1、聲波透射法檢測(cè)樁身完好性聲波透射法檢測(cè)樁身完好性聲波透射法超聲波法： 在樁身預(yù)埋一定數(shù)量的聲測(cè)管，經(jīng)過水的耦合，超聲波從一根聲測(cè)管中發(fā)射，在另一根聲測(cè)管中接納，或單孔中發(fā)射，可以測(cè)出被測(cè)混凝土介質(zhì)的參數(shù)。由于超聲波在混凝土中遇到缺陷時(shí)會(huì)波產(chǎn)生繞射、反射和折射，因此到達(dá)接納換能器時(shí)，根據(jù)聲時(shí)、波幅及主頻等特征參數(shù)的變化來判別樁身的完好性。 鑒于目前高重建筑、公路橋梁工程大量運(yùn)用大直徑樁和超長(zhǎng)樁，該方法將越來越多的運(yùn)用在基樁的檢測(cè)中。l聲學(xué)實(shí)際l檢測(cè)技術(shù)l測(cè)試方法l工程實(shí)例l動(dòng)搖與聲波的概念l聲波在介質(zhì)中的傳播速度l聲波在介質(zhì)界面上的反射與透射l聲波在傳播過程中的衰減l混凝土中的聲波特性次聲波：次

2、聲波：02101Hz可聞聲波：可聞聲波：2101Hz2104Hz超聲波：超聲波：2104Hz1010Hz特超聲波：特超聲波：1010Hz用于混凝土聲波透射法檢測(cè)的聲波頻率普通為：用于混凝土聲波透射法檢測(cè)的聲波頻率普通為：2104Hz2.51010Hz同樣根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向的可分為：同樣根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向的可分為：縱波、橫涉及外表波。縱波、橫涉及外表波。次聲波可聞聲波超聲波特超聲波0202020K20K100M100M 不同類型的波在傳播過程中速度各不一樣，且其聲速還取決于固體介質(zhì)的性質(zhì)密度、彈性模量、泊松比，所以聲速是表征介質(zhì)聲學(xué)特性的一個(gè)參數(shù)。另外，聲通的大小還與固體

3、介質(zhì)的邊境條件有關(guān)。 1、縱波聲速 在無限大固體介質(zhì)中傳播的縱波聲速： (1.11) 式中：E 楊氏彈性模量； 泊松比； 密度。 在有限固體介質(zhì)中傳播時(shí)，那么構(gòu)成制導(dǎo)波，其速度變小。 )21)(1 (1Evp)1 (212EGvs3、資料的彈性參數(shù)與聲速值 下表列出了部分資料的彈性參數(shù)與聲速值。 pspsps 經(jīng)過對(duì)固體介質(zhì)聲速的討論可以看出： 1介質(zhì)的彈性性能愈強(qiáng)即E或G愈大，密度愈小，那么聲速愈高。 2把1.11、1.12兩式相除，得到縱、橫波速度之比： (1.13) 對(duì)于普通固體介質(zhì)大約在0.33左右，故p s2?；炷恋牟此杀冉橛?.20、0.30之間，因此ps介于1.631.87之間

4、，即在混凝土中，縱波速度為橫波速度的1.631.87倍。 21)1 (2sp 聲波在無限大介質(zhì)中傳播只是在實(shí)際上成立。實(shí)踐上任何介質(zhì)總有一個(gè)邊境。當(dāng)聲波在傳播中從一種介質(zhì)到達(dá)另一種介質(zhì)時(shí)，在兩種介質(zhì)的分界面上，一部分聲波被反射，依然回到原來介質(zhì)中，稱為反射波；另一部分聲波那么透過界面進(jìn)入另一種介質(zhì)中繼續(xù)傳播，稱為折射波透射波。聲波透過界面時(shí)，其方向、強(qiáng)度、波型均產(chǎn)生變化。這種變化取決于兩種介質(zhì)的特性阻抗和入射波的方向?，F(xiàn)分垂直入射和傾斜入射兩種情況來討論。 1、垂直入射1單一的平面界面 當(dāng)平面波垂直入射到一個(gè)光滑平面界面時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)與入射波方向相反的反射波和一個(gè)與入射波方向一樣的透射波圖1-

5、10。這是波入射到界面上時(shí)最簡(jiǎn)單的情況。 先討論入射波、反射波和透射波聲壓之間的關(guān)系。在界面上，用反射波聲壓pr與入射波聲壓p0的比值表示聲壓反射率R，即： (1.14) 用透射波聲壓Pd與入射波聲壓p0的比值表示聲壓透射率D即： (1.15) 界面兩側(cè)兩種介質(zhì)的特性阻抗分別為Z1和Z2。0ppRrodppD 2、傾斜入射 當(dāng)聲波在一種介質(zhì)中傾斜入射到另一介質(zhì)界面時(shí)，將產(chǎn)生方向、角度及波形的變化。和光的傳播類似，聲波在界面上方向和角度的變化服從反射定律和折射定律，如圖1-11。21vvSinSini 以上情況可以在流體氣體、液體的分界面看到。在這種情況下，介質(zhì)中只需單一的波-縱波出現(xiàn)。 在固體

