超聲檢測樁基培訓(xùn)

1、超聲波透射法檢測基樁混凝土完整性授課人：第一講超聲波的基本理論聲波透射法的基本原理基樁成孔后，灌注混凝土之前，在樁內(nèi)預(yù)埋若干根聲測管作為聲波發(fā)射和接收換能器的通道，在樁身混凝土灌注若干天后開始檢測，用聲波檢測儀沿樁的縱軸方向以一定的間距逐點檢測聲波穿過樁身各橫截面的聲學(xué)參數(shù), 然后對這些檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析和判斷,確定樁身混凝土缺陷的位置、范圍、程度，從而推斷樁身混凝土的連續(xù)性、完整性和均勻性狀況，評定樁身完整性等級。 特點：準(zhǔn)確程度高，漏判概率低，但可能出現(xiàn)誤判。聲波的頻率范圍次聲波可聞聲波超聲波特超聲波020Hz20Hz20kHz20kHz1000MHz1000MHz以上根據(jù)質(zhì)點振動方向

2、與波的傳播方向不同，可將機(jī)械波分為縱波、橫波和表面波。 縱波 質(zhì)點振動方向與波的傳播方向一致的波稱為縱波，又稱為P波。是依靠介質(zhì)時疏時密（即時而拉升，時而壓縮）使介質(zhì)的容積發(fā)生變形引起壓強的變化而傳播的，它和介質(zhì)的體積彈性有關(guān)。任何彈性介質(zhì)都具有體積彈性，所以縱波可以在任何固體、氣體、液體中傳播。 橫波 介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直的波稱為橫波，又稱為S波。是依靠使介質(zhì)產(chǎn)生剪切變形引起的剪切力變化而傳播的，它和介質(zhì)的剪切彈性相關(guān)。由于液體、氣體無一定形狀，不具備切變彈性，不能承受剪切應(yīng)力，所以橫波只能在固體介質(zhì)中傳播。 表面波 固體介質(zhì)表面受到交替變化的表面張力作用，介質(zhì)表面質(zhì)點發(fā)生相

3、應(yīng)的縱向振動和橫向振動，結(jié)果使質(zhì)點做這兩種振動的合成運動，即繞其平衡位置作橢圓運動，該質(zhì)點的運動又波及相鄰質(zhì)點，而在介質(zhì)表面?zhèn)鞑?，這種波稱為表面波，又稱R波。表面波傳播時，質(zhì)點振動的振幅隨深度的增加迅速減少，當(dāng)深度超過2倍的波長時，振幅已很小了。表面波也只能在固體中傳播。 聲波在固體傳播過程中的衰減 吸收衰減：聲波在介質(zhì)中傳播時，部分機(jī)械能被介質(zhì)轉(zhuǎn)換成其他形式的能量（如熱能）而散失，這種衰減現(xiàn)象稱為吸收衰減。 散射衰減：聲波在一種介質(zhì)中傳播時，因碰到另一種介質(zhì)組成的障礙物而向不同方向產(chǎn)生散射，從而導(dǎo)致聲波減弱（即聲傳播的定向性減弱）的現(xiàn)象稱為散射衰減。 擴(kuò)散衰減：聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波波束都有

4、一定的擴(kuò)散角。波束的擴(kuò)散，導(dǎo)致能量的逐漸分散，從而使單位面積的能量隨傳播距離的增加而減弱。第二講檢 測 技 術(shù)樁內(nèi)跨孔透射法樁內(nèi)跨孔透射法 樁內(nèi)單孔透射法樁內(nèi)單孔透射法 樁外孔透射法樁外孔透射法 混凝土內(nèi)部缺陷對聲波波速的影響 接收聲波波幅與混凝土質(zhì)量接收聲波波幅與混凝土質(zhì)量接收聲波波幅是表征聲波穿過混凝土后能量衰減程度的指標(biāo)之一。接收波幅值越低，混凝土對聲波的衰減就越大。根據(jù)混凝土中聲波衰減的原因可知，當(dāng)混凝土中存在低強度區(qū)、離析區(qū)以及存在夾泥、蜂窩等缺陷時，吸收衰減和散射衰減增大，使接收波波幅明顯下降。幅值可直接在接收波上觀察測量，也可用儀器中的衰減器測量，測量時通常以首波（即接收信號的前

