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文檔簡介

超聲波透射檢測技術(shù)2016年第一頁,共224頁。提綱超聲波的基本知識超聲波檢測系統(tǒng)超聲波檢測技術(shù)常見特殊情況的判定和處理檢測數(shù)據(jù)分析及判斷工程應(yīng)用實(shí)例第二頁,共224頁。

超聲波基礎(chǔ)知識11.1聲速1.2聲幅1.3頻率第三頁,共224頁。

1.超聲波的基本知識

聲波是在介質(zhì)中傳播的機(jī)械波,按頻率的不同可分為次聲波、可聞聲波、超聲波、特超聲波。

人類可聽到的聲波(即可聞聲波)頻率范圍是20HZ~20KHz。

超聲波人耳聽不見、頻率范圍在20KHz~100MHz。

第四頁,共224頁。

名稱頻率范圍次聲波0~2×101Hz可聞聲波2×101~2×104Hz超聲波2×104~1010Hz特超聲波>1010Hz用于混凝土聲波透射法檢測的聲波主頻率一般為20KHz~200KHz

1.超聲波的基本知識第五頁,共224頁。超聲波在介質(zhì)中傳播可檢測到的參數(shù):1、聲速超聲波傳播的速度2、聲幅超聲波的波幅3、聲頻超聲波的頻率

1.超聲波的基本知識第六頁,共224頁。聲速:混凝土檢測中最常用的參數(shù)固體介質(zhì)中聲波的波速取決于波動方程模型和介質(zhì)的彈性常數(shù),而波動方程模型則取決于波的類型和介質(zhì)的邊界條件。因此,聲波在固體介質(zhì)中的傳播速度主要受下列三方面因素的影響:波的類型、介質(zhì)的性質(zhì)、邊界條件

1.1聲速第七頁,共224頁。①波的類型:由于不同類型的波在固體介質(zhì)中的傳播機(jī)理不同,也就導(dǎo)致了傳播速度的差異。②介質(zhì)的性質(zhì):對于彈性介質(zhì),主要取決于它的密度、彈性模量、泊松比。這是影響波速的內(nèi)在因素,介質(zhì)的彈性特征愈強(qiáng)(E或G愈大),則波速愈高。

③邊界條件:實(shí)際上就是固體介質(zhì)的橫向尺寸(垂直于波的傳播方向上的幾何尺寸)與波長的比值,比值越大,傳播速度越快。

1.1聲速第八頁,共224頁??v波波速:①

在無限大固體介質(zhì)中傳播的縱波聲速式中E——介質(zhì)彈性模量;μ——介質(zhì)泊松比;ρ——介質(zhì)密度。

③在細(xì)長桿(橫向尺寸遠(yuǎn)小于波長)中縱波波速

②在薄板(板厚遠(yuǎn)小于波長)中縱波聲速

1.1聲速第九頁,共224頁。聲幅的實(shí)用單位(dB)的含義:聲幅:反映材料衰減特性的參數(shù)Api(j)—第i個測點(diǎn)的相對波幅值(dB)Ai(j)—第i個測點(diǎn)首波峰值(V)

a0

—基準(zhǔn)幅值,也就是0dB對應(yīng)的幅值(V)

1.2聲幅第十頁,共224頁。

聲波在介質(zhì)中傳播時其聲幅隨傳播距離的增大而逐漸減小的現(xiàn)象為衰減。

聲波的衰減與聲波的頻率及傳播距離有關(guān),也與被檢測材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能有關(guān)。

通過研究聲波在介質(zhì)中的衰減情況,可以達(dá)到探測介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能的目的。

1.2聲幅第十一頁,共224頁。聲幅衰減可分為以下三種類型(1)材料的粘滯性質(zhì)(吸收衰減)(2)材料的結(jié)構(gòu)特性(散射衰減)(3)材料的幾何特性(擴(kuò)散衰減)

1.2聲幅第十二頁,共224頁。

吸收衰減:聲波在固體介質(zhì)中傳播時,部分聲能會轉(zhuǎn)化為熱能等。一般認(rèn)為:吸收衰減系數(shù)α1與聲波頻率的一次方、二次方成正比。內(nèi)摩擦導(dǎo)致的吸收衰減系數(shù):

1.2聲幅第十三頁,共224頁。

散射衰減:

因介質(zhì)中存在顆粒狀結(jié)構(gòu)(如固體介質(zhì)中的顆粒、缺陷、摻雜物等)而導(dǎo)致聲波能量的衰減。

如在混凝土中:一方面粗骨料構(gòu)成許多聲學(xué)界面,使聲波在這些界面上產(chǎn)生多次反射、折射和波型轉(zhuǎn)換;另一方面微小顆粒在超聲波的作用下產(chǎn)生新的振源,向四周發(fā)射聲波,使聲波能量散射而衰減。

1.2聲幅14第十四頁,共224頁。

擴(kuò)散衰減:

通常這類衰減主要源于聲波傳播過程中,因波陣面的面積擴(kuò)大,導(dǎo)致波陣面上的能流密度減弱。

擴(kuò)散衰減的大小主要取決于聲源輻射器的擴(kuò)散性能及波的幾何形狀,而與傳播介質(zhì)的性質(zhì)無關(guān)。

1.2聲幅第十五頁,共224頁。頻率:反映超聲波強(qiáng)度正負(fù)交變快慢的參數(shù)①影響材料的吸收特性②影響材料的頻散特性③影響材料的尺寸效應(yīng)

1.3聲頻第十六頁,共224頁。

超聲波檢測系統(tǒng)2.1超聲波儀2.2換能器2.3聲測管2第十七頁,共224頁。(1)超聲儀的發(fā)展(2)數(shù)字超聲波儀的組成(3)超聲儀的基本功能(4)智能化超聲儀應(yīng)具備的特點(diǎn)(5)各規(guī)范對超聲波儀器的要求2.1超聲波儀第十八頁,共224頁。