6、介質(zhì)分界面的情況那么復(fù)雜一些。當(dāng)一種波例如縱波入射到固體分界面時(shí)，不僅波方向發(fā)生變化且波型也發(fā)生變化，分別為反射縱波、反射橫波，折射縱波和折射橫波。各類波的傳播方向即反射角與折射角各不一樣，如圖1-12所示。 各種類型波的傳播方向的變化亦符合幾何光學(xué)中的反射定律和折射定律。其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下： (1.17)1p,2p縱波在第一、二介質(zhì)中的傳播速度； ip,p， p 縱波入射角、反射角、折射角；S，S橫波反射角、折射角。ssppssppppSinvSinvSinvSinvSiniv22111 增大入射波的入射角，那么折射波的折射角亦隨之增大。假設(shè)入射波是縱波，且1pip,即折射角大于入射角。當(dāng)ip

7、增大，p也增大，當(dāng)p90時(shí)，此時(shí)的入射角叫第一臨界角，用符號(hào)i 1；表示。顯然，當(dāng)入射角大于第一臨界角時(shí)，第二種介質(zhì)中只需折射橫波存在，如圖1-13。這是一種獲得橫波的方法。 第一臨界角 (1.18) 當(dāng)=90時(shí)，此時(shí)的入射角叫第二臨界角，用符號(hào)i 2表示，如圖1-14。 第二臨界角 (1.19) ppvvSini2111spvvSini2112 聲波在介質(zhì)中傳播過程中其振幅將隨傳播間隔的增大而逐漸減小的景象為衰減。聲波衰減的大小及其變化不僅取決于所運(yùn)用的超聲頻率及傳播間隔，也取決于被檢測(cè)資料的內(nèi)部構(gòu)造及性能。因此研討聲波在介質(zhì)中的衰減情況將有助于探測(cè)介質(zhì)的內(nèi)部構(gòu)造及性能。 致密、強(qiáng)度高的混凝

8、土聲衰減系數(shù)小，相對(duì)接納波幅大；強(qiáng)度低或存在缺陷混凝土衰減系數(shù)大，相對(duì)接納波幅小。當(dāng)混凝土質(zhì)量差或存在缺陷時(shí)接納到的聲信號(hào)中高頻已損失，頻率變低。 2脈沖超聲波不具有單一頻率而是所謂復(fù)頻波。 也就是說，這一組超聲波由許多不同頻率的余弦波組成。當(dāng)然，它也有其固有的主頻率，這就是換能器上的標(biāo)稱頻率。這種復(fù)頻超聲波在有頻散景象的介質(zhì)中傳播時(shí)，各種頻率成分的波將以不同速度傳播，這就使得脈沖波形將隨傳播間隔的增大而發(fā)生畸彎，變成如圖1-16所示，脈沖開場(chǎng)部分的頻率比后面部分要高，后面愈來愈平坦變寬。 由于聲波的衰減與頻率有關(guān)，頻率越高衰減越大，因此在脈沖超聲波傳播時(shí)由于衰減將引起主頻率向低步側(cè)的漂移，即

9、所謂頻漂。 l超聲波檢測(cè)混凝土缺陷的根本原理l超聲波檢測(cè)混凝土灌注樁完好性方法的適用范圍l超聲波檢測(cè)儀器與設(shè)備 采用超聲脈沖檢測(cè)混凝土缺陷的根本根據(jù)是，利用脈沖波在技術(shù)條件一樣指混凝土的原資料、配合比、齡期和測(cè)試間隔一致的混凝土中傳播的時(shí)間或速度、接納波的振幅和頻率等聲學(xué)參數(shù)的相對(duì)變化來斷定混凝土的缺陷。 超聲脈沖波在混凝土中傳播速度的快慢，與混凝土的密實(shí)度有直接關(guān)系，對(duì)于原資料、配合比、齡期及測(cè)試間隔一定的混凝土來說，聲速高那么混凝土密實(shí)，相反那么混凝土不密實(shí)。當(dāng)有空洞或裂痕存在時(shí)，便破壞了混凝土的整體性，超聲脈沖波只能繞過空洞或裂痕傳播到接納換能器，因此傳播的路程增大，測(cè)得的聲時(shí)必然偏長(zhǎng)或

10、聲速降低。 另外，由于空氣的聲阻抗率遠(yuǎn)小于混凝土的聲阻抗率，脈沖波在混凝土中傳播時(shí)，遇到蜂窩、空洞或裂痕等缺陷，便在缺陷界面發(fā)生反射和散射，聲能被衰減，其中頻率較高的成分衰減更快，因此接納信號(hào)的波幅明顯降低，頻率明顯減小或頻率譜中高頻成清楚顯減少。再者經(jīng)過缺陷反射或繞過缺陷傳播的脈沖波信號(hào)與直達(dá)波信號(hào)之間存在聲程和相位差，疊加后相互關(guān)擾，致使接納信號(hào)的波形發(fā)生畸變。 根據(jù)上述原理，可以利用混凝土聲學(xué)參數(shù)丈量值和相對(duì)變化綜合分析，判別其缺陷的位置和范圍，或估算缺陷的尺寸。l 在樁身預(yù)埋一定數(shù)量的聲測(cè)管，經(jīng)過水的耦合，超聲波從一根聲測(cè)管中發(fā)射，在另一根聲測(cè)管中接納，或單孔中發(fā)射并接納，可以測(cè)出被測(cè)

