10.1 一般规定

10.1.1 超声波法包括跨孔声波透射法和单孔声波折射法。

10.1.2 声波透射法适用于检测直径不小于800mm 的混凝土灌注桩的完整性检测，评判桩身 缺陷的位置、范围和程度；单孔声波折射法适用于辅助评判缺陷的位置、范围和程度。

条文说明

在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦合，超声波从一根声测管中发射，在另一根 声测管中接收，或单孔中发射并接收，可以测出被测混凝土介质的声学参数。由于超声波在 混凝土中遇到缺陷时会产生绕射、反射和折射，因而到达接收换能器时声时、波幅及主频发 生改变。超声波法就是利用这些声波特征参数来判别桩身的完整性，评定桩身缺陷的位置、 范围和程度，但由于受混凝土的配比、原材料因素的影响，声参量并未与混凝土的强度建立 良好的已知对应关系，不能用于推测桩身混凝土强度。

对于跨孔声波透射法，当桩径较小时，声测管间距也较小，其测试误差相对较大，同时 预埋声测管也易引起附加的灌注桩施工质量问题。因此，本规程规定跨孔声波透射法用于桩 径不小于800mm 的灌注桩。

单孔声波折射法是根据公路桥梁对基桩的质量要求，检测钻芯孔孔壁周围的混凝土质量， 由于其对单桩的检查范围不如透射法大， 一般作为钻芯检测后了解芯样周围混凝土质量的一  种补充手段。

10.2 检测仪器设备

10.2.1  检测仪器系统应由径向换能器、声波发射、接收放大、数据采集、数据处理、显示 及存储等部分组成。

条文说明

检测仪器系统的组成是根据其检测的功能要求而定的，对采集、处理和存储的要求是为 了提升现场检测、后续数据分析及报告编写的效率。

10.2.2  检测仪应具有波形实时显示和声参量自动判读功能。当采用单孔声波折射法检测 时，应具有一发双收功能。

条文说明

当采用单孔声波折射法时需要一发双收功能，实时显示波形和声参量自动判读功能，是 为了提高现场检测及室内数据处理的工作效率，保证检测结果的准确性。

10.2.3  声波发射应采用高压脉冲激振，其波形为阶跃脉冲或矩形脉冲，脉冲电压宜为 250~1000V, 且分档可调。

条文说明

声波发射电压在一定范围内的大小决定了声波发射的能量大小，影响声波的穿透距离， 过大会造成首波削波、过小会造成信号弱，影响声参量的测量结果，通常根据测距及混凝土 情况进行调整。

10.2.4  接收放大与信号采集应符合下列规定：

1  接收放大器的频带宽度为5~200kHz, 增益分辨率不低于0.1dB, 噪声有效值不大于 10μV; 仪器动态范围不小于100dB, 测量允许误差小于1dB。

2  声时测量范围大于2000 μs, 声时分辨率优于1μs, 声时测量误差优于2%。

3  采集器模-数转换不低于8bit,采样频率不小于10MHz,  采样长度不小于8kB。

条文说明

检测换能器的接收信号主频一般为几十千赫兹，为了避免低频噪声干扰造成信号的波动， 引起误判或漏判，同时避免频带过宽带来的噪声干扰加大影响仪器对弱信号的接收能力，规 定了频带范围、噪声有效值：为了准确获取波幅参量，规定了与该值测量相关的指标；为了 准确测量声速，规定了与声时测量相关的指标。

10.2.5    径向换能器应符合下列规定：

1  径向水平面应无指向性。

2  谐振频率选用宜大于25kHz。

3  在1MPa 水压下应能正常工作。

4  收、发换能器的导线均应有长度标注，其标注允许偏差不应大于10mm。

5    接收换能器宜带有前置放大器，频带宽度宜为5～60kHz。

6  单孔检测采用“一发双收”一体型换能器，其中发射换能器至接收换能器的最近距离 不应小于300mm,   两接收换能器的间距宜为200mm。

条文说明

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。但因声波发射频率的提高，将使声波穿透能力下降。所以仍推荐目前普遍采用的5~  60kHz的谐振频率范围。

