基樁超聲波檢測技術(shù)PPT幻燈片

1、1,基樁質(zhì)量檢測技術(shù),超聲波法,2,超聲波簡介,當物體振動時會發(fā)出聲音?？茖W家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲（hz）。人類耳朵能聽到的聲波頻率為2020khz。當聲波的振動頻率大于20khz或小于20hz時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20khz的聲波稱為“超聲波”。,3,部分材料的聲波波速,4,灌注樁常見質(zhì)量問題,1、樁身完整性方面，常見缺陷有：夾泥、斷裂、縮頸、擴徑、混凝土離析及樁頂混凝土密實性較差等。 2、嵌巖樁，影響樁底支承條件的質(zhì)量問題，常見缺陷有：灌注混凝土前清孔不徹底；孔底沉渣，影響承載能力。,5,檢測依據(jù),1、公路工程基樁動測技術(shù)規(guī)程（JTG/T F

2、81-01-2004） 2、建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范（JGJ 106-2003 J256-2003） 3、港口工程樁基動力檢測規(guī)程（JTJ 249-2001） 4、鐵路工程基樁檢測技術(shù)規(guī)程（TB 10218-2008）,6,檢測內(nèi)容、目的,1、檢測灌注樁中聲測管之間混凝土的缺陷位置及影響程度。2、判定樁身完整性類別。,7,適用范圍,適用于直徑不小于800mm的混凝土灌注樁的完整性檢測。 1、樁徑小，聲測管間距也小，測試誤差相對較大 2、 預埋聲測管可能引起附加的灌注樁施工質(zhì)量問題,8,檢測原理,9,檢測原理,當混凝土內(nèi)存在不連續(xù)界面時，缺陷面形成波阻抗界面，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射波能量

3、明顯降低； 當混凝土內(nèi)存在松散、蜂窩、孔洞等缺陷時，將產(chǎn)生波的散射和繞射； 根據(jù)波的初至到達時間和波的能量衰減特性、頻率變化及波形畸變程度等特征，可以獲得測區(qū)范圍內(nèi)混凝土的密實度參數(shù)。 測試記錄不同側(cè)面、不同高度上的超聲波動特征，經(jīng)過處理分析就能判別測區(qū)內(nèi)混凝土存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置和參考強度。,10,混凝土的聲學參數(shù),聲時值（聲速值） 由于混凝土缺陷主要是由于灌注時混入泥漿或混入自孔壁坍落的泥、砂所造成的，缺陷區(qū)的夾雜物聲速較低，或聲阻抗明顯低于混凝土的聲阻抗。因此，超生脈沖穿過或繞過缺陷時，聲時值增大。增大的數(shù)值與缺陷的尺度大小有關(guān)，所以聲時值是判斷缺陷有無和計算缺陷大小的基本物理

4、量。,11,混凝土的聲學參數(shù),波幅 即第一個半波的幅值。當波束穿過缺陷區(qū)時，部分聲能被缺陷內(nèi)所含物所吸收，部分聲能被缺陷的不規(guī)則表面反射和散射，到達接收傳感器的聲能明顯減少，反映為波幅降低。實踐表明：波幅對缺陷的存在非常敏感，是判斷缺陷有無的重要參數(shù)。 由于振幅值的大小還取決于儀器設(shè)備性能、所處狀態(tài)、耦合情況以及測距的大小，所以很難有一個統(tǒng)一的度量標準，同條件相對比較。,12,混凝土的聲學參數(shù),頻率 由于聲波儀激發(fā)的超聲脈沖信號是復頻超聲脈沖，包含了一系列不同頻率成分的余弦波分量，當超聲脈沖穿過缺陷區(qū)時，聲脈沖中的高頻部分首先被衰減，導致接收信號主頻下降，其下降百分率與缺陷的嚴重程度有關(guān)，也作