11、混凝土介質(zhì)的聲學(xué)參數(shù)。由于超聲波在混凝土中遇到缺陷時(shí)會(huì)產(chǎn)生繞射、反射和折射，因此到達(dá)接納換能器的聲時(shí)、波幅及主頻發(fā)生改動(dòng)。超聲波法就是利用這些聲波特征參數(shù)來判別樁身的完好性。 對(duì)跨孔透射法，當(dāng)樁徑較小時(shí)，聲測(cè)管間距也較小，其測(cè)試誤差相對(duì)較大，同時(shí)預(yù)埋聲測(cè)管能夠引起附加的灌注樁施工質(zhì)量問題。因此，超聲波檢測(cè)方法適用于檢測(cè)直徑不小于800mm的混凝土灌注樁的完好性，它包括跨孔透射法和單孔折射法。單孔折射波法是根據(jù)上部構(gòu)造對(duì)基樁的質(zhì)量要求，檢測(cè)鉆芯孔孔壁周圍的混凝土質(zhì)量。 用超聲波法檢測(cè)鉆孔灌注樁完好性的優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)果準(zhǔn)確可靠，不受樁長(zhǎng)、樁徑限制，無盲區(qū)聲測(cè)管范圍內(nèi)都可檢測(cè)，可測(cè)樁頂?shù)蛷?qiáng)區(qū)和樁底沉渣厚

12、度，樁頂不顯露地面即可檢測(cè)，方便施工，也可粗略估測(cè)混凝土強(qiáng)度。 1、超聲波儀 超聲波儀是混凝土灌注樁缺陷檢測(cè)的根本安裝。它的作用是產(chǎn)生反復(fù)的電脈沖并鼓勵(lì)發(fā)射換能器。發(fā)射換能器發(fā)射的超聲波經(jīng)耦合進(jìn)入混凝土，在混凝土中傳播后被接納換能器接納并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，電信號(hào)送至超聲儀，經(jīng)放大后顯示在示波屏上。自60年代開場(chǎng)消費(fèi)第一代電子管超聲儀至今已開展為第四代智能數(shù)字式超聲儀，見下表： 超聲檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)包括三大部分：即接納信號(hào)放大器，數(shù)據(jù)采集及處置存儲(chǔ)器和徑向振動(dòng)換能器等。為了提高現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及室內(nèi)數(shù)據(jù)處置的任務(wù)效率，保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，聲波測(cè)試儀器必需具有實(shí)時(shí)顯示波形、分析功能及一發(fā)雙收等功能。聲波發(fā)

13、射應(yīng)采用高壓階躍脈沖或矩形脈沖，其電壓最大值不應(yīng)小于1000V，且分檔可調(diào)。數(shù)字式超聲波儀的根本任務(wù)原理框圖見圖2-1所示。 (1)儀器接納放大器頻率呼應(yīng)范圍頻帶應(yīng)有足夠?qū)挾?，普通?200kHz，其下限不宜降低，否那么不利于濾去因換能器絕緣性能降低而產(chǎn)生的低頻信號(hào)，呵斥自動(dòng)判讀時(shí)丟波和錯(cuò)判景象。增益不應(yīng)小于100dB，放大器的噪聲有效值不大于 2 s，波幅丈量范圍不小于 80 dB，丈量誤差小于1 dB 。 (2) 為滿足最大測(cè)距的要求，儀器的計(jì)時(shí)顯示范圍應(yīng)大于2000s，保證有足夠的掃描延遲時(shí)間及聲時(shí)顯示位數(shù)，并應(yīng)具有良好的穩(wěn)定性，聲時(shí)顯示調(diào)理在2030s范圍內(nèi)，2小時(shí)內(nèi)聲時(shí)顯示的漂移應(yīng)不

14、大于0.2s ，且不允許發(fā)生間隔跳動(dòng)。 (3) 儀器應(yīng)有較好的接納靈敏度即對(duì)微弱信號(hào)的接納分辨才干。普通要求接納靈敏度50，該參數(shù)取決于儀器的放大才干和信噪比程度，提高靈敏度可以加大穿透間隔，提高對(duì)微弱信號(hào)的識(shí)別才干。為滿足混凝土試件聲速丈量精度的要求，測(cè)時(shí)最小分辨度為0.5，計(jì)時(shí)誤差不大于2。 (4) 采集器模數(shù)轉(zhuǎn)換精度不應(yīng)低于8bit，采樣頻率不應(yīng)小于10MHz，最大采樣長(zhǎng)度不應(yīng)小于32kB。 (5) 儀器宜具有示波屏顯示波形和游標(biāo)測(cè)讀功能，以便較準(zhǔn)確的測(cè)讀聲時(shí)、振幅及頻率等參數(shù)。假設(shè)采用整形自動(dòng)測(cè)讀時(shí)，檢測(cè)混凝土測(cè)距不宜超越lm以軟件判別方法自動(dòng)測(cè)讀的智能超聲儀除外。 (6) 為了提高現(xiàn)

15、場(chǎng)測(cè)試效率，儀器應(yīng)有自動(dòng)測(cè)讀、信號(hào)采集、存儲(chǔ)和處置系統(tǒng)，適于普通現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況下的溫度、電源變化條件。 常用換能器按波型不同分為縱波換能器與橫波換能器，分別用于縱波與橫波的丈量。目前，普通檢測(cè)中所用的多是縱波換能器。以發(fā)射和接納縱波為目的的換能器，又分為平面換能器、徑向換能器以及一發(fā)多收技藝器，見圖2-2。 換能器的種類需根據(jù)被測(cè)構(gòu)造物的測(cè)試要求和測(cè)試條件確定。測(cè)樁所用的換能器應(yīng)是柱狀徑向換能器，其主頻宜為2550kHZ，長(zhǎng)度宜為20cm。收、發(fā)換能器的導(dǎo)線均應(yīng)有長(zhǎng)度標(biāo)注，其標(biāo)注允許偏向不應(yīng)大于10mm。為提高接納換能器的靈敏度，可在換能器中安裝前置放大器。前置放大器的頻帶寬度宜為550kHz。