5、面半個周期）的波幅為準(zhǔn)。接收聲波幅值與混凝土質(zhì)量緊密相關(guān)，它對缺陷區(qū)的反應(yīng)比聲時值更為敏感，所以它也是缺陷判斷的重要參數(shù)之一。 頻率變化與混凝土質(zhì)量頻率變化與混凝土質(zhì)量 聲波脈沖是復(fù)頻波，具有多種頻率成分。當(dāng)它們穿過混凝土后，各頻率成分的衰減程度不同，高頻部分比低頻部分衰減嚴(yán)重，因而導(dǎo)致接收信號的主頻率向低頻端漂移。其漂移的多少取決于衰減因素的嚴(yán)重程度。所以，接收波主頻率實質(zhì)上是介質(zhì)衰減作用的一個表征量，當(dāng)遇到缺陷時，由于衰減嚴(yán)重，使接收波主頻率明顯降低。 波形的變化與混凝土質(zhì)量波形的變化與混凝土質(zhì)量 由于聲波脈沖在缺陷界面的反射和折射，形成波線不同的波束，這些波束由于傳播路徑不同，或由于界面

6、上產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換而形成橫波等原因，使得到達(dá)接收換能器的時間不同，因而使接收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。實踐證明，凡超聲脈沖在傳播過程中遇到缺陷，其接收波形往往產(chǎn)生畸變，所以波形畸變程度可作為判斷缺陷程度的參考依據(jù)。正常聲波畸變聲波幾種聲學(xué)參數(shù)的比較幾種聲學(xué)參數(shù)的比較 聲速的測試值較為穩(wěn)定，結(jié)果的重復(fù)性較好，受非缺陷因素的影響小，在同一樁的不同剖面以及同一工程的不同樁之間可以比較，是判定混凝土質(zhì)量的主要參數(shù)，但聲速對缺陷的敏感性不及波幅。接收波波幅（首波幅值）對混凝土缺陷很敏感，它是判定混凝土質(zhì)量的另一個重要參數(shù)。但波幅的測試值受儀器系統(tǒng)性能、換能器耦合狀況、測距等諸多非

7、缺陷因素的影響，它的測試值沒有聲速穩(wěn)定，目前只能用于相對比較，在同一樁的不同剖面或不同樁之間往往無可比性。 接收波主頻的變化雖然能反映聲波在混凝土中的衰減狀況，從而間接反映混凝土質(zhì)量的好壞，但聲波主頻的變化也受測距、儀器設(shè)備狀態(tài)等非缺陷因素的影響，因此在不同剖面以及不同樁之間的可比性不強，只用于同一剖面內(nèi)各測點的相對比較，其測試值也沒有聲速穩(wěn)定。因此，目前主頻漂移指標(biāo)僅作為聲速、波幅的輔助判據(jù)。 接收波形也是反映混凝土質(zhì)量的一個重要方面，它對混凝土內(nèi)部的缺陷也較敏感，在現(xiàn)場檢測時，除逐點讀取首波的聲時、波幅外，還應(yīng)注意觀察整個接收波形態(tài)的變化，作為聲波透射法對混凝土質(zhì)量進(jìn)行綜合判定時的一個重要

