声波透射法

10 声波透射法10.1 适 用 范 围10.1.1 声波透射法适用于混凝土灌注桩的桩身完整性检测，判定桩身缺陷的位置、范围和 程度。【条文说明】 声波透射法是利用声波的透射原理对桩身混凝土介质状况进行检测。当桩径 小于 0.6m 时，声测管的声耦合会造成较大的测试误差，因此该方法适用于桩径不小于 0.6m， 在灌注成型过程中已经预埋了两根或两根以上声测管的基桩的完整性检测；基桩经钻芯法检 测后（有两个以及两个以上的钻孔）需进一步了解钻芯孔之间的混凝土质量时也可采用本方 法检测。由于桩内跨孔测试的测试误差高于上部结构混凝土的检测，且桩身混凝土纵向各部位硬化环 境不同，粗细骨料分布不均匀，因此该方法不宜用于推定桩身混凝土强度。10.2 仪 器 设 备10.2.1 声波发射与接收换能器应符合下列规定：1 圆柱状径向振动，沿径向无指向性；2 外径小于声测管内径，有效工作段长度不大于 150mm；3谐振频率为3060kHz；4 水密性满足 1MPa 水压不渗水。 【条文说明】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，该长度过 大将夸大缺陷实际尺寸并影响测试结果。换能器的谐振频率越高，对缺陷的分辨率越高，但高频声波在介质中衰减快，有效测距变小。 选配换能器时,在保证有一定的接收灵敏度的前提下, 原则上尽可能选择较高频率的换能器。 提高换能器谐振频率，可使其外径减少到30mm以下，有利于换能器在声测管中升降顺畅 或减小声测管直径。但因声波发射频率的提高，将使声波穿透能力下降。所以，本规范仍推 荐目前普遍采用的3060kHz的谐振频率范围。桩中的声波检测一般以水作为耦合剂，换能器在IMPa水压下不渗水也就是在100m水深能 正常工作，这可以满足一般的工程桩检测要求。对于超长桩，宜考虑更高的水密性指标。当测距较大接收信号较弱时，宜选用带前置放大器的接收换能器，也可采用低频换能器，提 高接收信号的幅度。声波换能器宜配置扶正器，防止换能器在声测管内摆动影响测试声参数的稳定性。10.2.2 声波检测仪应符合下列要求：1 具有实时显示和记录接收信号的时程曲线以及频率测量或频谱分析的功能。2最小采样时间间隔小于或等于0.5妙，声波幅值测量相对误差小于5%,系统频带宽度为5200kHz，系统最大动态范围不小于100dB。3声波发射脉冲为阶跃或矩形脉冲，电压幅值为2001000V。4 具有首波实时显示功能。5 具有自动记录声波发射与接收换能器位置功能。【条文说明】 由于混凝土灌注桩的声波透射法检测没有涉及桩身混凝土强度的推定，因此 系统的最小采样时间间隔放宽至0.5妙。首波自动判读可采用阈值法，亦可采用其他方法， 对于判定为异常的波形，应人工校核数据。10.3 声 测 管 埋设10.3.1 声测管埋设应符合下列规定：1 声测管内径应大于换能器外径。2 声测管应有足够的径向刚度，声测管材料的温度系数应与混凝土接近。3 声测管应下端封闭、上端加盖、管内无异物；声测管连接处应光顺过渡，管口高出混凝 土顶面 100mm 以上。4 浇灌混凝土前应将声测管有效固定。【条文说明】 声测管内径与换能器外径相差过大时，声耦合误差明显增加；相差过小时， 影响换能器在管中的移动，因此两者差值取10mm为宜。声测管管壁太薄或材质较软时， 混凝土灌注后的径向压力可能会使声测管产生过大的径向变形，影响换能器正常升降，甚至 导致试验无法进行，因此要求声测管有一定的径向刚度，如采用钢管、镀锌管等管材，不宜 采用PVC管。由于钢材的温度系数与混凝土相近，可避免混凝土凝固后与声测管脱开产生 空隙。声测管的平行度是影响测试数据可靠性的关键，因此，应保证成桩后各声测管之间是 基本平行的。10.3.2 声测管应沿钢筋笼内侧呈对称形状布置（图 10.3.2），并可按正北方向顺时针旋转依 次编号。声测管埋设数量应符合下列要求：1 D800mm,不少于2根管；2 800mmVD1500mm,不少于4根管。当桩径D大于2500mm时宜增加预埋声测管数量。图 10.3.2 声测管布置示意图注：检测剖面编组（检测剖面序号为j）分别为：2根管时，AB剖面（j=1）； 3根管时， AB剖面（j=1），BC剖面（=2）, CA剖面（j=3）； 4根管时，AB剖面（j=1），BC剖 面（j=2）, CD 剖面（j=3）, DA 剖面（j=4）, AC 剖面（j=5），BD 剖面（=6）。 【条文说明】 检测剖面、声测线和检测横截面的编组和编号见图10。桩中预埋三根声测管时可构成三个检测剖面，声波的有效检测范围覆盖了绝大部分桩身横截 面，因此其声测管利用率是最高的，这符合检测工作既准确又经济的双重要求。因此规范把 预埋三根声测管的桩径范围放宽，大多数工程桩的桩径都在这个范围内。声测管按规定的顺 序编号，便于复检、验证试验，以及对桩身缺陷的加固、补强等工程处理。图 10 检测剖面、声测线、检测横截面编组和编号示意图10.4 现 场 检 测10.4.1 现场检测前准备工作应符合下列规定：1 现场检测开始的时间应符合本规范第3.2.5条第 1款的规定。2 采用率定法确定仪器系统延迟时间。3 计算几何因素声时修正值。4 在桩顶测量相应声测管外壁间净距离。