基桩中的声波检测一般以水作为耦合剂，换能器的水密性指标规定为1MPa满足大部分长 度小于100m的工程桩的检测要求，但对于信号线的长度超过100m 的换能器一般同比提高其水 密性指标的要求，保证其安全可靠。

换能器导线的长度标注的准确性会影响对于缺陷部位在深度方向的定位及桩长测量结果 的准确性，而导线在使用一段时间后会因为变形等原因造成不准，因此需要定期对换能器导 线的长度进行标定和修正。

当测距较大接收信号较弱时，也可选用带前置放大器的接收换能器，或采用低频换能器， 提高仪器的有效测量距离。

10.3  现场检测技术

10.3.1 声测管的埋设应符合下列规定：

1    当桩径小于1000mm 时，应埋设二根管；当桩径大于或等于1000mm且小于或等于

1600mm 时，应埋设三根管；当桩径大于1600mm 且小于2500mm 时，应埋设四根管；当桩径 大于或等于2500mm 时，应增加声测管的数量。

2    声测管应采用金属管，壁厚不应小于2mm,    其内径应比换能器外径大不小于15mm, 金属管宜采用螺纹连接或套管焊接等工艺，且不渗漏。

3  声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，均匀布置，且互相平行、定位准确，并埋 设至桩底，管口宜高出混凝土顶高程100mm。

4  声测管管底应封闭，管口应加盖。管底、管口及各连接部位应密封。

条文说明

在声波透射法检测中，超声波特征值与收、发检测管间连线两边窄带区域(声测剖面) 的混凝土质量密切相关。当灌注桩的直径增大时，每组声测管间超声波的混凝土检测范围占 桩截面积比例减小，不能反映桩身截面混凝土的整体质量状况，因此，声测管的数量及布置

方法决定了桩身混凝土设计的检测面积和检测范围，对直径大的桩应增加声测管的数量，当 直径大于2500mm 时，建议埋设的声测管数量使得声测管理论中心距不大于1800mm。

检测管的内径一般比换能器外径大不小于15mm,  是为了便于换能器在管中上下移动。当  对换能器加设定位器时，检测管内径可比换能器外径大20mm。公路基桩大多数是大桩、长桩， 由于混凝土的水化热作用及钢筋笼安放和混凝土浇注过程存在较大的作用力，容易造成声测  管变形、断裂，从而影响检测工作的顺利进行。因此，声测管应采用金属管。

声测管布置的示意图如图10.3.1所示。

由于声测管间距随深度的变化难以确定，各深度处的声速只能采用两根声测管在桩顶处 的间距来计算。应将声测管埋设得相互平行，同时保证在下钢筋笼的过程中，声测管固定牢 固不脱开，否则会给分析判断带来误差；在安装三根管或四根声测管时，若混凝土浇灌条件 许可，在埋设每段声测管时测量管距，并焊接等长水平撑杆加以固定；在焊接检测管时，为 避免产生混凝土漏浆和因焊渣造成管内堵塞问题，检测管一般不采用对焊方法连接。为了检 测桩底的沉淀情况及核验实际桩长，声测管埋设至桩底(接触原状地层)。

10.3.2    检测前的准备应符合下列规定：

1  标定超声波检测仪发射至接收的系统延迟时间to。

2  声测管内灌满清水，且保证换能器应能在声测管中升降畅通。

3  应准确测量声测管的管径和壁厚，测量精度为±0.1mm;  测量桩头处声测管外壁相互之 间距离，测量精度为±1mm。

4  取芯孔作为超声波法的检测通道时，其垂直度误差不应大于0.5%,检测前应进行孔 内清洗。

5  声测管的编号宜以路线前进方向的顶点为起始点，按顺时针旋转方向进行编号和分 组，每二根编为一组。

6  在检测开始前或检测过程中应避免如强的电流、磁场或与检测信号频率相当的其他振 动干扰。

条文说明

换能器从发射至接收系统产生的系统延迟时间为t 。, 其测试方法如下：将发、收换能器 平行置于清水中的同一高度，其中心间距从400mm 左右、以100mm 的间距开始逐次加大两换 能器之间的距离，同时测量与之相应的声时；再分别以纵、横轴表示间距和声时作图，在声 时横轴上的截距即为t₀,    也可用线性回归的方法计算出t₀ 。 为保证测试精度，两换能器间距 的测量误差不大于0.5%,测量点不少于5个点。