16、由于換能器在深水中任務(wù)，其水密性應(yīng)滿足在1MPa水壓下不漏水。 換能器頻率的選擇需綜合思索測(cè)距、聲波的衰減程度、測(cè)試精度等。測(cè)距越大，衰減越大，選用換能器的頻率越低；混凝土質(zhì)量越差，強(qiáng)度越低，齡期越短，對(duì)聲波的衰減越大，運(yùn)用頻率越低；在滿足首波幅度測(cè)讀精度的條件下，宜選用較高頻率換能器。對(duì)于普通的正?；炷?，換能器頻率選擇可參見表2-2。 單孔檢測(cè)采用一發(fā)雙收一體型換能器，其發(fā)射換能器至接納換能器的最近間隔不應(yīng)小于300mm，兩接納換能器的間距宜為200mm。3、聲測(cè)管 聲測(cè)管是進(jìn)展超聲脈沖法檢測(cè)時(shí)換能器進(jìn)入樁體的通道。它是灌注樁超聲脈沖檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。它在樁內(nèi)的預(yù)埋方式及其在樁的橫截

17、面上的布置方式，將直接影響檢測(cè)結(jié)果。因此，需檢測(cè)的樁應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)將聲測(cè)管的布置和埋置方式標(biāo)入圖紙，在施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)厲控制埋置的質(zhì)量，以確保檢測(cè)任務(wù)順利進(jìn)展。 1聲測(cè)管的選擇，以透聲率較大、便于安裝及費(fèi)用較低為原那么。思索到公路基樁大多數(shù)是大樁、長(zhǎng)樁，加上混凝土的水化熱作用及鋼筋籠安放和混凝土澆注過程中存在較大的作用力，容易呵斥檢測(cè)管變形、斷裂，從而影響檢測(cè)任務(wù)的順利進(jìn)展。因此，聲測(cè)管應(yīng)采用強(qiáng)度較高的金屬管。 2聲測(cè)管常用的內(nèi)徑規(guī)格是5060mm。為了便于換能器在管中上下挪動(dòng)，聲測(cè)管的內(nèi)徑通常比徑向換能器的外徑大10mm；當(dāng)對(duì)換能器加設(shè)定位器時(shí)，聲測(cè)管內(nèi)徑應(yīng)比換能器外徑大20mm。 3在聲波透射法檢測(cè)

18、中，超聲波特征值僅與收、發(fā)檢測(cè)管間連線兩邊窄帶區(qū)域 聲測(cè)剖面的混凝土質(zhì)量親密相關(guān)。當(dāng)灌注樁的直徑增大時(shí)，每組聲測(cè)管間超聲波的混凝土檢測(cè)范圍占樁截面積比例減小，不能反映樁身截面混凝土的整體質(zhì)量情況，因此，聲測(cè)管的數(shù)量及布置方法決議了樁身混凝土實(shí)踐的檢測(cè)面積和檢測(cè)范圍，對(duì)直徑大的樁必需添加聲測(cè)管的數(shù)量。普通樁徑小于800mm時(shí)，沿直徑布置兩根聲測(cè)管，構(gòu)成一個(gè)聲測(cè)剖面；樁徑為 8002000mm時(shí)，應(yīng)按等邊三角形均勻布置三根聲測(cè)管，構(gòu)成三個(gè)聲測(cè)剖面；樁徑大于2000mm時(shí)，應(yīng)按正方形均勻布置四根聲測(cè)管，構(gòu)成六個(gè)聲測(cè)剖面，如圖2-3圖中的陰影區(qū)為檢測(cè)的控制面積。 樁徑小于800mm樁徑為 800200

19、0mm樁徑大于2000mm 4由于聲測(cè)管間距隨深度的變化難以確定，各深度處的聲速只能采用樁頂二根聲測(cè)管的間隔來計(jì)算，因此，為減少偏向必需將聲測(cè)管結(jié)實(shí)焊接或綁扎在鋼筋籠的內(nèi)側(cè)，并在相鄰聲測(cè)管之間焊接等長(zhǎng)程度撐桿，堅(jiān)持管與管之前相互平行且定位準(zhǔn)確。為防止產(chǎn)生漏漿、漏水和因焊渣呵斥管內(nèi)堵塞問題，聲測(cè)管不應(yīng)采用對(duì)焊方法銜接，而應(yīng)采用螺紋銜接，聲測(cè)管埋設(shè)至樁底并封鎖，管口高出樁頂面300mm以上并加蓋。 5根據(jù)建筑工程、公路工程的特點(diǎn)和便于了解樁身缺陷存在的方位，聲測(cè)管埋設(shè)時(shí)宜將其中一根對(duì)準(zhǔn)線路前行方向。以道路前進(jìn)方向的頂點(diǎn)為起始點(diǎn)，按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)展編號(hào)和分組，每二根編為一組。 l測(cè)試方法l檢測(cè)數(shù)據(jù)