超聲波儀是混凝土灌注樁缺陷檢測的基本裝置。它的作用是產(chǎn)生重復(fù)的電脈沖并激勵發(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收換能器接收并轉(zhuǎn)換為電信號,電信號送至超聲儀,儀器繪制并記錄下波形。2.1超聲波儀第十九頁,共224頁。模擬機(jī):第一代20世紀(jì)50年代出現(xiàn)了電子管聲波儀,主要是國外的1964年同濟(jì)大學(xué)研制出我國第一臺超聲儀。70年代后期,國內(nèi)一些單位又研制出一批晶體管分離元件的超聲儀。代表儀器:CTS一25型和SYC一2型超聲儀數(shù)字機(jī):第二代1990年,天津建筑儀器廠首先研制成功了我國第一臺數(shù)字化的超聲儀。這種超聲儀受數(shù)字采集與傳輸速度等方面的限制,無法實(shí)時動態(tài)顯示波形。從90年代中科院武漢巖土力學(xué)研究所生產(chǎn)的RSM-SY5聲波儀問世。(1)超聲儀的發(fā)展2.1超聲波儀第二十頁,共224頁?;鶚冻暡ㄗ詣訙y樁儀第三代

在數(shù)字化超聲儀的基礎(chǔ)上為提高基樁透射法的工作效率和測試精度,增加了深度自動記錄的功能。代表儀器:RSM-SY6ZBL-520ARS-ST01(C)基樁多跨孔超聲波自動循測儀第四代

實(shí)現(xiàn)了多通道自發(fā)自收設(shè)計,可以一次提升同時完成四管六剖面的測試工作,又將檢測效率提高六倍,大幅降低了現(xiàn)場檢測強(qiáng)度。代表儀器:RSM-SY7、RSM-SY7WRS-ST06D

(1)超聲儀的發(fā)展2.1超聲波儀第二十一頁,共224頁。無線化發(fā)展2.1超聲波儀第二十二頁,共224頁。聲波CT檢測儀可三維旋轉(zhuǎn)查看缺陷形狀及分布范圍2.1超聲波儀第二十三頁,共224頁。

(2)數(shù)字超聲儀的組成計算機(jī)部分(控制,存儲,顯示)高壓發(fā)射與控制部分程控放大與衰減部分

A/D轉(zhuǎn)換與采集部分2.1超聲波儀第二十四頁,共224頁。(3)超聲儀的基本功能信號放大(增益,衰減)信號濾波(高通,低通)顯示波形(延遲,記錄長度)讀取參數(shù)(聲時,聲幅)2.1超聲波儀第二十五頁,共224頁。(4)智能化超聲儀應(yīng)具備的特點(diǎn)自動采用適當(dāng)?shù)姆糯蟊稊?shù)自動判讀參數(shù)(聲時,聲幅,頻率等)靈活高效的顯示與記錄方式實(shí)時快速的現(xiàn)場分析功能方便的數(shù)據(jù)管理(原始數(shù)據(jù)與結(jié)果)兼顧通用性與專用性友好的界面2.1超聲波儀第二十六頁,共224頁。

(5)規(guī)范對超聲波儀的技術(shù)要求(TB10218-2008)

具有實(shí)時顯示和記錄接受信號的時程曲線以及頻譜分析功能。聲時顯示范圍大于2000μs,精度優(yōu)于或等于0.5μs。聲波發(fā)射脈沖宜為階躍或矩形脈沖,電壓幅值不小于500V。系統(tǒng)頻帶頻帶為5-200kHz。

聲波幅值測量范圍不小于80dB,聲時聲幅測量相對誤差小于5%。

系統(tǒng)最大動態(tài)范圍不小于100dB。

采集器模-數(shù)轉(zhuǎn)換精度不應(yīng)低于12bit,采樣間距應(yīng)小于1μs,采用長度不應(yīng)小于1024點(diǎn)。2.1超聲波儀第二十七頁,共224頁。(5)規(guī)范對超聲波儀的技術(shù)要求(JTG/TF81-012004)檢測儀應(yīng)具有一發(fā)雙收功能聲波發(fā)射應(yīng)該采用高壓階躍或矩形脈沖接收放大器的頻帶為5-200kHz

增益不應(yīng)小于100dB,波幅測量范圍80dB

計時顯示范圍大于2000μs,精度優(yōu)于0.5μs

采集器模-數(shù)轉(zhuǎn)換精度不應(yīng)低于8bit

采集頻率不應(yīng)小于10MHz

最大采集長度不應(yīng)低于32k2.1超聲波儀第二十八頁,共224頁。

(5)規(guī)范對超聲波儀的技術(shù)要求(JGJ106-2014)具有實(shí)時顯示和記錄接收信號的時程曲線以及頻率測量或頻譜分析的功能。

最小采樣時間間隔小于或等于0.5μs,聲波幅值測量相對誤差小于5%,系統(tǒng)頻帶寬度為5~200kHz,系統(tǒng)最大動態(tài)范圍不小于100dB。聲波發(fā)射脈沖為階躍或矩形脈沖,電壓幅值為200~1000V。具有首波實(shí)時顯示功能。具有自動記錄聲波發(fā)射與接收換能器位置功能。2.1超聲波儀第二十九頁,共224頁。(1)常見的超聲波換能器類型(2)換能器的選擇(3)規(guī)范對聲波換能器的要求2.2超聲波換能器第三十頁,共224頁。(1)常見的超聲波換能器類型平面型(高頻)朗之萬型(低頻)徑向增壓型一發(fā)雙收2.2超聲波換能器第三十一頁,共224頁。平面型(高頻)換能器原理2.2超聲波換能器第三十二頁,共224頁。朗芝萬型(低頻)換能器原理2.2超聲波換能器第三十三頁,共224頁。圓環(huán)式徑向換能器原理1—引出電纜,2—壓電圓環(huán),3—下錐體,4—扶正器,5—前置放大器2.2超聲波換能器第三十四頁,共224頁。圓環(huán)式徑向換能器夾心式平面換能器2.2超聲波換能器第三十五頁,共224頁。一發(fā)雙收換能器