浑浊水将加大声波衰减和延长传播时间，继而会给声波检测结果带来误差。因此，检测 时应先冲洗声测管并灌满清水。

根据公路工程的特点和便于了解桩身缺陷存在的方位，本规程规定声测管编号规则。

10.3.3  检测方法应符合下列要求：

1    测点间距不应大于250mm。发射与接收换能器应以相同高程同步升降，其累计相对高 差不应大于20mm,   并随时校正。

2  在对同一根桩的检测过程中，声波发射电压和仪器参数设置等应保持不变。

3  检测过程中应读取并存储各测点的声参量，同时应存储各测点包含首波的波形或波 列。

4  对于声时值和波幅值出现明显异常的部位，应采用加密平测、双向斜测或扇形扫测进 行局部细测，确定桩身混凝土缺陷的位置、大小和严重程度；上述细测的测点间距不应大于 100mm;   局部斜测时两支换能器发射、接收部分的中心连线与水平面的夹角不应小于30°。也 可利用CT 技术进行扫测和数据分析。

条文说明

在声波透射法检测中，随时校准收、发换能器所在的深度是否相同，以避免由于过大的 相对高差而产生较大的测试误差。为防止漏检桩身混凝土的缺陷，上、下相邻两测点的间距 不应大于250mm。

声时和波幅是声波透射法检测混凝土灌注桩质量中的两个重要指标，其中波幅对混凝土 内部缺陷的反应往往比声时更具敏感性。在实际检测中，波幅是一个相对量，为了使不同位 置处的检测数据具有可比性，在同一根桩的检测过程中，声波发射电压及仪器参数应恒定。

对可疑缺陷的细测有水平加密、等差同步和扇形扫测三种方法。其中水平加密细测是基  本方法，而目前因自动深度记录及声参量采集的设备大量应用，水平同步测试的测点间距一  般较小，对于水平测试时测点间距不大于100mm 的情况，无加密测试的必要；而双向斜测或  扇形扫测主要用于确定缺陷在径向的位置和大小，对于桩身完整性分类的判定十分重要，在  平测后对平测数据异常的区域进行初步分析，如初步判断该桩有可能判为Ⅲ类、IV 类或在I类、Ⅲ类之间时，应做双向斜测或扇形扫测(桩底沉淀和桩头低强区除外),以便为后续判断 提供准确依据；其发、收换能器连线的水平夹角越大，斜测法对缺陷径向范围的分辨力越高， 但考虑到换能器在深度方向的指向性存在， 一般为30°以上即可。CT 技术的应用需要专门的分  析软件，虽然不作强制推行，但提倡有条件的检测单位将其作为桩身缺陷定量分析的方法使用。

10.4 检测数据分析与评判

10.4.1 声时的修正值应按式计算：

式中： t′——声时修正值(μs);

D—— 声测管外径(mm);

d—— 声测管内径 (mm);

d'—— 换能器外径 (mm);

v₂—— 声测管壁厚度方向声速值 (km/s);

vw—— 水的声速值 (km/s)。

条文说明

对钢质声测管，声速一般取6000m/s;20℃   时水的声速一般取1480m/s。

10.4.2 声时、声速和声速平均值应按式(10.4.2-1)~式(10.4.2-3)计算。

式中：v,——第 i 个测点声速值 (km/s);

l—— 两根声测管外壁间的距离 (mm);

vm——声 速 平 均 值 (km/s);

n——测 点 数 。

10.4.3 单孔折射法的数据应按下列方式计算、处理：

1  声时差、声速值应按式(10.4.3-1)、式(10.4.3-2)计算。

式中： v,—— 第 i 测点的声速值 (km/s);