20、分析與評(píng)定l樁身混凝土質(zhì)量評(píng)價(jià)l檢測(cè)報(bào)告1、檢測(cè)前的預(yù)備 1在檢測(cè)前應(yīng)進(jìn)展現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，多方面搜集基樁的技術(shù)資料，如工程地質(zhì)資料、基樁設(shè)計(jì)圖紙和施工記錄、監(jiān)理日志等，了解施工工藝及施工過程中出現(xiàn)的異常情況，這對(duì)斷定異常信號(hào)產(chǎn)生的真實(shí)緣由非常有益。同時(shí)還應(yīng)根據(jù)調(diào)查結(jié)果和檢測(cè)的目的，制定相應(yīng)的檢測(cè)方案。檢測(cè)方案包括：工程概略，目的與義務(wù)，方法與技術(shù)，儀器設(shè)備，檢測(cè)場(chǎng)地要求，檢測(cè)人員和時(shí)間安排，檢測(cè)報(bào)告等。 2檢測(cè)的時(shí)間應(yīng)滿足混凝土強(qiáng)度齡期的要求。為保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性，同時(shí)思索到混凝土在齡期14天后的超聲波波速等特性參數(shù)變化曾經(jīng)趨于平緩，普通要求超聲波檢測(cè)混凝土灌注樁的齡期應(yīng)大于14天,受檢樁混凝土強(qiáng)

21、度至少到達(dá)設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度的70%，且不得小于15MPa。 3檢測(cè)前應(yīng)沖洗聲測(cè)管，以保證換能器在全程范圍內(nèi)升降順暢。聲測(cè)管內(nèi)灌滿清水做為巧合劑，因聲測(cè)管中的渾濁水將明顯甚至嚴(yán)重加大聲波衰減和延伸傳播時(shí)間，給聲波檢測(cè)結(jié)果帶來誤差。對(duì)利用取芯孔進(jìn)展單孔超聲波混凝土質(zhì)量檢測(cè)，在檢測(cè)前也應(yīng)進(jìn)展孔內(nèi)清洗，取芯孔的垂直度誤差不應(yīng)大于0.5。 4標(biāo)定超聲波檢測(cè)儀從發(fā)射至接納儀器系統(tǒng)產(chǎn)生的系統(tǒng)延遲時(shí)間t0。將發(fā)、收換能器平行置于清水中的同一高度，其中心間距從400mm左右開場(chǎng)逐次加大兩換能器之間的間隔，同時(shí)定幅丈量與之相應(yīng)的聲時(shí)，再分別以縱、橫軸表示間距和聲時(shí)作圖，在聲時(shí)橫軸上的截距即為t0。為保證測(cè)試精度，兩

22、換能器間距的丈量誤差不應(yīng)大于0.5，丈量點(diǎn)不應(yīng)少于5個(gè)點(diǎn)。 5用直徑明顯大于換能器的圓鋼疏通聲測(cè)管，并記錄深度，準(zhǔn)確量測(cè)聲測(cè)管的內(nèi)、外徑和兩相鄰聲測(cè)管外壁間的間隔，量測(cè)精度為1mm。 2、測(cè)試安裝方式 灌注樁的測(cè)試安裝方式主要有： 1程度同步平測(cè)，一對(duì)換能器分別置于兩個(gè)對(duì)應(yīng)聲測(cè)管中，位于同一高度進(jìn)展測(cè)試； 2等差同步斜測(cè)，一對(duì)換能器分別置于兩個(gè)對(duì)應(yīng)聲測(cè)管中，但不在同一高度，堅(jiān)持一定高程差進(jìn)展測(cè)試； 3扇形掃測(cè)，一對(duì)換能器分別置于兩個(gè)對(duì)應(yīng)聲測(cè)管中，堅(jiān)持一個(gè)換能器高度位置固定，另一個(gè)換能器以一定的高程差上下挪動(dòng)進(jìn)展測(cè)試，如圖3-1。 3、檢測(cè)方法 1徑向換能器在程度方向具有一定的指向性，為了保證測(cè)

23、點(diǎn)間聲場(chǎng)對(duì)樁身混凝土的覆蓋面，防止缺陷的漏檢，上、下相鄰兩測(cè)點(diǎn)的間距宜為250mm。測(cè)試時(shí)，發(fā)射與接納換能器以一樣標(biāo)高同步升降，測(cè)試中，對(duì)收、發(fā)換能器所在的深度隨時(shí)校準(zhǔn)，其累計(jì)相對(duì)高程誤差控制在20mm以內(nèi)，防止由于過大的相對(duì)高程誤差而產(chǎn)生較大的測(cè)試誤差。 2聲波透射法檢測(cè)混凝土灌注樁質(zhì)量中，聲時(shí)和波幅是兩個(gè)重要目的，其中波幅對(duì)混凝土內(nèi)部缺陷的反響往往比聲時(shí)更具敏感性。在實(shí)踐檢測(cè)中，波幅是一個(gè)相對(duì)量，而聲時(shí)又是根據(jù)波形的起跳點(diǎn)來確定的。因此，為了使不同位置處的檢測(cè)數(shù)據(jù)具有可比性和運(yùn)用價(jià)值，在同一根樁的檢測(cè)過程中，聲波發(fā)射電壓和放大器增益等參數(shù)應(yīng)堅(jiān)持不變，并進(jìn)展等幅測(cè)試。 3對(duì)聲時(shí)值和波幅值的可

24、疑點(diǎn)應(yīng)進(jìn)展復(fù)測(cè)。對(duì)于聲時(shí)值和波幅值出現(xiàn)異常的部位，應(yīng)采用程度加密、等差同步或扇形掃測(cè)等方法進(jìn)展細(xì)測(cè)，結(jié)合波形分析確定樁身混凝土缺陷的位置及其嚴(yán)重程度。其中程度加密細(xì)測(cè)是根本方法，而等差同步和扇形掃測(cè)主要用于確定缺陷位置和大小，其發(fā)、收換能器連線的程度夾角普通為3040。 4常規(guī)超聲波測(cè)試方法可以得到灌注樁沿樁長(zhǎng)方向的粗略質(zhì)量分布情況。CT層析成像技術(shù)配有專門的分析軟件，適宜于對(duì)部分可疑區(qū)域或重要構(gòu)造進(jìn)展重點(diǎn)加密細(xì)測(cè)，并可對(duì)樁身缺陷進(jìn)展定量分析，其方法測(cè)試流程圖見圖3-2。 5同一根樁中有三根以上聲測(cè)管時(shí)，以每?jī)蓚€(gè)管為一個(gè)測(cè)試剖面分別測(cè)試。并在測(cè)試過程中堅(jiān)持測(cè)試系統(tǒng)形狀參數(shù)不變。 目前樁身混凝土