單孔檢測采用一發(fā)雙收一體型換能器,其發(fā)射換能器至接收換能器的最近距離不應(yīng)小于300mm,兩接收換能器的間距宜為200mm。2.2超聲波換能器第三十六頁,共224頁。(2)換能器的選擇(頻率)2.2超聲波換能器第三十七頁,共224頁?;炷凉嘧犊缈壮暦z測中采用的是徑向換能器(2)換能器的選擇2.2超聲波換能器第三十八頁,共224頁。(3)規(guī)范對傳感器的要求(JTG/TF81-012004)徑向水平面無指向性諧振頻率宜大于25kHz

水密性滿足1MPa水壓能正常工作導(dǎo)線有長度標(biāo)志,標(biāo)注允許偏差<10mm

宜帶有5-60kHz的前置放大器2.2超聲波換能器第三十九頁,共224頁。(3)規(guī)范對傳感器的要求(TB10218-2008)圓柱狀徑向振動,沿徑向無指向性。諧振頻率宜為30-60kHz。

水密性滿足1MPa水壓能正常工作。導(dǎo)線有長度標(biāo)志,標(biāo)注允許偏差不應(yīng)大于10mm。

當(dāng)接收信號較弱時,宜選用帶前置放大器的換能器。2.2超聲波換能器第四十頁,共224頁。(3)規(guī)范對傳感器的要求(JGJ106-2014)圓柱狀徑向振動,沿徑向振動無指向性外徑小于聲測管內(nèi)徑,有效工作段長度不大150mm諧振頻率為30~60kHz水密性滿足1MPa水壓不滲水2.2超聲波換能器第四十一頁,共224頁。(1)聲測管的埋設(shè)數(shù)量要求(2)聲測管的材質(zhì)要求(3)聲測管的尺寸要求(4)聲測管的連接與埋設(shè)2.3聲測管第四十二頁,共224頁。(1)聲測管的埋設(shè)要求

聲測管是聲波透射法測樁時,徑向換能器的通道,其埋設(shè)數(shù)量決定了檢測剖面的個數(shù)(檢測剖面數(shù)為(n為聲測管數(shù)),同時也決定了檢測精度:聲測管埋設(shè)數(shù)量多,則兩兩組合形成的檢測剖面越多,聲波對樁身混凝土的有效檢測范圍更大、更細(xì)致,但需消耗更多的人力、物力,增加成本;減小聲測管數(shù)量雖然可以縮減成本,但同時也減小了聲波對樁身混凝土的有效檢測范圍,降低了檢測精度和可靠性。2.3聲測管第四十三頁,共224頁。

沿直徑布置呈三角形布置呈四方形布置樁徑D≤800mm時,埋設(shè)兩根聲測管800mm<樁徑D≤1600mm時,埋設(shè)三根聲測管樁徑D>1600mm時,埋設(shè)四根聲測管(1)聲測管的埋設(shè)要求(JGJ106-2014)2.3聲測管第四十四頁,共224頁。800mm<樁徑D≤1500mm時,埋設(shè)三根聲測管1500mm<樁徑D時,埋設(shè)四根聲測管(1)聲測管的埋設(shè)要求(JTG/TF81-012004)2.3聲測管第四十五頁,共224頁。(2)聲測管的材質(zhì)要求①②

有足夠的強(qiáng)度和剛度,保證在混凝土灌注過程中不會變形、破損,聲測管材料的溫度系數(shù)應(yīng)與混凝土接近,聲測管外壁與混凝土粘結(jié)良好,不產(chǎn)生剝離縫,影響測試結(jié)果。有較大的透聲率:一方面保證發(fā)射換能器的聲波能量盡可能多地進(jìn)入被測混凝土中,另一方面,又可使經(jīng)混凝土傳播后的聲波能量盡可能多地被接收換能器接收,提高測試精度。2.3聲測管第四十六頁,共224頁。(2)聲測管的材質(zhì)要求

目前常用的聲測管有金屬管、鋼質(zhì)波紋管、塑料管3種;運(yùn)用最多和效果最好的是金屬管。公路、鐵路規(guī)范要求采用金屬管。

JGJ106-2014規(guī)范要求:聲測管有一定的徑向剛度,如采用鋼管、鍍鋅管等管材,不宜采用PVC管。2.3聲測管第四十七頁,共224頁。

聲測管管壁太薄或材質(zhì)較軟時,混凝土灌注后的徑向壓力可能會使聲測管產(chǎn)生過大的徑向變形,影響換能器正常升降,甚至導(dǎo)致試驗(yàn)無法進(jìn)行,因此要求聲測管有一定的徑向剛度,如采用鋼管、鍍鋅管等管材,不宜采用PVC管。由于鋼材的溫度系數(shù)與混凝土相近,可避免混凝土凝固后與聲測管脫開產(chǎn)生空隙。聲測管的平行度是影響測試數(shù)據(jù)可靠性的關(guān)鍵,因此,應(yīng)保證成樁后各聲測管之間是基本平行的。(2)聲測管的材質(zhì)要求2.3聲測管第四十八頁,共224頁。

(3)聲測管的尺寸要求

①②

聲測管內(nèi)徑大,換能器移動順暢,但管材消耗大,且換能器居中情況差;內(nèi)徑小,則換能器移動時可能會遇到障礙,但管材消耗小,換能器居中情況好。因此,聲測管內(nèi)徑通常比徑向換能器的直徑大10~20mm即可。現(xiàn)在的增壓式換能器直徑為20mm左右,因此,一般選用40號鋼管(外徑48mm,內(nèi)徑42mm)。

2.3聲測管第四十九頁,共224頁。聲測管外徑54mm聲測管內(nèi)徑50mm傳感器直徑20mmT=40.8usT=0.8us2.3聲測管50第五十頁,共224頁。

a.公路規(guī)范要求:聲測管內(nèi)徑比徑向換能器的直徑大15mm。

b.鐵路規(guī)范要求:聲測管內(nèi)徑不小于40mm,壁厚不小于3mm。

c.建筑2014規(guī)范要求:聲測管內(nèi)徑比徑向換能器的直徑大10mm。

(3)聲測管的尺寸要求

2.3聲測管第五十一頁,共224頁。(4)聲測管的連接與埋設(shè)