△t—— 两个接收换能器间的声时差(μs); t₁—— 近道接收换能器声时(μs);

t₂—— 远道接收换能器声时(μs);

h—— 两个接收换能器间的距离 (mm)。

2  声速平均值vm应按式(10.4.2-3)计算。

3  声速数据处理方法及评判应按第10.4.6~10.4.8条处理。

4  波幅为最下端接收换能器的接收信号幅度，波幅的数据处理及评判应按第10.4.9条处理。

10.4.4  PSD值应按式(10.4.4)计算：

式中：PSD——  声时-深度曲线上相邻两点连线的斜率与声时差的乘积(μs²/m);

t,—— 第 i个测点声时值(μs);

t-1——第i-1 个测点声时值(μs);

z,——第 i个测点深度 (m);

2.₋1——第 i-1 个测点深度(m)。

10.4.5 应绘制被测桩各剖面的声速-深度曲线、波幅-深度曲线、PSD- 深度曲线。

10.4.6    声速数据处理应符合下列规定：

1  当声测管倾斜造成声速-深度曲线在一定深度范围内缓慢上升或下降而波幅基本不变 时，可对管距进行合理修正后对数据进行统计分析。当存在堵管现象而无法测试的部分，不 应做整桩完整性评判。

2  应将剖面各声测点的声速值v 由大到小依次排序，即：

v₁≥v₂≥ …vk≥ …v₁₋1≥v≥v+1≥ …vn-k≥ …vn- 1≥vn                       (10.4.6-1)

式中：v.—— 第 i 测点的声速 (km/s),i=1,2,……,n;

n—— 剖面的测点总数；

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, … …

3  应对逐一去掉v(j)   中 k 个最小数值和k’ 个数值后的其余数据进行统计计算：

式中：o₁—— 剖面的声速异常小值判断值 (km/s);

Vo₂——剖面的声速异常大值判断值 (km/s);

vm——(n-k-k’)   个数据的平均值 (km/s);

s——(n-k-k')            个数据的标准差 (km/s);

C.——(n-k-k′)   个数据的变异系数；

λ——由表10.4.6查得的与 (n-k-k′)  相对应的系数。

4  应按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v 与异常判断值v₀1进行比较，当ʙ-≤V01 时，则去掉最小数据；将数据v+1 与v。2进 行比较，当vx+≥v₀₂时去掉数据，每次剔除一个数据，对剩余数据构成的数列重复式

(10.4.6-2)～(10.4.6-5)的计算步骤，直到下列两式成立：

Vn-

Vx+1Vo₂                                                     (10.4.6-8)

5  剖面各测点的声速异常判断概率统计值应按下列方法确定：

式 中 ：vo——   剖面各测点声速异常判断概率统计值。

条文说明

当声测管倾斜时，声测管弯曲部分各测点测距将偏离在桩头的测量值，导致声速值偏离 混凝土声速正常取值， 一 般这种变化沿深度方向有 一 定规律，表现为仅有声速值有规律地偏 离(高或低)混凝土正常取值，此时 一 般采用曲线拟合等方法对各条测线测距作合理修正， 然后重新计算各测点的声速。

如果不对声测管倾斜进行合理的修正，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可作测距修正。但是，对子各测点声速值的偏离沿深度方向无变化规 律的，不得随意修正。因堵管导致数掘不全，只能对有效检测范围内的桩身进行评判，不 得进行整根桩的完整性评判，此时 一 般采用钻孔取芯法、低应变反射波法等其他适用的方 法进行检测和评判。

在正常情况下其剖面各测点的声速测试值近似服从正态分布规律。但是，由子桩身混 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，别除偏离正态分布 的测点，然后对剩余的服从正态分布规律的测点数据进行统计计算。

计算剖面声速临界值时采用了“双边别除法”。 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测点的声速值向小值 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、以及部分测点可能存在声波沿环向钢筋的绕射等因 素也可能导致某些测点声速测值向大值方向偏离正态分布，这也属子非正常情况，在声速  临界值的计算时也需要别除，否则两边的数据不对称，加剧剩余数掘偏离正态分布影响。