25、缺陷判別主要根據(jù)于實(shí)測(cè)聲速、波幅及其隨深度的變化曲線并根據(jù)聲速判據(jù)、波幅判據(jù)和PSD判據(jù)綜合分析樁身質(zhì)量及混凝土缺陷程度。 1、判別樁內(nèi)缺陷的根本物理量 在鉆孔灌注樁的檢測(cè)中所根據(jù)的根本物理量有以下四個(gè)： 1聲速：超聲波在混凝土中傳波的速度。當(dāng)超聲波在傳播過程中遇到混凝土缺陷時(shí)將產(chǎn)生繞射，此時(shí)超聲波在混凝土中傳播的時(shí)間加長(zhǎng)，計(jì)算出的聲速也降低。普通來說聲速目的比較穩(wěn)定，反復(fù)性好，數(shù)據(jù)有可比性，但對(duì)樁身缺陷反響不夠敏感。 2波幅：超聲波在缺陷界面產(chǎn)生反射、散射，能量衰減，波幅降低。采用波幅目的進(jìn)展缺陷判別時(shí)，要求波幅值有可比性。即儀器、換能器、信號(hào)線等測(cè)試系統(tǒng)不變，發(fā)射電壓、采樣頻率等測(cè)試參數(shù)不

26、變，測(cè)距一樣，測(cè)試角度一樣，這樣的測(cè)試數(shù)值才有可比性。波幅變化受外表耦合形狀的影響較大，因此應(yīng)堅(jiān)持傳感器與混凝土灌注樁之間有良好的耦合形狀。波幅變化對(duì)樁身缺陷的反響就比較很敏感。 3 3主頻或頻譜：超聲脈沖是復(fù)頻波，具有主頻或頻譜：超聲脈沖是復(fù)頻波，具有多種頻率成分，當(dāng)它穿過混凝土后，各頻率成分多種頻率成分，當(dāng)它穿過混凝土后，各頻率成分在遇到缺陷時(shí)衰減程度不同，高頻部分比低頻部在遇到缺陷時(shí)衰減程度不同，高頻部分比低頻部分衰減嚴(yán)重，因此使接納信號(hào)的主頻率向低頻端分衰減嚴(yán)重，因此使接納信號(hào)的主頻率向低頻端漂移頻移。漂移頻移。4 4波形畸變：由于超聲脈沖在缺陷界面反射和折波形畸變：由于超聲脈沖在缺陷

27、界面反射和折射，構(gòu)成波線不同的波束，這些波束由于傳播途徑射，構(gòu)成波線不同的波束，這些波束由于傳播途徑不同，或由于界面上產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換而構(gòu)成橫波等緣不同，或由于界面上產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換而構(gòu)成橫波等緣由，使得到達(dá)接納換能器的時(shí)間不同，因此使接納由，使得到達(dá)接納換能器的時(shí)間不同，因此使接納波成為許多同相位或不同相位波束的疊加波，導(dǎo)致波成為許多同相位或不同相位波束的疊加波，導(dǎo)致波形畸變。實(shí)際證明，凡超聲波在傳播過程中遇到波形畸變。實(shí)際證明，凡超聲波在傳播過程中遇到缺陷，其接納波形往往產(chǎn)生畸變，所以波形畸變可缺陷，其接納波形往往產(chǎn)生畸變，所以波形畸變可作為判別缺陷的一個(gè)參考根據(jù)。但是，波形畸變的作為判別缺陷的一

28、個(gè)參考根據(jù)。但是，波形畸變的緣由很多，某些非缺陷要素也會(huì)導(dǎo)致波形畸變，運(yùn)緣由很多，某些非缺陷要素也會(huì)導(dǎo)致波形畸變，運(yùn)用時(shí)應(yīng)慎重分析。關(guān)于波形畸變后采取怎樣的分析用時(shí)應(yīng)慎重分析。關(guān)于波形畸變后采取怎樣的分析技術(shù)，還有待進(jìn)一步研討。技術(shù)，還有待進(jìn)一步研討。 2、聲時(shí)修正值的計(jì)算 當(dāng)聲波從某一聲測(cè)管傳播至另一聲測(cè)管時(shí)，將經(jīng)過耦合的水和金屬聲測(cè)管，因此必需進(jìn)展聲時(shí)修正。其聲時(shí)修正的計(jì)算公式： (3.1) 式中：t聲時(shí)修正值s； D聲測(cè)管外徑mm； d聲測(cè)管內(nèi)徑mm； d換能器外徑mm； t預(yù)埋聲測(cè)管的聲速值km/s； w 水的聲速值kms。 對(duì)鋼質(zhì)聲測(cè)管，波速普通可取5800ms；20C時(shí)水的聲速可取