用作聲測管的管材一般都不長(鋼管為6m長一根)當(dāng)受檢樁較長時,需把管材一段一段地聯(lián)結(jié),接口必須滿足下列要求:有足夠的強(qiáng)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。通常有兩種聯(lián)結(jié)方式:螺紋聯(lián)結(jié)和套筒聯(lián)結(jié)2.3聲測管第五十二頁,共224頁。(4)聲測管的連接與埋設(shè)

2.3聲測管第五十三頁,共224頁。(4)聲測管的連接與埋設(shè)

2.3聲測管第五十四頁,共224頁。聲測管一般用焊接或綁扎的方式固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè),在成孔后,灌注混凝土之前隨鋼筋籠一起放置于樁孔中,聲測管應(yīng)一直埋到樁底,聲測管底部應(yīng)密封,如果受檢樁不是通長配筋,則在無鋼筋籠處的聲測管間應(yīng)設(shè)加強(qiáng)箍,以保證聲測管的平行度。安裝完畢后,聲測管的上端應(yīng)用螺紋蓋或木塞封口,以免落入異物,阻塞管道。聲測管的連接和埋設(shè)質(zhì)量是保證現(xiàn)場檢測工作順利進(jìn)行的關(guān)鍵,也是決定檢測數(shù)據(jù)的可靠性以及試驗(yàn)成敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié),應(yīng)引起高度重視。2.3聲測管第五十五頁,共224頁。超聲波檢測技術(shù)3.1檢測原理和方法3.2現(xiàn)場檢測3.3檢測參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系3第五十六頁,共224頁。

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(diǎn)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。12343.1檢測原理和方法(1)檢測原理第五十七頁,共224頁。

按照超聲波換能器通道在樁體中的不同的布置方式,超聲波透射法基樁檢測有三種方法:

a.樁內(nèi)單孔透射法

2—發(fā)射換能器3—接收換能器4—聲波檢測儀(2)檢測方法3.1檢測原理和方法第五十八頁,共224頁。

b.樁外單孔透射法1—聲測管2—發(fā)射換能器3—接收換能器4—聲波檢測儀3.1檢測原理和方法第五十九頁,共224頁。c.樁內(nèi)跨孔透射法

樁內(nèi)跨孔法檢測根據(jù)兩換能器相對高程的變化,又可分為平測、斜測、交叉斜測、扇形掃描測等方式,在檢測時視實(shí)際需要靈活運(yùn)用。3.1檢測原理和方法第六十頁,共224頁。樁內(nèi)跨孔透射法三種方法的運(yùn)用:現(xiàn)場的檢測過程一般首先是采用平測法對全樁各個檢測剖面進(jìn)行普查,找出聲學(xué)參數(shù)異常的測點(diǎn)。然后,對聲學(xué)參數(shù)異常的測點(diǎn)采用加密平測測試、斜測或扇形掃測等細(xì)測方法進(jìn)一步檢測,這樣一方面可以驗(yàn)證普查結(jié)果,另一方面可以進(jìn)一步確定異常部位的范圍,為樁身完整性類別的判定提供可靠依據(jù)。(2)檢測方法3.1檢測原理和方法61第六十一頁,共224頁。a.平測1—聲測管2—發(fā)射換能器3—接收換能器4—聲波檢測儀以相同的標(biāo)高同步升降,完成整樁檢測3.1檢測原理和方法第六十二頁,共224頁。b.斜測

將發(fā)射換能器和接受換能器置于不同高度上同步提升,分析兩次測試的聲學(xué)參數(shù)異常的測線,來進(jìn)一步更精確的確定缺陷范圍。3.1檢測原理和方法第六十三頁,共224頁。一只換能器固定在某高程不動,另一只換能器逐點(diǎn)移動,測線呈扇形分布。要注意的是,扇形測量中各測點(diǎn)測距是各不相同的,雖然波速可以換算,相互比較,但振幅測值卻沒有相互可比性(波幅除與測距有關(guān),還與方位角有關(guān),且不是線性變化),只能根據(jù)相鄰測點(diǎn)測值的突變來發(fā)現(xiàn)測線是否遇到缺陷。c.扇測3.1檢測原理和方法第六十四頁,共224頁。(1)檢測準(zhǔn)備工作(2)儀器參數(shù)的設(shè)置(3)現(xiàn)場采集3.2現(xiàn)場檢測第六十五頁,共224頁。

a.了解有關(guān)技術(shù)資料及施工資料

主要了解樁的編號、設(shè)計強(qiáng)度、樁長、灌注日期等?,F(xiàn)場實(shí)測時,往往存在堵管或管深不一致的問題,了解樁長是很有必要的,而了解強(qiáng)度及灌注日期,能對波速的情況有一個大概的了解。

根據(jù)檢測的目的,制定相應(yīng)的檢測方案:包括:工程概況,目的與任務(wù),方法與技術(shù),儀器設(shè)備,檢測場地要求,檢測人員和時間安排,檢測報告等。(1)檢測準(zhǔn)備工作3.2現(xiàn)場檢測第六十六頁,共224頁。

檢測的時間應(yīng)滿足混凝土強(qiáng)度齡期的要求。為保證檢測結(jié)果的可靠性,同時考慮到混凝土在齡期14天后的超聲波波速等特性參數(shù)變化已經(jīng)趨于平緩,一般要求超聲波檢測混凝土灌注樁的齡期應(yīng)大于14天。(1)檢測準(zhǔn)備工作3.2現(xiàn)場檢測第六十七頁,共224頁。b.系統(tǒng)零時校正發(fā)射機(jī)的延遲發(fā)射換能器的延遲接收換能器的延遲(1)檢測準(zhǔn)備工作3.2現(xiàn)場檢測第六十八頁,共224頁。電延遲時間: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,電路的觸發(fā)、轉(zhuǎn)換。電聲轉(zhuǎn)換時間: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。聲延遲:聲波要通過換能器殼體或輻射體。(1)檢測準(zhǔn)備工作

b.系統(tǒng)零時校正3.2現(xiàn)場檢測第六十九頁,共224頁。c.零時校正的方法發(fā)射接收換能器直接對測時距法測定空氣中的聲速徑向換能器水中測定聲速(1)檢測準(zhǔn)備工作3.2現(xiàn)場檢測第七十頁,共224頁。時距法測定空氣中聲速軸線重合對測間距誤差小于0.5%