正态分布特征参数 v和s的推定 。

双别法是按照下列顺序逐 一 别除： ( 1 ) 异 常 小 ， ( 2 ) 异 常 大 ， ( 3 ) 异 常 小 ， … … , 每次统计计算后只别 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 个测点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vo₁=vm -As 和值

Yo₂=vm+is,      依次将声速数列中大于v₀  或小于v₀1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(10.4.6-7)和式(10.4.6-8)同  时满足，此时认为剩余数据全部服从正态分布规律。 Vo₁ 就是判断声速异常的概率法统计值。

桩身混凝土均匀性采用离差系数C,=s/vm 评判。

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 较小，可能导致临界值vo₁ 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 过大，可 能会导致临界值v。过小从而导致漏判。为尽量减小出现上述两种情况的机率，对变异系数

C, 作了限定。

10.4.7  剖面的声速临界值应按下列方法确定：

1  应根据预留同条件混凝土试件或钻孔取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V₁ 和平均值p。

2     当V₁

式中： v.——检测剖面的声速异常判断临界值。

3  当 v₀≤V      或 v₀≥v      时，应分析原因， v。的取值可参考同一桩的其他检测剖面的声速 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被检桩的声速异常判断临界值， 进行综合确定。

条文说明

概率法考察的只是各测点声速与相应检测剖面内所有测点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，此时，不能将概率法临界值v。作为该检测剖面各声 测线声速异常判断临界值v。,  式(10.4.7)就是对概率法判据值作合理的限定。

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桩。

10.4.8 声速异常时的临界值判据为：

v≤V.         (10.4.8)

当式(10.4.8)成立时，测点的声速可判定为异常，应将其作为可疑缺陷区。

10.4.9 波幅临界值应按式10.4.9-1计算。当测点的波幅值小于波幅临界值时，应将其作为 可疑缺陷区。

式中：Ao—— 波幅临界值(dB);

A——波幅平均值 (dB);

A—— 第 i个测点波幅值 (dB);

n—— 测点数。

10.4.10 当PSD 值在某测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。

条文说明

PSD法是基于缺陷处声速的变化，引起声速-深度曲线的斜率明显增大，而声时差的大 小又与缺陷程度密切相关，两者之积对缺陷的反映将更加明显，因此，它能反映缺陷的位 置及位置的上下边界。用PSD 判断还可以减少声测管埋设不平行造成的声时变化对缺陷判 断的不利影响。但由于对其变化与缺陷的对应关系的量化程度研究不足，因此现在还无法 做出定量的规定。

10.4.11 被测桩的桩身完整性类别可根据各剖面的可疑缺陷区的分布、可疑缺陷区域测点 的声参量偏离正常值的程度和接收波形变化情况，结合桩型、地质情况、成桩工艺等因素， 按照表10.4.11的特征进行评判。

条文说明

综合考虑桩身缺陷的分布(深度及径向尺寸大小)、声参量偏离正常值的程度、接收波 形的变化，对桩身完整性类别进行判定，体现了超声波法的定性研究成果的特点。其中空  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。声参量偏离程度也是和该桩所用原材料、配合比、管距、检测设备类似的无  缺陷桩的声参量相比较，因此经验数据的统计，对于评判被检桩十分重要。

结合桩型、地质情况和成桩工艺等因素综合判定，目的使检测的结果更能符合表3.5.1 的要求，同时对归类于Ⅲ类桩、 IV类桩，充分考虑其现状是否能满足设计的要求，避免过  严或过松。

10.4.12    检测报告除应符合本规程第3.6节规定外，还应包括下列内容：

1  每根被检桩各剖面的声速-深度、波幅-深度和PSD 值-深度等曲线，并标记各自的临界 值，整桩波速、波幅的平均值。

2  缺陷状况和严重程度的分析说明。

3    对于Ⅲ、IV 类桩的报告还应附其缺陷区域的双向斜测或扇形测试结果的声阴影图。