8、的參考，因為接收波形是透過兩聲測管間混凝土的聲波能量的一個總體反映，它反映了發(fā)、收換能器之間聲波在混凝土各種聲傳播路徑上的總體能量，其影響區(qū)域大于直達(dá)波（首波）。 零聲時問題電延遲時間：從聲波儀電路原理可知，發(fā)出觸發(fā)電脈沖并開始計時的瞬間到電脈沖開始作用到壓電體的時刻，電路中有些觸發(fā)、轉(zhuǎn)換過程。這些電路轉(zhuǎn)換過程有短暫延遲的響應(yīng)。 電聲轉(zhuǎn)換時間：在電脈沖加到壓電體瞬間到產(chǎn)生振動發(fā)出聲波瞬間有電聲轉(zhuǎn)換的延遲。接收換能器也類似。 聲延遲：換能器中壓電體輻射出的聲波并不是直接進(jìn)入被測體，而是先通過換能器殼體或夾心式換能器的輻射體，再通過耦合介質(zhì)層，然后才進(jìn)入被測體。 這三部分延遲構(gòu)成了儀器測讀時間t1

9、與聲波在被測體中傳播時間t的差異。聲波在被測物體中的傳播時間t = t1 - t0 零聲時的測量將發(fā)、收換能器平行懸于清水中，逐次改變兩換能器的間距，并測定相應(yīng)聲時和兩換能器間距，做若干點的聲時間距線性回歸曲線，就可求得t0 t = t0 + b?l 波幅檢測波幅檢測 波幅是標(biāo)志接收換能器接收到的聲波信號能量大小的參量。波幅的測量是用某種指標(biāo)來度量接收波首波波峰的高度，并將它們作為比較多個測點聲波信號強弱的一種相對指標(biāo)。目前在波幅測量中一般都采用分貝（dB）表示法，即將測點首波信號峰值a與某一固定信號量值a0的比值取對數(shù)后的量值定為該測點波幅的分貝（dB）值，表示為 。 0Plg20aaA 頻

10、率檢測頻率檢測 數(shù)字式聲波儀都配有頻域分析軟件，可用頻譜分析的方法更精確地測試接收聲波信號的主頻。 計算方法為FFT（傅立葉變換）。聲測管的埋設(shè)及要求現(xiàn)行規(guī)范：中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程JGJ-2003 聲測管的聯(lián)結(jié) 有足夠的強度和剛度，保證聲測管不致因受力而彎折、脫開；有足夠的水密性，在較高的靜水壓力下，不漏漿；接口內(nèi)壁保持平整通暢，不應(yīng)有焊渣、毛刺等凸出物，以免妨礙接頭的上、下移動。 檢測前的準(zhǔn)備工作檢測前的準(zhǔn)備工作按照規(guī)范要求，安排檢測工作程序。 按照規(guī)范要求，調(diào)查、收集待檢工程及受檢樁的相關(guān)技術(shù)資料和施工記錄。 將伸出樁頂?shù)穆暅y管切割到同一標(biāo)高，測量管口標(biāo)高，作為計算各

11、測點高程的基準(zhǔn)。向管內(nèi)注入清水，封口待檢。 在放置換能器前，先用直徑與換能器略同的圓鋼作吊繩。檢查聲測管的通暢情況。用鋼卷尺測量樁頂面各聲測管之間外壁凈距。 原則上，樁身混凝土滿28d齡期后進(jìn)行聲波透射法檢測是最合理的，也是最可靠的。但是，為了加快工程建設(shè)進(jìn)度、縮短工期，當(dāng)采用聲波透射法檢測樁身缺陷和判定其完整性等級時，可適當(dāng)將檢測時間提前。規(guī)范中規(guī)定：“當(dāng)采用低應(yīng)變法或聲波透射法檢測樁身完整性時，受檢樁混凝土強度至少達(dá)到設(shè)計強度的70%，且不小于15MPa?！?，混凝土達(dá)到28d強度的70%一般需要兩周左右的時間。 檢測前對混凝土齡期的要求平測步驟將多根聲測管以兩根為一個檢測剖面進(jìn)行全組合，剖