5 将各声测管内注满清水，检查声测管畅通情况；换能器应能在声测管全程范围内正常升 降。【条文说明】 本条说明如下：1 原则上，桩身混凝土满28 天龄期后进行声波透射法检测是合理的。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类别时，可适当将检 测时间提前，以便能在施工过程中尽早发现问题，及时补救，赢得宝贵时间。这种适当提前 检测时间的做法基于以下两个原因：一是声波透射法是一种非破损检测方法，不会因检测导 致桩身混凝土强度降低或破坏；二是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。本规范 3.2.5 条中规, 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%”。2 率定法测定仪器系统延迟时间的方法是将发射、接收换能器平行悬于清水中，逐次改变点 源距离并测量相应声时，记录若干点的声时数据并作线性回归的时距曲线：t = t0 + bl（6）式中：b直线斜率（ys/mm）；l换能器表面净距离（mm）；t声时（ys）；t0 仪器系统延迟时间（ys）。3 声测管及耦合水层声时修正值按下式计算：式中：d声测管外径（mm）；d2声测管内径（mm）；d换能器外径(mm)；vt声测管材料声速(km/s)；v 水的声速( km/s)；wf声测管及耦合水层声时修正值(gs)o10.4.2 现场平测和斜测应符合下列规定：1 将发射与接收声波换能器通过深度标志分别置于两个声测管道中。平测时，发射与接收声 波换能器始终保持相同深度(图10.4.2a)；斜测时，发射与接收声波换能器始终保持固定 高差(图10.4.2b)，且两个换能器中点连线的水平夹角不应大于30o2检测过程中，应将发射与接收声波换能器同步升降，声测线间距不应大于100mm,并应 及时校核换能器的深度。检测时应从桩底开始向上同步提升声波发射与接收换能器进行检 测，提升过程中应根据桩的长短进行13次换能器高差校正，提升过程中应确保测试波形 的稳定性，同步提升声波发射与接收换能器的提升速度不宜超过0.5m/so3 对于每条声测线，应实时显示和记录接收信号的时程曲线，读取首波声时、幅值，保存 检测数据时应同时保存波列图信息，当需要采用信号主频值作为异常点辅助判据时，还应读 取信号主频值。4 在同一受检桩各检测剖面的平测或斜测过程中，声测线间距、声波发射电压和仪器设置 参数应保持不变。( a)( b)图 10.4.2 平测、斜测示意图(a)平测；(b)斜测【条文说明】 本条说明如下：1 由于每一个声测管中的测点可能对应多个检测剖面，而声测线则是组成某一检测剖面的 两声测管中测点之间的连线，它的声学特征反映的是其声场辐射区域的混凝土质量，有明确 的对应关系，故本次修订采用“声测线”代替了原规范采用的“测点”。径向换能器在径向无指 向性，但在垂直面上有指向性，且换能器的接收响应随着发、收换能器中心连线与水平面夹 角e的增大而非线性递减。因此为了达到斜测的目的，同时测试系统又有足够的灵敏度，夹 角e应不大于30o2 声测线间距将影响桩身缺陷纵向尺寸的检测精度，间距越小，检测精度越高，但需花费 更多的时间。一般混凝土灌注桩的缺陷在空间有一定的分布范围。规定声测线间距不大于100 mm,可满足工程检测精度的要求。当采用自动提升装置时，声测线间距还可进一步减 小。换能器提升过程中电缆线始终处于张拉状态，换能器位置是准确的，而下降过程中换能器在 水中受到一定的悬浮力，下沉不及时可能导致电缆线处于松弛状态，从而导致换能器位置不 准确，因此须从桩底开始同步提升换能器进行检测才能保证记录的换能器位置的准确性。 自动记录声波发射与接收换能器位置时，提升过程中电缆线带动编码器卡线轮转动，编码器 计数卡线轮转动值换算得到换能器位置。电缆线与编码器卡线轮之间滑动、卡线轮直径误差 等因素均会导致编码器位置计数与实际传感器位置有一定误差，因此每隔一定间距应进行一 次高差校核。此外，自动记录声波发射与接收换能器位置时，如果同步提升声波发射与接收 换能器的提升速度过快，会导致换能器在声测管中剧烈摆动，甚至与声测管管壁发生碰撞， 对接受的声波波形产生不可预测的影响。因此换能器的同步提升速度不宜过快，必须保证测 试波形的稳定性。3 在现场对可疑声测线应结合声时（声速）、波幅、主频、实测波形等指标进行综合判定4桩内预埋n根声测管可以有ms=个检测剖面，预埋2根声测管有1个检测剖面，预埋3 根声测管有 3 个检测剖面，预埋 4 根声测管有 6 个检测剖面，预埋 5 根声测管有 10 个检测 剖面。5 同一根桩检测时，强调各检测剖面声波发射电压和仪器设置参数不变，目的是使各检测 剖面的声学参数具有可比性，便于综合判定。10.4.3 在桩身质量可疑的声测线附近，应采用增加声测线或采用扇形扫测（图10.4.3）、交 叉斜测、CT影像技术等方式进行复测和加密测试，进一步确定缺陷的位置和空间分布范围。 采用扇形扫测时，两个换能器中点连线的水平夹角不应大于40。图 10.4.3 扇形扫测示意图【条文说明】 经平测或斜测普查后，找出各检测剖面的可疑声测线，再经加密平测（减小 测线间距）、交叉斜测等方式既可检验平测普查的结论是否正确，又可以依据加密测试结果 判定桩身缺陷的边界，进而推断桩身缺陷的范围和空间分布特征。