均为异常，去掉vn-k 与其以后的异常数据；再用数据v1～vn-k-1重复式的计算步骤，直到vi 序列中余下的全部数据满足：
v i ＞v 0
此时，v0为声速的异常判断临界值vc 。

8.2.4声速异常时的临界值判据为：
v i ≤v c
当上式成立时，声速可判定为异常。

8.2.5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：
v i ＜v L
式中 vi ——第i 测点声速（km/s ）；
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。

当上式成立时，可直接判定为声速低于低限值异常。

8.3波幅异常时的临界值判据应按以下公式计算：
∑==
n
i i
A
n
A 1
p m 1
(4.4-1)
A p i ＜A m –6(4.4-2)
式中 Am ——波幅平均值（dB ）； n ——检测面测点数。

当式（4.4-2）成立时，波幅可判定为异常。

8.4 当采用斜率法的PSD 值作为辅助异常点判据时，PSD 值应按以下公式计算：
PSD =K ∙Δt (4.5-1)
1
1
c c ----=
i i i i z z t t K (4.5-2) Δt =t c i －t c i －1(4.5-3)
式中 tci ——第i 测点声时(μs)；
tci－1——第i－1测点声时(μs)；
zi ——第i测点深度（m）；
zi－1——第i－1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。

8.5 当采用信号主频值作为辅助异常点判据时，主频-深度曲线上主频值明显降低可判定为异常。

8.6 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与桩身质量可疑点加密测试（包括斜测或扇形扫测）后确定的缺陷围，按本规表3.5.1的规定和表4.7的特征进行综合判定。

8.7 检测报告除应包括规第3.5.5条容外，还应包括：
8.7.1声测管布置图；
8.7.2受检桩每个检测剖面声速-深度曲线、波幅-深度曲线，并将相应判据临界值所对应的标志线绘制于同一个坐标系；
8.7.3当采用主频值或PSD值进行辅助分析判定时，绘制主频-深度曲线或PSD曲线，
8.7.4缺陷分布图示。

9 认证标志的使用
通过计量认证和主管部门认可后，应正确使用CMA。

签发检测报告，应在报告封面页左上角加印CMA。

10 检测原始记录表
基桩超声波检测现场记录表（JAGS/C-Ⅲ-08—2013）。