12、面編碼。 將發(fā)、收換能器分別置于某一剖面的兩聲測管中，并放至樁的底部，保持相同標(biāo)高。 自下而上將發(fā)、收換能器以相同的步長（一般不宜大于250mm）向上提升。 在同一樁的各檢測剖面的檢測過程中，聲波發(fā)射電壓和儀器設(shè)置參數(shù)應(yīng)保持不變。 測試方法平測單向斜測交叉斜測對可疑測點的細(xì)測 對可疑測點，先進(jìn)行加密平測（換能器提升步長為1020cm），核實可疑點的異常情況，并確定異常部位的縱向范圍。再用斜測法對異常點缺陷的嚴(yán)重情況進(jìn)行進(jìn)一步的探測.斜測。就是讓發(fā)、收換能器保持一定的高程差，在聲測管內(nèi)以相同步長同步升降進(jìn)行測試，而不是象平測那樣讓發(fā)、收換能器在檢測過程中始終保持相同的高程。由于徑向換能器在鉛垂面

13、上存在指向性，因此，斜測時，發(fā)、收換能器中心連線與水平面的夾角不能太大，一般可取3040。 缺陷的細(xì)測 第三講檢測數(shù)據(jù)分析與結(jié)果判定 測試數(shù)據(jù)的整理 首先計算各測點波速首先計算各測點波速 波幅波幅 頻率頻率 波形記錄與觀察波形記錄與觀察 繪制聲參數(shù)深度曲線繪制聲參數(shù)深度曲線 聲速判據(jù)聲速判據(jù) 概率法 聲速低限值法 聲速臨界值的計算方法 將同一檢測面各測點的聲速值vi由大到小依次排序，即（1）式中 vi按序列排列后的第i個測點的聲速測量值；n某檢測剖面的測點數(shù)；k逐一去掉（1）式vi序列尾部最小數(shù)值的數(shù)據(jù)個數(shù)。對逐一去掉vi序列中最小值后余下的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計計算，當(dāng)去掉最小數(shù)值的數(shù)據(jù)個數(shù)為k時，對

14、包括vn-k在內(nèi)的余下數(shù)據(jù)v1vn-k按下列公式進(jìn)行統(tǒng)計計算： nnknivvvvvv121.kniivknv1m1kniivvkns12mv11 v0異常判斷值；vm（n-k）個數(shù)據(jù)的平均值；sv（n-k）個數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差；1由表查得的與（n-k）相對應(yīng)的系數(shù)。 vm0svv（2）（3）（4）n-k2022242628303234363811.641.691.731.771.801.831.861.891.911.94n-k4042444648505254565811.961.982.002.022.042.052.072.092.102.11n-k6062646668707274767812

15、.132.142.152.172.182.192.202.212.222.23n-k8082848688909294969812.242.252.262.272.282.292.292.302.312.32n-k10010511011512012513013514014512.332.342.362.382.392.412.422.432.452.46n-k15016017018019020022024026028012.472.502.522.542.562.582.612.642.672.69將vn-k與異常判斷值v0進(jìn)行比較，當(dāng)vn-kv0時，vn-k及其以后的數(shù)據(jù)均為異常，去掉vn-k

16、及其以后的異常數(shù)據(jù)；再用數(shù)據(jù)v1vn-k-1并重復(fù)式(2)至（4）的計算步驟，直到vi序列中余下的全部數(shù)據(jù)滿足：聲速異常時的臨界值判據(jù)為：vi vc0（5） 當(dāng)式（5）成立時，聲速可判定為異常。 0vvi概率法判據(jù)應(yīng)注意的幾個問題 以一個剖面的所有測點測值為統(tǒng)計樣本，且測點總數(shù)不少于20個點，當(dāng)樁長很短時，可減小測點間距，加大測試點數(shù)。由于臨界值的計算是以正?；炷恋穆曀俜植挤恼龖B(tài)分布為前提，統(tǒng)計計算正常波動下可能出現(xiàn)的最低值。因此參與統(tǒng)計的測點都是正常波動測點，異常點不應(yīng)該參與統(tǒng)計計算vm和sv，否則，將使計算統(tǒng)計的離散度增大（sv變大），平均值降低（vm變?。绊懪R界值的合理取值。 若