10.5 检测数据分析与判定10.5.1 当因声测管倾斜导致声速数据有规律地偏高或偏低变化时，应先对管距进行合理修 正，然后对数据进行统计分析。当实测数据明显有规律地偏离正常值而又无法进行合理修正 检测数据不得作为评价桩身完整性的依据。【条文说明】当声测管平行时构成某一检测剖面的两声测管外壁在桩顶面的净距离l等于 该检测剖面所有声测线测距，当声测管弯曲时，各声测线测距将偏离l值，导致声速值偏离 混凝土声速正常取值，一般情况下声测管倾斜造成的各测线测距变化沿深度方向有一定规 律，表现为各条声测线的声速值有规律地偏离混凝土正常取值，此时可采用高阶曲线拟合等 方法对各条测线测距作合理修正，然后重新计算各测线的声速。如果不对斜管进行合理的修正，将严重影响声速的临界值的合理取值，因此本条规定声 测管倾斜时应作测距修正。但是，对于各声测线声速值的偏离沿深度方向无变化规律的，不 得随意修正。因堵管导致数据不全，只能对有效检测范围内的桩身进行评价，不能整桩评价。10.5.2 当采用平测时，各声测线的声时 、声速 、波幅 及主频 应根据现场检测数据，按 下列各式计算，并绘制声速-深度（-z）曲线和波幅-深度（-z）曲线，需要时可绘制辅助的 主频-深度（-z）曲线以及能量-深度曲线：（10.5.2-1）（10.5.2-2）（10.5.2-3） （10.5.2-4） 式中：i声测线编号，应对每个检测剖面自下而上（或自上而下）连续编号；j检测剖面编号，按本规范第10.3.2条编组；第j检测剖面第i声测线声时（卩s）；第j检测剖面第i声测线声时测量值（卩s）；t0仪器系统延迟时间（卩S）;t 几何因素声时修正值（卩S）；第j检测剖面第i声测线的两声测管的外壁间净距离（mm）,当两声测管基本平行 时取为两声测管管口的外壁间净距离；第j检测剖面第i声测线声速（km/s）；第j检测剖面第i声测线的首波幅值（dB）；第j检测剖面第i声测线信号首波峰值（V）；a0零分贝信号幅值（V）；第j检测剖面第i声测线信号主频值（kHz），或由信号频谱分析求得主频；第j检测剖面第i声测线首波周期（gs）o当采用斜测时， 取声波发射换能器中点对应的声测管外壁处与声波接受换能器中点对应的 声测管外壁处之间的净距离，由桩顶面两声测管的外壁间净距离和发射接收声波换能器的高 差计算得到。【条文说明】 在声测中，不同声测线的波幅差异很大，采用声压级（分贝）来表示波幅更 方便。式（10.5.2-4）用于模拟式声波仪通过信号周期来推算主频率；数字式声波仪具有频 谱分析功能，可通过频谱分析获得信号主频。10.5.3 当采用平测或斜测时，第 j 检测剖面的声速异常判断的概率统计值应按下列方法确 定：1 将第 j 检测剖面各声测线的声速值 由大到小依次排序，即： _ _ _ _ （ 10.5.3-1 ）式中： 第 j 检测剖面第 i 声测线声速， i=1， 2， ， n；n 第 j 检测剖面的声测线总数；k 拟去掉的低声速值的数据个数， k=0， 1， 2， ；k拟去掉的高声速值的数据个数，k =0，1，2，.。2对逐一去掉中k个最小数值和个最大数值后的其余数据进行统计计算：（ 10.5.3-2）（ 10.5.3-3）（ 10.5.3-4）（ 10.5.3-5）（ 10.5.3-6 ）式中： 第 j 剖面的声速异常小值判断值；第 j 剖面的声速异常大值判断值；(nkk)个数据的平均值;5kk)个数据的标准差;(nkk)个数据的变异系数；久由表10.5.3查得的与(nkk)相对应的系数。 表10.5.3统计数据个数(nkk)与对应的久值nk k10111213141516171820九1.281.331.381.431.471.501.531.561.591.64nk k20222426283032343638九1.641.691.731.771.801.831.861.891.911.94nk k40424446485052545658九1.961.982.002.022.042.052.072.092.102.11nk k60626466687072747678九2.132.142.152.172.182.192.202.212.222.23nk k80828486889092949698九2.242.252.262.272.282.292.292.302.312.32nk k100105110115120125130135140145九2.332.342.362.382.392.412.422.432.452.46nk k150160170180190200220240260280九2.472.502.522.542.562.582.612.642.672.69nk k300320340360380400420440470500九2.722.742.762.772.792.812.822.842.862.88nk k5506006507007508008509009501000九2.912.942.962.983.003.023.043.063.083.09nk k1100120013001400150016001700180019002000九3.123.143.173.193.213.233.243.263.283.293按k=0、k=0、k=1、k=1、k=2、k=2 .