29、1480m/s。wtvddvdDt3、聲時(shí)初讀數(shù)的計(jì)算 超聲波在預(yù)埋聲測(cè)管之間傳播，所測(cè)得的走時(shí)包括：超聲系統(tǒng)聲時(shí)初讀數(shù)、超聲波在聲測(cè)管的耦合水里傳播的聲時(shí)、超聲波在聲測(cè)管中傳播的聲時(shí)、超聲波在混凝土中傳播的聲時(shí)。為了準(zhǔn)確計(jì)算灌注樁的混凝土波速，應(yīng)對(duì)實(shí)測(cè)聲時(shí)讀數(shù)進(jìn)展預(yù)處置，普通采取實(shí)測(cè)聲時(shí)減去聲時(shí)初讀數(shù)的方法，獲得超聲波在混凝土中傳播的實(shí)踐聲時(shí)。該聲時(shí)初讀數(shù)的計(jì)算公式是： (3.2) 式中：t0超聲系統(tǒng)聲時(shí)初讀數(shù)； t聲時(shí)修正值s。ttt0004、聲時(shí)、聲速和聲速平均值 聲時(shí)、聲速和聲速平均值應(yīng)按以下公式計(jì)算，并繪制聲速-深度曲線、波幅-深度曲線。 (3.3) (3.4) (3.5) 式中:

30、ti超聲波第i測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值s； t0聲波檢測(cè)系統(tǒng)延遲時(shí)間s； i第i個(gè)測(cè)點(diǎn)聲速值kms； l兩根檢測(cè)管外壁間的間隔mm； m混凝土聲速平均值kms； n 測(cè)點(diǎn)數(shù)。 )(0ttttitlviniimnvv1 鑒于目前所用的換能器頻帶窄和用頻率斷定樁身混凝土缺陷的方法還不成熟。因此，未將聲波頻率-深度曲線作為樁身混凝土完好性的主要斷定目的之一。5、單孔折射法 為了測(cè)試單根聲測(cè)管或驗(yàn)證取芯孔周圍的混凝土質(zhì)量，往往采用一發(fā)雙收的一體化徑向還能器。測(cè)試時(shí)，其聲時(shí)、聲速值應(yīng)按以下公式計(jì)算： (3.6) (3.7) 式中：i 第i測(cè)點(diǎn)的聲速值km/s t 兩個(gè)接受換能器間的聲時(shí)差 (s); t 近道接納換能器

31、聲時(shí)(s); t2 遠(yuǎn)道接納換能器聲時(shí)(s); h 兩個(gè)接納換能器間的間隔mm。12ttTthvi1、強(qiáng)度評(píng)價(jià) 混凝土強(qiáng)度的評(píng)價(jià)是建立在波速與混凝土物理力學(xué)目的之間相關(guān)性的根底上。聲速可經(jīng)過混凝土彈性模量與其力學(xué)強(qiáng)度的內(nèi)在聯(lián)絡(luò)，與混凝土抗壓強(qiáng)度建立相關(guān)關(guān)系，并推定混凝土的強(qiáng)度。表3-1表示混凝土強(qiáng)度與聲速之間的相關(guān)關(guān)系。 當(dāng)聲速小于3500ms時(shí)，闡明混凝土質(zhì)量較差。知波速參考參數(shù)： 砼強(qiáng)度 （C） 波速范圍 （m/s） 特征波速 （m/s） C15 25003100 2800 C20 30003500 3200 C25 35003800 3650 C30 37004000 3950 C35

32、39004200 4100 C40 41004500 4300 在恒定泊松比情況下，混凝土彈性模量與緊縮波速度的閱歷關(guān)系如圖3-3所示，混凝土的抗壓強(qiáng)度與彈性模量的關(guān)系如圖3-4所示。在知混凝土構(gòu)件的彈性波速度層析圖后，根據(jù)圖3-3可換算出混凝土的彈性模量，再根據(jù)圖3-4可換算出混凝土的抗壓強(qiáng)度并評(píng)定混凝土的質(zhì)量。 目前，在國(guó)內(nèi)普通采用統(tǒng)計(jì)方法建立公用曲線或數(shù)學(xué)表達(dá)式，如 兩種非線性的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其中e為動(dòng)彈性模量，v為波速， 為立方體抗壓強(qiáng)度，A、B、C為閱歷系數(shù)。 BVccuBccuAefAvf和ccuf2、樁身混凝土缺陷聲速判據(jù) 聲速臨界值確實(shí)定基于概率法，即無缺陷的混凝土聲速測(cè)值雖因其

33、本身的不均勻性呵斥一定的離散性，但符合正態(tài)分布；由缺陷呵斥的低聲速值-異常值不符合正態(tài)分布。因此，確定臨界值時(shí)必需采用正?；炷恋穆曀倨骄导耙?guī)范差，否那么，求得的聲速平均值將偏小，易呵斥漏判。同時(shí)還應(yīng)分析思索聲測(cè)管間不平行產(chǎn)生的誤差影響。 聲速是資料的根本物理量之一，它與混凝土強(qiáng)度相關(guān)，實(shí)測(cè)聲速應(yīng)大于或等于聲速低限值。聲速低限值由同條件混凝土試件做強(qiáng)度和速度對(duì)比實(shí)驗(yàn)，結(jié)合地域閱歷確定。聲速低限值相對(duì)應(yīng)的混凝土強(qiáng)度不宜低于0.9RR為混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，假設(shè)試件為鉆孔芯樣，那么不宜低于0.85R。 當(dāng)實(shí)測(cè)混凝土聲速值低于聲速臨界值時(shí)應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)。 (3.8) 式中：i第i個(gè)測(cè)點(diǎn)聲速值km/