17、樁身缺陷太多，不能獲得反映樁身混凝土正常波動下測值的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差時，應(yīng)擴(kuò)大檢測范圍或參考同一工程質(zhì)量較穩(wěn)定的樁的聲速臨界值，來評定多缺陷樁。 采用概率法計算樁身混凝土聲速臨界值，只考慮了單邊情況，即“小值異?！鼻闆r，其原因如下：一方面環(huán)境條件惡劣或人為失誤造成的過失誤差一般只會引起混凝土質(zhì)量的惡化，即聲速降低，而使測點的聲速向小值方向偏離正態(tài)分布；另一方面，即使出現(xiàn)“大值異?！?，這樣的偏離是有利于工程結(jié)構(gòu)安全的,不應(yīng)判為異常點。 當(dāng)聲速的某些測值明顯高于混凝土聲速的正常取值時，應(yīng)分析原因（可能是聲測管彎曲或系統(tǒng)延時t0設(shè)置不正確）后作適當(dāng)剔除，再作數(shù)理統(tǒng)計分析，或參考同一工程其他樁的聲速臨界

18、值。 概率法本質(zhì)上也是一種相對比較法，在進(jìn)行異常點的鑒別和缺陷的判定時，應(yīng)結(jié)合測點的實際聲速與正常值的偏離程度以及其他聲參數(shù)進(jìn)行綜合判定。 概率法失效如果一混凝土灌注樁實測聲速普遍偏低（低于混凝土聲速的正常取值），但離散度小，采用概率法是無法找到異常測點的，這樣將導(dǎo)致漏判。 有的工程，為了搶進(jìn)度，采用比樁身混凝土設(shè)計強度高12個等級的混凝土進(jìn)行灌注，雖然樁身混凝土聲速有較大的離散性，可能出現(xiàn)異常測點，但即使是聲速最低的測點也在混凝土聲速的正常取值范圍，不應(yīng)判為樁身缺陷。而用概率法判據(jù)，可能視其為樁身缺陷，造成誤判。 聲速低限值法聲速低限值法 vi vL vi第i測點的聲速； vL 聲速低限值，

19、由預(yù)留同條件混凝土試件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。 PSD法判據(jù)法判據(jù) Ki第i測點的PSD判據(jù)；tci、tci-1分別為第i測點和第i-1測點聲時； zi、zi-1分別為第i測點和第i-1測點深度。 121cc)(iiiiizzttK1cciittt根據(jù)實測聲時計算某一剖面各測點的PSD判據(jù)，繪制“判據(jù)值深度”曲線，然后根據(jù)PSD值在某深度處的突變，結(jié)合波幅變化情況，進(jìn)行異常點判定。采用PSD法突出了聲時的變化，對缺陷較敏感，同時，也減小了因聲測管不平行或混凝土不均勻等非缺陷因素造成的測試誤差對數(shù)據(jù)分析判斷的影響 。波幅判據(jù)波幅判據(jù) 在規(guī)范中采用下列方法確定波幅臨界

20、值判據(jù)：Am同一檢測剖面各測點的波幅平均值（dB）；n同一檢測剖面測點數(shù)。 6mpi AAniAnA1pim1主頻判據(jù)主頻判據(jù) 在規(guī)范中只是把它作為樁身缺陷的一個輔助判據(jù)，即“主頻深度曲線上主頻值明顯降低的測點可判定為異?！薄?實測聲波波形實測聲波波形 實測波形可以作為判斷樁身混凝土缺陷的一個參。接收波的后續(xù)部分是發(fā)、收換能器之間各種路徑聲波迭加的結(jié)果，目前作定量分析比較難，但后續(xù)波的強弱在一定程度上反映了發(fā)、收換能器之間聲波在樁身混凝土內(nèi)各種聲傳播路徑上總的能量衰減。在檢測過程中應(yīng)注意對測點實測波形的觀察，應(yīng)選擇混凝土質(zhì)量正常的測點的有代表性的波形記錄下來并打印輸出，對聲參數(shù)異常的測點的實測