的顺序，将参加统计的数列最小数据与异常 判断值进行比较，当 时去掉最 大数据，每次剔除一个数据，然后对剩余数据构成的数列重复式(10.5.3-2)(10.5.3-5) 的计算步骤，直到下列两式成立：(10.5.3-7)V(10.5.3-8)4 第 j 检测剖面的声速异常判断概率统计值按下列方法确定：(10.5.3-9)式中： 第 j 检测剖面声速异常判断概率统计值。【条文说明】 本条解释如下：1 同批次混凝土试件在正常情况下强度值的波动是服从正态分布规律的，这已被大量的 实测数据证实。由于混凝土构件的声速与其强度存在较好的相关性，所以其声速值的波动也 近似地服从正态分布规律。灌注桩作为一种混凝土构件，可认为在正常情况下其各条声测线 的声速测试值也近似服从正态分布规律。这是用概率法计算混凝土灌注桩各剖面声速临界值 的前提。2 如果某一剖面有 n 条声测线，相当于进行了 n 个试件的声速试验，在正常情况下，这 n 条声测线的声速值的波动可认为是服从正态分布规律的。但是，由于桩身混凝土在成型过程 中，环境条件的影响或人为过失的影响或测试系统的误差等都将会导致n个测试值中的某些 值偏离正态分布规律，在计算某一剖面声速临界值时，应剔除偏离正态分布的声测线，通过 对剩余的服从正态分布规律的声测线数据进行统计计算就可以得到该剖面桩身混凝土在正 常波动水平下可能出现的最低声速，这个声速值就是判断该剖面各声测线声速是否异常的临 界值。3 本规范在计算剖面声速临界值时采用了“双边剔除法”。一方面，桩身混凝土硬化条件复 杂、混凝土粗细骨料不均匀、桩身缺陷、声测管耦合状况的变化、测距的变异性(将桩顶面 的测距设定为整个检测剖面的测距)、首波判读的误差等因素可能导致某些声测线的声速值 向小值方向偏离正态分布。另一方面，混凝土离析造成的局部粗骨料集中、声测管的耦合状 况的变化、测距的变异、首波判读的误差、以及部分声测线可能存在声波沿环向钢筋的绕射 等因素也可能导致某些声测线声速测值向大值方向偏离正态分布，这也属于非正常情况，在 声速临界值的计算时也应剔除，否则两边的数据不对称，加剧剩余数据偏离正态分布，影响 正态分布特征参数v和s的推定。mx 双剔法是按照下列顺序逐一剔除：(1)异常小，(2)异常大，(3)异常小， ，每次 统计计算后只剔一个，每次异常值的误判次数均为1，没有改变原规范的概率控制条件。在实际计算时，先将某一剖面n条声测线的声速测试值从大到小排列为一数列，计算这n 个测试值在正常情况下(符合正态分布规律下)可能出现的最小值v01 (j) = v (j)-久 s01 m x(j)和最大值v(j)= v(j)+久s(j),依次将声速数列中大于v(j)或小于v(j)02 m x 02 01的数据逐一剔除(这些被剔除的数据偏离了正态分布规律)，再对剩余数据构成的数列重新 计算，直至式(10.5.3-7)和式(10.5.3-8)同时满足,此时认为剩余数据全部服从正态分布规律。 v01 (j)就是判断声速异常的概率法统计值。由于统计计算的样本数是10 个以上，因此对于短桩，可通过减小声测线间距获得足够的声 测线数。桩身混凝土均匀性可采用离差系数Cv=s (j) /v (j)评价。xm 为比较“单边剔除法”和“双边剔除法”两种计算方法的差异，将 21 根工程桩共 72 个检测剖面 的实测数据分别用两种方法计算得到各检测剖面的声速临界值，如图11所示。1#15# (对 应剖面为 1 至 48)桩身混凝土均匀、质量较稳定，两种计算方法得到的声速临界值差异不 大(“双边法”略高)；16#21#(对应剖面为 4972)桩身存在较多缺陷，混凝土质量不 稳定，两种计算方法得到的声速临界值差异较大， “单边法”得到的临界值甚至会出现明显不 合理的低值，而“双边法”得到的声速临界值则比较合理。图 11 双边法与单边法的临界值 再分别将两种计算方法对同一根桩的各个剖面声速临界值的标准差进行统计分析，结果 如图 12 所示。由该图可以看到， “双剔法”计算得到的每根桩各个检测剖面声速临界值的标 准差普遍小于“单剔法”。在工程上，同一根桩的混凝土设计强度，配合比、地质条件、施工 工艺相同，不同检测剖面(自下而上)不存在明显差异，各剖面声速临界值应该是相近的， 其标准差趋于变小才合理。所以“双剔法”比“单剔法”更符合工程实际情况。双剔法的结果更符合规范总则安全适用。一方面对于混凝土质量较稳定的桩，双剔 法临界值接近或略高于单剔法(在工程上偏于安全)；另一方面对于混凝土质量不稳定的桩， 尤其是桩身存在多个严重缺陷的桩，双剔法有效降低了因为声速标准差过大而导致声速临界 值过低(如小于3500m/s)，从而漏判桩身缺陷而留下工程隐患的可能性。图 12 双边法与单边法的标准差4当桩身混凝土质量稳定，声速测试值离散小时，由于标准差s (j)较小，可能导致临界 值v01 (j)过高从而误判；另一方面当桩身混凝土质量不稳定，声速测试值离散大时，由于 s (j)过大，可能会导致临界值v01 (j)过小从而导致漏判。为尽量减小出现上述两种情况x 01的机率，对变异系数CV (j)作了限定。