測點(diǎn)不少于10個3.2現(xiàn)場檢測第七十一頁,共224頁。

時距法測定空氣中聲速(數(shù)據(jù)處理)回歸計算:3.2現(xiàn)場檢測第七十二頁,共224頁。

徑向換能器測定水中聲速與校零值換能器收軸線平行置于清水中同一水平高度數(shù)據(jù)處理類似于空氣中的測試3.2現(xiàn)場檢測第七十三頁,共224頁。徑向換能器空氣中測定校零值換能器中部十字交叉疊放在一起儀器上增益設(shè)置較大,如200讀取出首波時間此種方法注意有時應(yīng)用于考試和能力驗(yàn)證時3.2現(xiàn)場檢測第七十四頁,共224頁。

計算聲測管及耦合水層聲時修正值:聲波從探頭里發(fā)射到另一個管里的探頭接收,實(shí)際上不僅是在混凝土中傳播,有一段時間是在管內(nèi)的水里和管里傳播,為了準(zhǔn)確的獲得樁的波速,應(yīng)該扣除掉這部分時間。3.2現(xiàn)場檢測第七十五頁,共224頁。t’聲時修正值D聲測管外徑d聲測管內(nèi)徑d’換能器外徑Vt聲測管聲速Vw水的聲速3.2現(xiàn)場檢測第七十六頁,共224頁。

d.在樁頂測量相應(yīng)聲測管外壁間凈距離。由于已經(jīng)在上一步工作中進(jìn)行了修正,所以在測量跨距時,應(yīng)該以兩管內(nèi)邊距為準(zhǔn)。3.2現(xiàn)場檢測第七十七頁,共224頁。

e.將各聲測管內(nèi)注滿清水,檢查聲測管暢通情況;換能器應(yīng)能在全程范圍內(nèi)正常升降。

注意這里管內(nèi)一定要注清水,水是超聲波良好的耦合劑,但如水中含有大量的雜質(zhì),對聲速和聲幅是有很大影響的。3.2現(xiàn)場檢測第七十八頁,共224頁。3.2現(xiàn)場檢測第七十九頁,共224頁。

f.現(xiàn)場采集系統(tǒng)架設(shè)

選擇干燥穩(wěn)固位置放置儀器,并通過調(diào)整儀器把手將儀器顯示屏調(diào)整到合適的角度方便觀察。三腳架架設(shè)時盡量選擇穩(wěn)固位置架設(shè),且通過調(diào)整盡量保持安裝深度計數(shù)器卡口水平。將深度計數(shù)器下部對準(zhǔn)卡口,并從三角架底部向上將固定螺絲擰緊,注意將有兩根豎直理線軸對準(zhǔn)樁的方向。聲測管管口宜安裝管口滑輪,以防換能器電纜在快速提升過程中被管口毛刺損傷。3.2現(xiàn)場檢測第八十頁,共224頁。

g.換能器放到管底后檢查管口深度是否一致。3.2現(xiàn)場檢測第八十一頁,共224頁。

h.逐一收緊各管換能器電纜,觀察管口深度,保證換能器在同一深度。i.打開深度計數(shù)器蓋將換能器電纜順序放置進(jìn)深度計數(shù)器線槽中,并向下壓緊鎖住深度計數(shù)器蓋。j.將深度編碼器接頭連接儀器,延長接頭放置在干燥處。3.2現(xiàn)場檢測第八十二頁,共224頁。

(2)檢測流程:

a.確定管的編號并正確的與儀器相應(yīng)通道接口連接。注意管的編號十分重要,如隨意編號而不遵循一定的規(guī)則,那么可能會造成復(fù)檢與初檢的結(jié)論不符合。建議統(tǒng)一以北方向或標(biāo)段延伸方向?yàn)榻y(tǒng)一編號規(guī)則。

3.2現(xiàn)場檢測第八十三頁,共224頁。

b.

確定了管的編號后,將探頭放入相應(yīng)的管中,再按管的編號將探頭接在儀器對應(yīng)的通道上,并一一對應(yīng),如管1或管A的探頭接到儀器一通道上,以此類推。3.2現(xiàn)場檢測

(2)檢測流程:第八十四頁,共224頁。

(2)檢測流程:

c.打開采集軟件,在設(shè)置中填入被測樁資料。如工程名稱、樁號、測試長度、跨距等。3.2現(xiàn)場檢測第八十五頁,共224頁。

(2)檢測流程:

d.設(shè)置延遲,增益等設(shè)置。3.2現(xiàn)場檢測第八十六頁,共224頁。

(2)檢測流程:

e.將發(fā)射和接收換能器分別置于聲測管的底部,點(diǎn)擊采樣,觀察下儀器設(shè)置是否合理,如感覺波形顯示不佳,可重新調(diào)整延遲,增益,等來達(dá)到最佳效果。

3.2現(xiàn)場檢測第八十七頁,共224頁。

良好

較差3.2現(xiàn)場檢測第八十八頁,共224頁。延遲的調(diào)整準(zhǔn)則也為跨距越大,延遲越大,以首波位置方便識別為優(yōu)。也可通過簡單的計算來確定,例如跨距1米,按4000的波速來估算,首波到達(dá)時間為250微秒,那么延遲設(shè)置應(yīng)為150微秒。以將首波放置在波形顯示區(qū)約三分之一或二分之一處為優(yōu)。3.2現(xiàn)場檢測第八十九頁,共224頁。

較好

較差

較差3.2現(xiàn)場檢測第九十頁,共224頁。有時也會發(fā)生,無論怎么調(diào)整增益和延遲,總是不能得到很好的顯示效果。此時有可能是由于樁底有沉渣或別的缺陷,可將探頭同步向上提升一定的深度,觀察采集效果,如效果變好,就可以以此設(shè)置為準(zhǔn)進(jìn)行檢測。