21、波形應(yīng)注意觀察其后續(xù)波的強弱，對確認(rèn)樁身缺陷的測點宜記錄并打印實測波形。 樁身混凝土缺陷的綜合判定 在規(guī)范中第10.4.7條明確指出：樁身完整性類別應(yīng)結(jié)合樁身混凝土各聲學(xué)參數(shù)臨界值、PSD判據(jù)、混凝土聲速低限值以及樁身質(zhì)量可疑點加密測試后確定的缺陷范圍，按規(guī)范表3.5.1的規(guī)定和表10.4.7的特征進(jìn)行綜合判定。 綜合判定的方法綜合判定的方法 采用平測法對樁的各檢測剖面進(jìn)行全面普查。 對各檢測剖面的測試結(jié)果進(jìn)行綜合分析確定異常測點。 對各剖面的異常測點進(jìn)行細(xì)測（加密測試） 。綜合各個檢測剖面細(xì)測的結(jié)果推斷樁身缺陷的范圍和程度。在對缺陷的幾何范圍和程度作出推斷后，對樁身完整性類別的判定可按表4-

22、2描述的各種類別樁的特征進(jìn)行，但還需綜合考察下列因素：樁的承載機(jī)理（摩擦型或端承型），樁的設(shè)計荷載要求，受荷狀況（抗壓、抗拔、抗水平力等），基礎(chǔ)類型（單樁承臺或群樁承臺），缺陷出現(xiàn)的部位（樁上部、中部還是樁底）等等。 類別特征表10.4.7表3.5.1各檢測剖面的聲學(xué)參數(shù)均無異常，無聲速低于低限值異常。樁身完整某一檢測剖面?zhèn)€別測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常，無聲速低于低限值異常。樁身有輕微缺陷，不會影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮 某一檢測剖面連續(xù)多個測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常；兩個或兩個以上檢測剖面在同一深度測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常；局部混凝土聲速出現(xiàn)低于低限值異常。樁身有明顯缺陷，對樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響 某

23、一檢測剖面連續(xù)多個測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)明顯異常；兩個或兩個以上檢測剖面在同一深度測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)明顯異常；樁身混凝土聲速出現(xiàn)普遍低于低限值異?；驘o法檢測首波或聲波接收信號嚴(yán)重畸變。樁身存在嚴(yán)重缺陷常見缺陷性質(zhì)與聲學(xué)參數(shù)的關(guān)系常見缺陷性質(zhì)與聲學(xué)參數(shù)的關(guān)系 沉渣：沉渣是松散介質(zhì)，其本身聲速很低，對聲波的衰減也相當(dāng)劇烈，所以凡遇到沉渣，必然是聲速和振幅均劇烈下降。通常在樁底出現(xiàn)這種情況多屬沉渣所引起。 夾泥：這類缺陷多由澆注導(dǎo)管提升不當(dāng)造成，若在樁身就是斷樁；若在樁頂就是樁頂標(biāo)高不夠。其特點也是聲速和振幅均明顯下降。只不過出現(xiàn)在樁身時往往是突變，在樁頂是緩變。若樁頂緩變低到某一界限（可根據(jù)波速值確定這一界限），其以上部位應(yīng)截樁，根據(jù)應(yīng)截樁的標(biāo)高可判定樁頂標(biāo)高是否夠。 混凝土被洗漿：若是挖孔樁出現(xiàn)各斷面均測值異常的層狀缺陷，則往往是施工中的事故引起的疏松層或樁孔中沁水控制不好或混凝土澆注后泌水過大所致?？妆谔蚰鄨F(tuán)：聲速與振幅均下降，但下降多少則視缺陷情況而定。如果是局部的泥團(tuán)，并未包裹聲測管，則下降的程度并不很大；如果泥團(tuán)包裹聲測