通过大量工程桩检测剖面统计分析，发现将CV (j)限定在0.015, 0.045区间内，声速临界 值的取值落在合理范围内的机率在90%以上。10.5.4 受检桩的声速临界值应按下列方法确定：1 根据预留同条件混凝土试件或钻芯法获取的芯样试件的抗压强度与声速对比试验，结合 本地区经验，分别确定桩身混凝土声速的低限值vL和平均值v。LP2 当 v L v0(j)Vvp 时，vc(j) = v0(j)(10.5.4-1)式中：匕第j检测剖面的声速异常判断临界值；v0(j)第j检测剖面的声速异常判断概率统计值。3当v0(j) vp时，应分析原因，vc(j)的取值可参考同一桩的其它检测剖面的声速 异常判断临界值或同一工程相同桩型的混凝土质量较稳定的受检桩的声速异常判断临界值 综合确定。4 对只有单个检测剖面的桩，其声速异常判断临界值等于检测剖面声速异常判断临界值。 对于三个及三个以上检测剖面的桩，应取各个检测剖面声速异常判断临界值的算术平均值作 为该桩各声测线声速异常判断临界值。( 10.5.4-2)式中：v 一受检桩桩身混凝土声速异常判断临界值；cm受检桩的检测剖面总数。s【条文说明】1当桩身混凝土未达到龄期而提前检测时，应对vL、v的取值作适当调整。Lp2 概率法从本质上说是一种相对比较法，它考察的只是各条声测线声速与相应检测剖面内 所有声测线声速平均值的偏离程度。当声测管倾斜或桩身存在多个缺陷时，同一检测剖面内 各条声测线声速值离散很大，这些声速值实际上已严重偏离了正态分布规律，基于正态分布 规律的概率法判据已失效，此时，不能将概率法临界值v0 (j)作为该检测剖面各声测线声速 异常判断临界值*,式(10.5.4-1)就是对概率法判据值作合理的限定。C3 同一桩型是指施工工艺相同、工程地质条件相近、混凝土的设计强度和配合比相同的桩4 声速的测试值受非缺陷因素影响小，测试值较稳定，不同剖面间的声速测试值具有可 比性。取各检测剖面声速异常判断临界值的平均值作为该桩各剖面内所有声测线声速异常判 断临界值可减小各剖面间因为用概率法计算的临界值差别过大造成的桩身完整性判别上的 不合理性。另一方面，对同一根桩，桩身混凝土设计强度和配合比以及施工工艺都是一样的， 应该采用一个临界值标准来判定各剖面所有声测线对应的混凝土质量。10.5.5 声速异常时的临界值判据为：(10.5.5)当式(10.5.5)成立时，声速可判定为异常。10.5.6 波幅异常判断的临界值应按下列公式计算：(10.5.6-1)(10.5.6-2) 波幅异常的临界值判据为：( 10.5.6 -3 )式中：一一第j检测剖面各声测线波幅平均值(dB)；第 j 检测剖面第 i 声测线的波幅值；一一第 j 检测剖面波幅异常判断的临界值；一一第 j 检测剖面的声测线总数。 当式(10.5.6-3)成立时，波幅可判为异常。【条文说明】波幅临界值判据式为A i (j)VA (j)-6,即选择当信号首波幅值衰减量pim为对应检测剖面所有信号首波幅值衰减量平均值的一半时的波幅分贝数为临界值，在具体应 用中应注意下面几点：波幅判据没有采用如声速判据那样的各检测剖面取平均值的办法，而是采用单剖面判据， 这是因为不同剖面间测距及声耦合状况差别较大，使波幅不具有可比性。此外，波幅的衰减受桩身混凝土不均匀性、声波传播路径和点源距离的影响，故应考虑声测 管间距较大时波幅分散性而采取适当的调整。因波幅的分贝数受仪器、传感器灵敏度及发射能量的影响，故应在考虑这些影响的基础上再 采用波幅临界值判据。当波幅差异性较大时，应与声速变化及主频变化情况相结合进行综合分析。10.5.7 当采用信号主频值作为辅助异常声测线判据时，主频-深度曲线上主频值明显降低的 声测线可判定为异常。【条文说明】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。接收信号的主频受诸如测试系统的状态、声耦 合状况、测距等许多非缺陷因素的影响，测试值没有声速稳定，对缺陷的敏感性不及波幅。 在实用时，作为声速、波幅等主要声参数判据之外的一个辅助判据。 在使用主频判据时，应保持声波换能器具有单峰的幅频特性和良好的耦合一致性，若采用 FFT 方法计算主频值，还应保证足够的频域分辨率。10.5.8 当采用接收信号的能量作为辅助异常声测线判据时，能量-深度曲线上接收信号能量 明显降低可判定为异常。【条文说明】 接收信号的能量与接收信号的幅值存在正相关性，可以将约定的某一足够长 时间段内的声波信号时域曲线的绝对值对时间积分后得到的结果(或约定的某一足够长时段 内的声波信号时域曲线的平均幅值)作为能量指标。接收信号的能量反映了声波在混凝土介 质中各个声传播路径上能量总体衰减情况，是测区混凝土质量的全面、综合反映，也是波形 畸变程度的量化指标。1059当采用斜率法的PSD值作为辅助异常声测线判据时，PSD值应按下列公式计算：( 10.5.9)式中：5(j)第j检测剖面第i声测线声时(ys)；tc，1 (j)第j检测剖面第i1声测线声时(ys)；z.第i声测线深度(m)；iz第i1声测线深度(m)。根据PSD值在某深度处的突变，结合波幅变化情况，进行异常声测线判定。【条文说明】 在桩身缺陷的边缘，实测声时将发生突变，桩身存在缺陷的声测线对应声时 深度曲线上的突变点。