34、s; D聲速臨界值(km/s);Divv 聲速臨界值采用正?；炷谅曀倨骄蹬c2倍聲速規(guī)范差之差，即： (3.9) (3.10) (3.11) 式中：D 聲速臨界值km/s; 正?；炷谅曀倨骄?km/s); 正?；炷谅曀僖?guī)范差； i 第i個(gè)測(cè)點(diǎn)聲速值(km/s) n 測(cè)點(diǎn)數(shù)。vDvv2niinvv1niivnvv121)(v 當(dāng)檢測(cè)剖面n個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲速值普遍偏低且離散性很小時(shí)，宜采用聲速低限值判據(jù)。即實(shí)測(cè)混凝土聲速值低于聲速低限值時(shí)，可直接斷定為異常。 (3.12) 式中：i第i個(gè)測(cè)點(diǎn)聲速值(km/s); L聲速低限值(km/s)。 聲速低限值應(yīng)由預(yù)留同條件混凝土試件的抗壓強(qiáng)度與聲速對(duì)比實(shí)

35、驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合本地域?qū)嵺`閱歷確定。Livv 3、樁身混凝土缺陷波幅判據(jù) 波幅是相對(duì)測(cè)試，也曾有人試圖用概率統(tǒng)計(jì)實(shí)際來確定臨界值，但由于樁身混凝土內(nèi)部構(gòu)造的變異性很大而難以找出較強(qiáng)的波幅統(tǒng)計(jì)規(guī)律性，因此實(shí)踐中多是根據(jù)實(shí)測(cè)閱歷將波幅值的一半定為臨界值。 用波幅平均值減6dB作為波幅臨界值，當(dāng)實(shí)測(cè)波幅低于波幅臨界值時(shí)，應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)。 (3.13) (3.14) 式中：A波幅臨界值dB； Am波幅平均值dB； Ai第i個(gè)測(cè)點(diǎn)相對(duì)波幅值dB。 6mDAAniimnAA1 PSD 法是基于缺陷處聲時(shí)的變化引起聲時(shí)深度曲線的斜率明顯增大，而聲時(shí)差的大小又與缺陷程度親密相關(guān)，因此兩者之積對(duì)缺陷的反映更加

36、明顯，即 (3.15)()(11iiiittHttTKPSD 采用斜率法作為輔助異常判據(jù)，當(dāng)PSD值在某測(cè)點(diǎn)附近變化明顯時(shí)，應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)。 (3.16) 式中：ti第i個(gè)測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值s; ti-1第i個(gè)測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值(s); zi第i個(gè)測(cè)點(diǎn)深度(m); zi-1第il個(gè)測(cè)點(diǎn)深度m。121)(iiiizzttPSD5、混凝土聲速、波幅和 PSD值出現(xiàn)異常 對(duì)于混凝土聲速和波幅值出現(xiàn)異常并判為可疑缺陷區(qū)的部位，應(yīng)采用程度加密、等差同步或扇形掃測(cè)等方法進(jìn)展細(xì)測(cè)，結(jié)合波形分析確定樁身混凝土缺陷的位置及其嚴(yán)重程度。 對(duì)聲速、波幅和 PSD值超越臨界值異?；蛲蛔儠r(shí)，應(yīng)對(duì)缺陷處進(jìn)展細(xì)測(cè)。同時(shí)結(jié)合波形、施工

37、工藝和施工記錄等有關(guān)資料進(jìn)展綜合分析，以確定樁身混凝土缺陷的位置和程度。當(dāng)聲速普遍低于低限值時(shí)，應(yīng)經(jīng)過鉆孔取芯法檢驗(yàn)基樁的混凝土強(qiáng)度。6、支承樁或嵌巖板 對(duì)支承樁或嵌巖樁，宜同時(shí)采用低應(yīng)變反射波法檢測(cè)樁端的支承情況。 由于超聲波只能檢測(cè)樁身部分的混凝土質(zhì)量，對(duì)于支承樁或嵌巖樁，宜同時(shí)采用低應(yīng)變反射波法檢測(cè)樁端的支承情況，確保基樁承載力滿足設(shè)計(jì)要求。 7、樁身完好性類別斷定 類樁：各聲測(cè)剖面每個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲速、波幅均大 于臨界值，波形正常。 類樁：某一聲測(cè)剖面?zhèn)€別測(cè)點(diǎn)的聲速、波幅略 小于臨界值，但波形根本正常。 類樁：某一聲測(cè)剖面延續(xù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)或某一深度 樁截面處的聲速、波幅值小于臨界值， PSD值變大，波形畸變。 IV類樁：某一聲測(cè)剖面延續(xù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)或某一深度 樁截面處的聲速、波幅值明顯小于臨界 值，PSD值突變，波形嚴(yán)重畸變。 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)報(bào)告應(yīng)包含以下內(nèi)容： 1工程地質(zhì)勘察報(bào)告； 2工程樁位平面圖； 3超聲波法檢測(cè)結(jié)果匯總表； 4聲波透射法單樁檢測(cè)報(bào)告； 5每根被檢樁各剖面的聲速深度、波幅 深度曲線及各自的臨界值，聲速、波 幅的平均值； 6樁身缺陷位置及程度的分析闡明。 l類樁l類樁檢測(cè)數(shù)據(jù)分析與評(píng)定l類樁樁身混凝土質(zhì)量評(píng)價(jià)l孔底沉渣樁l孔斜樁 1、圖4-1為某鉆孔灌注樁超聲波檢測(cè)曲線圖。該樁樁長(zhǎng)為52.0m，樁徑為1800mm，樁身混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C25，AB、BC