注意:驗(yàn)證完設(shè)置后,將探頭重新放回樁底。3.2現(xiàn)場檢測第九十一頁,共224頁。

(2)檢測流程:

f.確定調(diào)整到最佳效果并再次確認(rèn)探頭放在管底后;點(diǎn)擊新存,選擇保存文件名。注意:提升過程中勻速拉動探頭,不要過快,在儀器上有提升速度提示,當(dāng)提示為紅色時,應(yīng)降低提升速度3.2現(xiàn)場檢測第九十二頁,共224頁。

g.分別對所有檢測剖面完成檢測注意對應(yīng)管的數(shù)量有一定的剖面需要檢測,不要漏測兩根管一個面三根管三個面四根管六個面3.2現(xiàn)場檢測第九十三頁,共224頁。

(2)檢測流程:

h.現(xiàn)場保存完數(shù)據(jù)后,可點(diǎn)擊打開查看一下剛剛測試的數(shù)據(jù),如發(fā)現(xiàn)該數(shù)據(jù)中存在信號大面積異常,可將探頭重新放回管底,注意各探頭管口深度一致,再重新提升測試一次。3.2現(xiàn)場檢測第九十四頁,共224頁。

(2)檢測流程:i.在樁身質(zhì)量可疑的測點(diǎn)周圍,可采用加密測點(diǎn),或采用斜測、扇形掃測進(jìn)行復(fù)測,進(jìn)一步確定樁身缺陷的位置和范圍。3.2現(xiàn)場檢測第九十五頁,共224頁。

當(dāng)平測發(fā)現(xiàn)樁身中有缺陷時,應(yīng)采用加密測、斜測或扇測進(jìn)一步確定。

局部缺陷:如圖所示,在平測中發(fā)現(xiàn)某測線測值異常(圖中用實(shí)線表示),進(jìn)行斜測,在多條斜測線中,如果僅有一條測線(實(shí)線)測值異常,其余皆正常,則可以判斷這只是一個局部的缺陷,位置就在兩條實(shí)線的交點(diǎn)處。3.2現(xiàn)場檢測第九十六頁,共224頁。

縮頸或聲測管附著泥團(tuán):如圖所示,在平測中發(fā)現(xiàn)某(些)測線測值異常(實(shí)線),進(jìn)行斜測。如果斜測線中、通過異常平測點(diǎn)發(fā)收處的測線測值異常,而穿過兩聲測管連線中間部位的測線測值正常,則可判斷樁中心部位是正?;炷粒毕輵?yīng)出現(xiàn)在樁的邊緣,聲測管附近,有可能是縮頸或聲測管附著泥團(tuán)。當(dāng)某根聲測管陷入包圍時,由它構(gòu)成的兩個測試面在該高程處都會出現(xiàn)異常測值。3.2現(xiàn)場檢測第九十七頁,共224頁。層狀缺陷(斷樁):如圖所示,在平測中發(fā)現(xiàn)某(些)測線值異常(實(shí)線),進(jìn)行斜測。如果斜測線中除通過異常平測點(diǎn)發(fā)收處的測線測值異常外,所有穿過兩聲測管連線中間部位的測線測值均異常,則可判定該聲測管間缺陷連成一片。如果三個測試面均在此高程處出現(xiàn)這樣情況,如果不是在樁的底部,測值又低下嚴(yán)重,則可判定是整個斷面的缺陷,如夾泥層或疏松層,既斷樁。3.2現(xiàn)場檢測第九十八頁,共224頁。

扇形掃測:在樁頂或樁底斜測范圍受限制時,或者為減少換能器升降次數(shù),作為一種輔助手段,也可扇形掃查測量,如圖所示。3.2現(xiàn)場檢測第九十九頁,共224頁。

在樁身質(zhì)量可疑的聲測線附近,應(yīng)采用增加聲測線或采用扇形掃測、交叉斜測、CT影像技術(shù)等方式進(jìn)行復(fù)測和加密測試,確定缺陷的位置和空間分布范圍。JGJ106-2014的規(guī)定3.2現(xiàn)場檢測第一百頁,共224頁。3.2現(xiàn)場檢測101第一百零一頁,共224頁。3.2現(xiàn)場檢測第一百零二頁,共224頁。問題:1、探頭的有效長度2、單元格聲測線數(shù)量3、聲測管的影響4、鉆芯驗(yàn)證的風(fēng)險3.2現(xiàn)場檢測第一百零三頁,共224頁。

綜上所述,講解這些注意事項(xiàng)的目的,主要是為了能在檢測現(xiàn)場得到準(zhǔn)確有效的測試數(shù)據(jù),當(dāng)我們得到準(zhǔn)確有效的檢測數(shù)據(jù)后,可利用聲波透射分析軟件進(jìn)行分析處理及報告出具的工作。

3.2現(xiàn)場檢測第一百零四頁,共224頁。

(1)混凝土灌注樁的特點(diǎn)(2)聲波透射法的特點(diǎn)(3)聲波波速與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系(4)聲波波速與混凝土缺陷的關(guān)系(5)聲幅與混凝土質(zhì)量的關(guān)系(6)聲頻與混凝土質(zhì)量的關(guān)系(7)波形與混凝土質(zhì)量的關(guān)系3.3檢測參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系第一百零五頁,共224頁。(1)混凝土灌注樁的特點(diǎn)施工難度大工藝復(fù)雜隱蔽性強(qiáng)硬化環(huán)境及混凝土成型條件復(fù)雜更易產(chǎn)生空洞、裂縫、夾雜局部疏松、縮徑等各種樁身缺陷,對建筑物的安全和耐久性構(gòu)成嚴(yán)重威脅。3.3檢測參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系第一百零六頁,共224頁。(2)聲波透射法的特點(diǎn)是檢測混凝土灌注樁樁身缺陷、評價其完整性的一種有效方法,當(dāng)聲波經(jīng)混凝土傳播后,它將攜帶有關(guān)混凝土材料性質(zhì)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成的信息,準(zhǔn)確測定聲波經(jīng)混凝土傳播后各種聲學(xué)參數(shù)的量值及變化,就可以推斷混凝土的性能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成情況?;炷临|(zhì)量檢測中常用的聲學(xué)參數(shù)為聲速、波幅、頻率以及波形。3.3檢測參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系第一百零七頁,共224頁。(3)聲波波速與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系聲波波速反映了混凝土的彈性性質(zhì),混凝土的彈性性質(zhì)與混凝土的強(qiáng)度具有相關(guān)性,因此混凝土聲速與強(qiáng)度之間存在相關(guān)性。另一方面,對組成材料相同的構(gòu)件(混凝土),其內(nèi)部越致密,孔隙率越低,則聲波波速越高,強(qiáng)度也越高。