经声时差加权后的PSD判据图更能突出桩身存在缺陷的声测线， 并在一定程度上减小了声测管的平行度差或混凝土不均匀等非缺陷因素对数据分析判断的 影响。在实际应用时可先假定缺陷的性质（如夹层、空洞、蜂窝等）和尺寸，来计算临界状 态的PSD值，作为PSD临界值判据，但需对缺陷区的声波波速作假定。10.5.10 因声测管严重倾斜扭曲，而不能对测距进行有效修正时，不应提供声波透射法检测 结果。10.5.11 桩身缺陷的空间分布范围可根据以下情况判定：1 桩身同一深度上各检测剖面桩身缺陷的分布；2 复测和加密测试的结果。【条文说明】 声波透射法与其它的桩身完整性检测方法相比，具有信息量更丰富、全面、 细致的特点：可以依据对桩身缺陷处加密测试（斜测、交叉斜测、扇形扫测以及CT影像技 术）来确定缺陷几何尺寸；可以将不同检测剖面在同一深度的桩身缺陷状况进行横向关联， 来判定桩身缺陷的横向分布。10.5.12 桩身完整性类别应结合桩身缺陷的数量、缺陷处声测线的声学特征、缺陷的空间分 布范围按本规范表3.5.1 的规定和表 10.5.12 的特征进行综合判定。表 10.5.12 桩身完整性判定 类别 情况分组特 征声测线的声学特征异常声测 异常声测线线数量 空间分布范围所有声测线声学参数正常，接收波形正 /两种情况之 常，混凝土声速高于低限值。I 一混凝土声速高于低限值且有下列特征之一： 少 小1 多个声学参数轻微异常；2 个别声学参数明显异常，其他声学参数 正常；3 接收波形轻微异常。 混凝土声速高于低限值且有下列特征之一： 多 小1 多个声学参数轻微异常；2 个别声学参数明显异常，其他声学参数 正常；3 接收波形轻微异常。II 三种情况之混凝土声速高于低限值且有下列特征之一 一： 少 大1 多个声学参数轻微异常；2 个别声学参数明显异常，其他声学参数 正常；3 接收波形轻微异常。 有下列特征之一：1 个别声学参数严重异常，其他声学参数明显异常； 少 小2 多个声学参数严重异常；3 接收波形严重畸变，或无法检测首波信号；4 混凝土声速低于低限值。 混凝土声速高于低限值且有下列特征之 一： 多 大1 多个声学参数轻微异常；2 个别声学参数明显异常，其他声学参数正常；3 接收波形轻微异常。 混凝土声速高于低限值且有下列特征之1 多个声学参数明显异常； 多 小Ill四种情况之2个别声学参数严重异常,其他声学参数一正常或轻微异常；3 接收波形明显畸变。 混凝土声速高于低限值且有下列特征之1 多个声学参数明显异常；少大2 个别声学参数严重异常,其他声学参数正常或轻微异常；3 接收波形明显畸变。有下列特征之一：1 个别声学参数严重异常,其他声学参数明显异常；少小2 多个声学参数严重异常；3 接收波形严重畸变,或无法检测首波信号；4 混凝土声速低于低限值。有下列特征之一：1 个别声学参数严重异常,其他声学参数明显异常；多/2 多个声学参数严重异常；3 接收波形严重畸变,或无法检测首波信号；4 混凝土声速低于低限值。 混凝土声速高于低限值且有下列特征之W 三种情况之一：一1 多个声学参数明显异常；多大2 个别声学参数严重异常,其他声学参数正常或轻微异常；3 接收波形明显畸变。有下列特征之一：1 个别声学参数严重异常，其他声学参数明显异常； 少 大2 多个声学参数严重异常；3 接收波形严重畸变，或无法检测首波信号；4 混凝土声速低于低限值。注：1完整性类别由W类往I类依次判定。2 对异常声测线数量多或少进行判定时应考虑测试时声测线间距的大小。【条文说明】 表10.5.12围绕桩身缺陷这个核心，综合考虑桩身缺陷的数量（对应异常声测 线的数量）、缺陷的程度（对应异常声测线的声学特征）、空间分布范围（对应异常声测线 连续分布的空间范围），对桩身完整性等级进行判定，体现了声波透射法的特点。缺陷空间 分布范围大小的判定是一个相对的概念，是缺陷的几何尺寸与桩径、桩长等几何参数相比较 的结果。桩身缺陷数量多或少的判断也与桩的几何尺寸有关。10.5.13 检测报告除应包括本规范第3.5.5 条内容外，还应包括下列内容：1 声测管布置图及声测剖面编号；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座标系；3当采用主频值、PSD值、接收信号能量进行辅助分析判定时，绘制主频-深度曲线、PSD 曲线、能量-深度曲线；4 各检测剖面实测波列图；5 必要时，对加密测试、扇形扫测的有关情况进行说明；6 当对管距进行修正时，应注明进行管距修正的范围及方法。【条文说明】 实测波形的后续部分可反映声波在接、收换能器之间的混凝土介质中各种声 传播路径上总能量衰减状况，其影响区域大于首波，因此检测剖面的实测波形波列图有助于 测试人员对桩身缺陷程度及位置直观地判定。附录 A 桩身内力测试A. 0.1 基桩内力测试适用于混凝土预制桩、钢桩、组合型桩，也可用于桩身横截面尺寸基本 恒定或已知的混凝土灌注桩。【条文说明】 通过内力测试可解决如下问题：对竖向抗压静载试验桩，可得到桩侧各土层 的分层抗压侧阻力和桩端支承力；对竖向抗拔静荷载试验桩，可得到桩侧土的分层抗拔侧阻 力；对水平静荷载试验桩，可求得桩身弯矩分布，最大弯矩位置等；对需进行负摩阻力测试 的试验桩，可得到桩侧各土层的负摩阻力及中性点位置；对打入式预制混凝土桩和钢桩，可 得到打桩过程中桩身各部位的锤击拉、压应力。