5、為缺陷判斷的重要依據(jù)。 主頻下降的多少除與混凝土缺陷有關(guān)外，還與傳播距離、混凝土本身性質(zhì)有關(guān)。同條件相對比較。,13,混凝土的聲學參數(shù),波形 接收波形產(chǎn)生畸變的原因復雜，由于缺陷區(qū)的干擾，部分超聲脈沖波被多次反射而滯后到達接收傳感器，這些波束到達接收傳感器的時間參差不齊，相位也不盡一致，疊加后造成接收波形的畸變。一般將波形畸變作為缺陷定性分析依據(jù)及判斷缺陷的參考指標。,14,儀器設(shè)備,檢測儀：一發(fā)一收、一發(fā)多收；發(fā)射最大電壓值不小于1000V，可調(diào)。 傳感器：徑向振動換能器；徑向水平面無指向性；1MPa水壓下能正常工作；直徑；導線有長度標注。,15,聲測管埋設(shè)技術(shù),16,聲測管埋設(shè)技術(shù),D15

6、00mm，按等邊三角形布置埋設(shè)三根聲測管；D1500mm，按正方形布置埋設(shè)四根聲測管。 采用金屬管，內(nèi)徑比換能器外徑大15mm，采用螺紋連接，不漏水。 牢固焊接或綁扎在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，相互平行、定位準確，埋設(shè)至樁底，管口高出樁頂300mm以上。管底封閉，管口加蓋。 以路線前進方向的頂點為起始點，按順時針方向進行編號、分組。,17,檢測前的準備,收集工程地質(zhì)資料、基樁設(shè)計圖紙和施工記錄、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。 制定檢測方案。 混凝土齡期大于14d。 聲測管內(nèi)灌滿清水（衰減、延時），保證暢通。 標定聲波儀發(fā)射至接收的系統(tǒng)延遲時間。 測量聲測管內(nèi)、外徑和相鄰聲測管外壁間的距離

7、，1mm。 利用取芯孔量代替聲測管時，應(yīng)進行孔內(nèi)清洗。,18,檢測方法,19,檢測方法,20,檢測方法,測點間距不宜大于250mm。 發(fā)射與接收換能器同標高同步升降，累計誤差不應(yīng)大于20mm，隨時校正。 同一根樁檢測過程中，發(fā)射電壓保持不變（可比性）。 異常部位，采用水平加密、等差同步或扇形掃測等方法進行細測，結(jié)合波形分析確定樁身混凝土缺陷的位置和嚴重程度。收、發(fā)換能器連線的水平夾角一般為30-40。,21,數(shù)據(jù)分析,聲時修正值 聲時值 聲速值,22,樁身混凝土缺陷判定方法,聲速判據(jù) 聲速臨界值的確定基于概率法，即無缺陷的混凝土聲速測值雖因其本身的不均勻性造成一定的離散性，但符合正態(tài)分布；由缺

8、陷造成的低聲速異常值不符合正態(tài)分布。因此確定臨界值時必須采用正常混凝土聲速平均值及標準差，否則求得的聲速平均值將偏小，易造成漏判。同時還應(yīng)考慮聲測管間不平行產(chǎn)生的誤差影響。,23,樁身混凝土缺陷判定方法,聲速判據(jù) 聲速是材料的基本物理量之一，與混凝土強度有關(guān)，當檢測剖面的測點聲速值普遍偏低且離散性很小時，可采用聲速低限值判定。 聲速低限值應(yīng)由預留同條件混凝土試塊的抗壓強度與聲速對比試驗結(jié)果，結(jié)合本地區(qū)實際經(jīng)驗確定。聲速低限值相對應(yīng)的混凝土強度不宜低于0.9R（設(shè)計強度），若試件為鉆孔芯樣，則不低于0.85R。,24,樁身混凝土缺陷判定方法,波幅判據(jù) 用波幅平均值減6dB作為波幅臨界值，當實測波