但是用波速來推算混凝土強(qiáng)度是不可取的,規(guī)范也不要求推定強(qiáng)度。3.3檢測參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系第一百零八頁,共224頁。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,聲速高則混凝土密實(shí),相反則混凝土不密實(shí)。當(dāng)有空洞或裂縫存在時,便破壞了混凝土的整體性,超聲脈沖波只能繞過空洞或裂縫傳播到接收換能器,因此傳播的路程增大,測得的聲時必然偏長或聲速降低。(4)聲波波速與混凝土缺陷的關(guān)系3.3檢測參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系第一百零九頁,共224頁。(5)聲幅與混凝土質(zhì)量的關(guān)系聲幅是表征聲波穿過混凝土后能量衰減程度聲幅強(qiáng)弱與混凝土的粘塑性有關(guān)

混凝土中存在低強(qiáng)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,聲幅明顯下降。3.3檢測參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系第一百一十頁,共224頁。(6)聲頻與混凝土質(zhì)量的關(guān)系

聲波脈沖是復(fù)頻波,具有多種頻率成分。各頻率成分穿過混凝土后的衰減程度不同,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。漂移的多少取決于衰減因素的嚴(yán)重程度。接收波主頻率實(shí)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。3.3檢測參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系第一百一十一頁,共224頁。(7)波形與混凝土質(zhì)量的關(guān)系

經(jīng)過缺陷反射或繞過缺陷傳播的脈沖波信號與直達(dá)波信號之間存在聲程和相位差,疊加后互相干擾,致使接收信號的波形發(fā)生畸變。3.3檢測參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系第一百一十二頁,共224頁。(7)波形與混凝土質(zhì)量的關(guān)系正常波形特征:1.首波陡峭,振幅大2.第一周波的后半周即達(dá)到較高振幅,接收波的包絡(luò)線呈半圓形3.第一個周期的波形無畸變3.3檢測參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系第一百一十三頁,共224頁。

(7)波形與混凝土質(zhì)量的關(guān)系缺陷波形特征:1)首波平緩,振幅小

2)后續(xù)周期幅度增加得仍不夠.3)波形有畸變

4)缺陷嚴(yán)重時,無法接收聲波3.3檢測參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系第一百一十四頁,共224頁。幾種聲學(xué)參數(shù)的比較(1)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。(2)聲幅(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)。(3)聲頻的變化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。(4)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,還應(yīng)注意觀察整個接收波形形態(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的參考。3.3檢測參數(shù)與混凝土質(zhì)量關(guān)系第一百一十五頁,共224頁。常見特殊情況的判定和處理44.1堵管處理4.2管斜處理4.3檢測數(shù)據(jù)異常第一百一十六頁,共224頁。當(dāng)出現(xiàn)堵管時,可以讓發(fā)射與接受換能器不在同一高度上,但水平夾角不能太大。如某一個管堵管較長,其它面的信號需要采集幫助判斷的時候,可以將堵管的探頭的深度在編碼器端保持跟其它管一致,多余的電纜可暫時放置在地面。當(dāng)堵管長度太長時,可以采用其他方法(如鉆芯法)對樁的完整性進(jìn)行檢測。4.1堵管處理第一百一十七頁,共224頁。

在檢測過程中,難免會碰到聲測管彎管的情況,管斜對我們的檢測結(jié)果有較大的影響,容易造成對缺陷的錯判或漏判。4.2管斜處理第一百一十八頁,共224頁。

直接從波形上觀察,感覺該剖面在42米以下存在大范圍缺陷。4.2管斜處理第一百一十九頁,共224頁。

但通過觀察PSD的變化及聲速聲幅曲線的變化,我們發(fā)現(xiàn),PSD并無強(qiáng)烈變化,且聲速聲幅呈趨勢性漸變,應(yīng)為聲測管偏斜,需進(jìn)行管斜修正。4.2管斜處理第一百二十頁,共224頁。管斜修正處理后,該剖面42米以下并未存在缺陷。4.2管斜處理第一百二十一頁,共224頁。

同一根樁,各剖面相差很大:在檢測過程中,有時會出現(xiàn)這種情況,舉個例子,三管的樁,測完發(fā)現(xiàn),2-3面與1-21-3面的聲速聲幅差距很大。4.3檢測數(shù)據(jù)異常第一百二十二頁,共224頁。

1-32-31-24.3檢測數(shù)據(jù)異常第一百二十三頁,共224頁。樁身波速較均勻,但波速偏低,波幅不均勻:在檢測過程中,有時會出現(xiàn)這種情況,舉個例子,一根樁的波速比較均勻,但是都比正常值偏低。聲幅存在一定的不均勻離散。4.3檢測數(shù)據(jù)異常第一百二十四頁,共224頁。

4.3檢測數(shù)據(jù)異常第一百二十五頁,共224頁。聲測管內(nèi)部的銹蝕、青苔(水)沒有清管清管之后4.3檢測數(shù)據(jù)異常126第一百二十六頁,共224頁。聲測管接頭的影響4.3檢測數(shù)據(jù)異常第一百二十七頁,共224頁。檢測數(shù)據(jù)分析及判斷5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)5.3樁身完整性綜合判定5第一百二十八頁,共224頁。5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)(1)聲速計算(2)聲幅計算(3)頻率計算(4)PSD計算第一百二十九頁,共224頁。(1)聲時、聲速按下式計算:。

t’聲時修正值

t。系統(tǒng)延遲5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)