类型特性振弦式传感器电阻应变式传感器滑动测微计光纤应变计传感器体积大较小大小蠕变较大，适宜于长 期观测较大，需提高制 作技术、工艺解 决无蠕变问题较小，适宜于长 期观测测量灵敏度较低较咼较咼较咼温度变化的 影响温度变化范围较 大时需要修正可以实现温度变 化的自补偿温度变化范围较 大时应修正可以实现温度变 化的自补偿长导线影响不影响测试结果除非采用六线 制，否则需进行 长导线电阻影响 的修正不存在导线影响 问题不影响测试结果自身补偿能 力补偿能力弱对自身的弯曲、 扭曲可以自补偿可通过标定解决 零漂和温度影响可以自补偿对绝缘的要 求要求不咼要求高无要求要求不咼动态响应-好-埋设工作量大大大较大A. 0.2 基桩内力测试可根据测试目的、试验桩型及施工工艺选用电阻应变式传感器、振弦式 传感器、滑动测微计或光纤式应变传感器。【条文说明】 根据检测目的、试验桩型、施工工艺及要求，可按表4 中的传感器技术、环 境特性，选择适合的测试技术。检测前应对传感器进行自校，当需要检测桩身某断面或桩端 位移时，可在需检测断面设置位移杆，也可通过滑动测微计直接测量。表4传感器技术、环境特性一览表A.0.3 传感器 测量断 面的设 置和埋 设传感 器的数 量宜符 合下列 规定： 1测 量断面 应设置 在两种 不同性 质土层 的界面 处。在地 面处（或 以上）应 设置一 个测量断面作为传感器标定断面。测量断面距桩顶和桩底的距离不宜小于1 倍桩径。2同一断面处可对称埋设24个传感器，当桩径较大或试验要求较高时取高值。A.04采用滑动测微计时，可在桩身内通长埋设1根以上测管，测管内每隔1m设测标（测 量断面）一个。【条文说明】 滑动测微计测管具较大体积，一般根据桩径的大小以及桩顶以上操作空间决 定测管的埋设数量，对灌注桩宜对称埋设不少于2根；对预制桩，当埋设1 根测管时，宜将 测管埋设在桩中心轴上。对水平静荷载试验桩，宜沿受力方向在桩两侧对称埋设2 根测管， 测管可不通长埋设，但应大于水平力影响深度。A05 应变传感器安装方式可根据不同桩型分别选用：1 钢桩可将电阻应变计直接粘贴在桩身上，振弦式和光纤式传感器可采用焊接或螺栓连 接固定在桩身上。2 混凝土桩可采用焊接或绑焊工艺将传感器固定在钢筋笼上，对采用蒸汽养护或高压蒸 养的混凝土预制桩，应选用耐高温的电阻应变计、粘贴剂和导线。【条文说明】 应变式传感器可按全桥或半桥方式制作，宜优先采用全桥方式。传感器的测 量片和补偿片应选用同一规格同一批号的产品，按轴向、横向准确地粘贴在钢筋同一断面上。 测点的连接应采用屏蔽电缆，导线的对地绝缘电阻值应在500MQ以上；使用前应将整卷电 缆除两端外全部浸入水中lh,测量芯线与水的绝缘；电缆屏蔽线应与钢筋绝缘；测量和补 偿所用连接电缆的长度和线径应相同。应变式传感器可视以下情况采用不同制作方法：1 对钢桩可采用以下两种方法之一：1）将应变计用特殊的粘贴剂直接贴在钢桩的桩身，应变计宜采用标距36mm的3500胶 基箔式应变计,不得使用纸基应变计。粘贴前应将贴片区表面除锈磨平,用有机溶剂去污清 洗，待干燥后粘贴应变计。粘贴好的应变计应采取可靠的防水防潮密封防护措施。2）将应变式传感器直接固定在测量位置。2 对混凝土预制桩和灌注桩，应变传感器的制作和埋设可视具体情况采用以下三种方法 之一：1） 在6001000mm长的钢筋上，轴向、横向粘贴四个（二个）应变计组成全桥（半桥）， 经防水绝缘处理后，到材料试验机上进行应力-应变关系标定。标定时的最大拉力宜控制在 钢筋抗拉强度设计值的 60%以内，经三次重复标定，应力-应变曲线的线性、滞后和重复性 满足要求后，方可采用。传感器应在浇筑混凝土前按指定位置焊接或绑扎（泥浆护壁灌注桩 应焊接）在主筋上，并满足规范对钢筋锚固长度的要求。固定后带应变计的钢筋不得弯曲变 形或有附加应力产生。2）直接将电阻应变计粘贴在桩身指定断面的主筋上，其制作方法及要求同本条第1 款钢桩 上粘贴应变计的方法及要求。A.0.6 电阻应变式传感器及其连接电缆均应有可靠的防潮绝缘防护措施；正式测试前，传感 器及电缆的系统绝缘电阻不得低于200MQ。A.0.7应变测量所用的仪器宜具有多点自动测量功能，仪器的分辨力应优于或等于1憾。A.0.8 弦式钢筋计应按主筋直径大小选择。通过与之匹配的频率仪进行测量，频率仪的分辨 力应优于或等于1Hz，仪器的可测频率范围应大于桩在最大加载时的频率的1.2倍。使用前 应对钢筋计逐个标定，得出压力（拉力）与频率之间的关系。A.0.9 带有接长杆弦式钢筋计可焊接在主筋上；不宜采用螺纹连接。A.0.10 滑动测微计测管的埋设应确保测标同桩身位移协调一致，并保持测标清洁，可视以 下情况采用不同方法安装测管：1 对钢管桩可将测标牢靠焊接在桩壁内侧。2 对非高温养护预制桩可将测管预埋在预制桩中；管桩可在沉桩后将测管放入中心孔中， 用含膨润土水泥浆充填测管与桩壁间的空隙。3 对灌注桩，在浇筑混凝土前将测管绑扎在主筋上，并防止钢筋笼过度扭曲。 【条文说明】 滑动测微计探头直接测试的是相邻测标间的应变，应确保测标能与桩体位移 协调一致才能测试得到桩体的应变；同时桩身内力测试对应变测试的精度要求极高，必须保 持测标在埋设直至测试结束过程中的清洁，防止杂质污染。