9、幅低于波幅臨界值時，應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)。 波幅是相對測試，由于樁身混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變異性很大，難以找出較好的波幅統(tǒng)計規(guī)律性。,25,樁身混凝土缺陷判定方法,PSD判據(jù) PSD法是基于缺陷處聲時的變化引起聲時深度曲線的斜率明顯增大，而聲時差的大小又與缺陷程度密切相關(guān)，因此兩者之積對缺陷的反映更加敏感。采用斜率法作為輔助異常判據(jù)，當PSD值在某測點附近變化時，應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)。,26,樁身混凝土缺陷判定方法,波幅判據(jù) 用波幅平均值減6dB作為波幅臨界值，當實測波幅低于波幅臨界值時，應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)。 波幅是相對測試，由于樁身混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變異性很大，難以找出較好的波幅統(tǒng)計規(guī)律性。,27

10、,樁身混凝土缺陷判定方法,其它問題 1、對聲速、波幅和PSD值超越臨界異常或突變時，應(yīng)對缺陷進行細測。同時結(jié)合波形、施工工藝和施工記錄等有關(guān)資料進行綜合分析，以確定樁身混凝土缺陷的位置和程度。當聲速普遍低于低限值時，應(yīng)通過鉆孔取芯法檢驗基樁的混凝土強度。 2、由于超聲波只能檢測樁身部分的混凝土質(zhì)量，對于支承樁或嵌巖樁，宜同時采用低應(yīng)變反射波法檢測樁端的支承情況，確?；鶚冻休d力滿足設(shè)計要求。,28,關(guān)于首波的幾個問題,聲波的傳播速度是介質(zhì)質(zhì)點振動傳遞的速度，反映的是介質(zhì)內(nèi)聲波的運動學特征。而聲波的波幅反映的是聲波的動力學特征，也就是聲波能量衰減變化的規(guī)律與特征。在混凝土中聲波波幅與混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)

11、特征的相關(guān)關(guān)系是有一定規(guī)律的。,29,關(guān)于首波的幾個問題,關(guān)于發(fā)射換能器發(fā)射的超聲脈沖波 發(fā)射換能器向混凝土中發(fā)射的超聲脈沖波（稱其為“子波” ），如下圖所示。其特點是：從發(fā)射的那一刻，波幅從首波開始按指數(shù)規(guī)律增長，到最大值后再按指數(shù)規(guī)律衰減到零。,30,關(guān)于首波的幾個問題,密實、勻質(zhì)混凝土接收超聲信號的特征 當混凝土勻質(zhì)且密實，此時聲波傳播路徑簡單，衰減較小，接收波形和發(fā)射換能器的發(fā)射波形相近，如圖所示。波形的特點大體是脈沖波的波幅按指數(shù)規(guī)律增長至最大后，再按指數(shù)規(guī)律衰減。,31,關(guān)于首波的幾個問題,勻質(zhì)性差或有缺陷時的接收聲信號 由于混凝土勻質(zhì)性差，如存在異物、離析、蜂窩、空洞等。聲波傳播

12、到這些部位，將發(fā)生折射、反射再折射、繞射等，于是從不同路徑傳播到達接收點的聲波信號疊加后被接收換能器接收。,32,關(guān)于首波的幾個問題,首波掉波 混凝土密實性、勻質(zhì)性差，聲波衰減較快（其中高頻成份衰減更快） ，如換能器的首次波比又較小，會出現(xiàn)首波掉波現(xiàn)象。此時只要適當加大儀器接收放大器的放大倍數(shù)，首波即可出現(xiàn)。當然，當穿透距離較大，儀器的放大倍數(shù)不夠時，也會出現(xiàn)掉波現(xiàn)象。這時需要人工對首波進行追蹤判斷，來讀取首波聲時。,33,關(guān)于首波的幾個問題,1、密實、勻質(zhì)混凝土接收的聲波脈沖信號“波組”簡單，與“子波”相近； 2、勻質(zhì)性差或有缺陷的混凝土部位，接收到的信號與“子波”已大相徑庭。原因是由于折射、反射又折射、繞射后，不同傳播路徑的聲波，先后到達接收點，形成“波組”的疊加與相互干涉，造成接收聲信號