对灌注桩，若钢筋笼过长、主筋 过细，会导致钢筋笼及绑扎在其上的测管严重扭曲从而影响测试，宜采取措施防范。A.0.11 滑动测微计测试前后，应进行仪器标定，获得仪器零点和标定系数。A.0.12 当桩身应变与桩身位移需要同时测量时，桩身位移测试应与桩身应变测试同步。A.0.13 测试数据整理应符合下列规定：1 采用电阻应变式传感器测量但未采用六线制长线补偿时，按下列公式对实测应变值进行导 线电阻修正：采用半桥测量时：（A.0.13-1）采用全桥测量时：（A.0.13-2）式中：修正后的应变值；修正前的应变值；r导线电阻（Q）；R应变计电阻（Q）。2 采用弦式钢筋计测量时，将钢筋计实测频率通过率定系数换算成力，再计算成与钢筋 计断面处的混凝土应变相等的钢筋应变量。3 采用滑动测微计测量时，应按下列公式计算应变：（ A.0.13-3）（ A.0.13-4）式中：e仪器读数修正值；e仪器读数；z0仪器零点；K率定系数；应变值；e0初始测试仪器读数修正值。4 在数据整理过程中，应将异常测点删除，求出同一断面有效测点的应变平均值，并按 下式计算该断面处桩身轴力：（ A.0.13-5）式中：Q.桩身第i断面处轴力（kN）；i第 i 断面处应变平均值，长期监测时应消除桩身徐变影响；E.第i断面处桩身材料弹性模量（kPa）；当混凝土桩桩身测量断面与标定断面两者的材 i质、配筋一致时，应按标定断面处的应力与应变的比值确定；A.第i断面处桩身截面面积（m2）。i5 按每级试验荷载下桩身不同断面处的轴力值制成表格，并绘制轴力分布图。再由桩顶 极限荷载下对应的各断面轴力值计算桩侧土的分层极限侧阻力和极限端阻力：（A.0.13-6）（A.0.13-7）式中：q i桩第i断面与i+1断面间侧阻力（kPa）；siq桩的端阻力（kPa）；pi桩检测断面顺序号，i=l, 2,，n并自桩顶以下从小到大排列；u桩身周长（m）；I.第i断面与第i+1断面之间的桩长（m）；iQ桩端的轴力（kN）；nA0桩端面积（m2）。6 桩身第 i 断面处的钢筋应力可按下式计算：o. = E .（A.0.13-8）si s si式中：o.桩身第i断面处的钢筋应力（kPa）；siE钢筋弹性模量（kPa）；S ,桩身第i断面处的钢筋应变。si【条文说明】电阻应变测量通常采用四线制，导线长度超过510m就需对导线电阻引起的 桥压下降进行修正。采用六线制长线补偿是指通过增加2根导线作为补偿取样端，从而形成 闭合回路，消除长导线电阻及温度变化带来的误差。由于混凝土属于非线性材料，当应变或应力水平增加时，其模量会发生不同程度递减，E,并非常数，实则为割线模量。因此需要将测量断面实测应变值对照标定断面的应力应变i曲线进行内插取值。进行长期监测时，桩体在内力长期作用下除发生弹性应变外，也会发生徐变，若得到的 应变中包含较大的徐变量，应将徐变量予以扣除。A.0.14 沉降杆应具有一定的刚度，宜采用内外管形式：外管固定在桩身，内管下端固定在 需测试断面，顶端高出外管100200m m,并能与测试断面同步位移。A.0.15 测量沉降杆位移的检测仪器应符合本规范第4.2.4 条的规定。数据的测读应与桩顶位 移测量同步。A.0.16当沉降杆底端固定断面处桩身埋设有应变传感器时，可得到该断面处桩身轴力Q. 和位移 s 。.附录 B 混凝土桩桩头处理B. 0.1 混凝土桩应先凿掉桩顶部的破碎层和软弱混凝土。B. 0.2 桩头顶面应平整，桩头中轴线与桩身上部的中轴线应重合。B.0.3 桩头主筋应全部直通至桩顶混凝土保护层之下，各主筋应在同一高度上。B.0.4距桩顶1倍桩径范围内，宜用厚度为35mm的钢板围裹或距桩顶1.5倍桩径范围内 设置箍筋，间距不宜大于100mm。桩顶应设置钢筋网片12层，间距60100mm。B.0.5 桩头混凝土强度等级宜比桩身混凝土提高12 级，且不得低于 C30。B.0.6 高应变法检测的桩头测点处截面尺寸应与原桩身截面尺寸相同。B.0.7 桩顶应用水平尺找平。附录 C 静载试验记录表C. 0.1单桩竖向抗压静载试验的现场检测数据宜按附表C.0.1的格式记录。C. 0.2单桩水平静载试验的现场检测数据宜按附表C.0.2的格式记录。附表 C.0.1 单桩竖向抗压静载试验记录表工程名称桩号日期加 载 级油压荷载测读位移计(百分表)读数本级 沉降 (mm)累计 沉降 (mm)备注(MPa)(kN)时间1号2号3号4号检测单位： 校核： 记录：附表 C.0.2 单桩水平静载试验记录表工程名称桩号日期上下表距油压(MPa)荷载(kN)观测时间循 环 数加载卸载水平位移(mm)加载上下、土表读数差转角备注上 表下 表上 表下 表加载卸载检测单位： 校核： 记录：附录 D 钻芯法检测记录表D.0.1钻芯法检测的现场操作记录和芯样编录应分别按附表D.0.1-1、D.0.1-2的 格式记录；检测芯样综合柱状图应按附表D.0.1-3的格式记录和描述。附表 D.0.1-1钻芯法检测现场操作记录表桩号孔号工程名称时间钻进(m)芯样芯样长度残留编号(m)芯样芯样初步描述及自至自至计异常情况记录检测日期机长：记录：页次：附表 D.0.1-2 钻芯法检测芯样编录表工程名称日期桩