第一百三十頁,共224頁。(1)聲時測量分辨力:超聲波儀器聲時測量分辨力(采樣間隔),精密測量時儀器的聲時測量采樣間隔應(yīng)優(yōu)于或等于0.1μs。若儀器的采樣間隔設(shè)定大于1.0μs時,聲時測讀精度下降;大于2.0μs時,將嚴(yán)重影響對小缺陷的判定能力。5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)聲速計算——誤差來源第一百三十一頁,共224頁。(2)系統(tǒng)測量誤差:包括儀器測量系統(tǒng)的延遲時間t0、聲測管及耦合水層聲時修正值t′、兩聲測管的外壁凈距測量引起的相對誤差等。5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)聲速計算——誤差來源第一百三十二頁,共224頁。(3)換能器水平位置差檢測過程中換能器在聲測管中水平方面位置的誤差。由于水的聲速只有混凝土的三分之一,當(dāng)聲測管直徑較換能器直徑明顯大時,換能器在聲測管中位置變化,會明顯增加聲時的測量誤差。聲波在聲測管中因透射、折射、反射迭加過程引起的衰減效應(yīng),造成缺失首波現(xiàn)象,將引起更大的測量誤差。

5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)聲速計算——誤差來源第一百三十三頁,共224頁。(4)換能器豎直位置差:

檢測過程中換能器在聲測管中豎直方向位置的誤差。由于發(fā)射、接收換能器不同步,造成透射距離變化引起的一種聲時測量誤差。5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)聲速計算——誤差來源第一百三十四頁,共224頁。(5)噪聲干擾導(dǎo)致識別初至?xí)r間誤差干擾信號對儀器自動判讀精度的影響。噪聲較強(qiáng)時,使接收信號波形畸變引起的判定誤差。這些誤差不但影響到實(shí)測波速,也干擾到利用PSD判據(jù)判別樁身缺陷的準(zhǔn)確性。5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)聲速計算——誤差來源第一百三十五頁,共224頁。

(6)聲測管不平行聲測管在安裝或者澆注混凝土的過程中的不平行也會導(dǎo)致聲速計算誤差。聲速計算——誤差來源5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)第一百三十六頁,共224頁。(7)跨距測量誤差或者不對應(yīng)在實(shí)際檢測過程中,有些人沒有攜帶尺子,估計的跨距與實(shí)際結(jié)果可能有較大誤差。測量了跨距,但是測量的剖面跨距與計算的剖面跨距出現(xiàn)錯位。聲速計算——誤差來源5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)

第一百三十七頁,共224頁。聲速計算——影響聲速的原因(1)測距對聲速值的影響對于同一種介質(zhì)聲速是一定的,不應(yīng)隨著尺寸大小的變化而變化。然而實(shí)際上,用目前的超聲波儀器測定介質(zhì)聲速時,所測得的聲速值會隨著距離的增大而減小。5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)第一百三十八頁,共224頁。(2)濕度對聲速值的影響混凝土濕度對聲速有著較為顯著的影響,試驗(yàn)表明對于同一混凝土試件,飽和水狀態(tài)下的聲速要比在干燥條件下的聲速高4%~6%。主要原因是:混凝土含水量的增大,使混凝土孔隙中的空氣被水置換,聲波在水中的傳播速度為1480m/s,而在空氣中的傳播速度僅為343m/s。聲速計算——影響聲速的原因5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)

第一百三十九頁,共224頁。(3)溫度對聲速值的影響當(dāng)溫度在20~40℃時對聲速影響不大,當(dāng)溫度超過50℃時,聲速隨溫度的升高而降低。因此,在一般測試條件下,溫度影響可以忽略,但是在較高或較低溫度時,例如剛出池的蒸汽養(yǎng)護(hù)構(gòu)件或冬天室外的構(gòu)件等,則有必要予以修正。5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)聲速計算——影響聲速的原因第一百四十頁,共224頁。(4)混凝土中鋼筋對聲速值的影響鋼筋中超聲波傳播速度比普通混凝土的高1.2~1.9倍。因此,測量鋼筋混凝土中的聲速時,在超聲波通過路徑上存在鋼筋,測量的“聲速”可能是部分或全部通過鋼筋的傳播“聲速”,使混凝土聲速測值偏高。尤其針對內(nèi)部有三角形定位筋的情況。5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)聲速計算——影響聲速的原因第一百四十一頁,共224頁。(5)粗骨料的影響

粗骨料品種:不同的粗骨料,其材質(zhì)不同,其本身的聲速和強(qiáng)度情況也就不同,因而用不同粗骨料制作的同配合比混凝土,其聲速不一樣。

粗骨料最大粒徑:粗骨料的最大粒徑越大,則單位體積混凝土中粗骨料所占有的聲程隨之增加,即混凝土的聲速隨粗骨料最大粒徑的增大而增加。

粗骨料含量:一般相同強(qiáng)度的混凝土其超聲波速度隨著粗骨料含量的增加而呈提高的趨勢。5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)聲速計算——影響聲速的原因第一百四十二頁,共224頁。(6)齡期的影響一般情況下,齡期越長,聲速值越高,但是到后期變化非常緩慢。其他條件相同時,養(yǎng)護(hù)條件好的,一般聲速會高一些。聲速計算——影響聲速的原因5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)第一百四十三頁,共224頁。

(2)聲幅計算:Ap

第i個測點(diǎn)的相對波幅值(dB)a第i個測點(diǎn)首波峰值(V)a0

基準(zhǔn)幅值,也就是0dB對應(yīng)的幅值(V)5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)第一百四十四頁,共224頁。

聲幅計算——誤差4.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)(1)傳感器碰撞造成基線偏移。(2)由于裂縫等造成了波形的反向,從而造成了首波識別錯誤。(3)沒有固定增益,不同增益檔可能存在誤差。第一百四十五頁,共224頁。

(3)頻率計算fi——第i測點(diǎn)信號的主頻值(kHz)Ti——第i測點(diǎn)信號的周期(μs)

5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)

第一百四十六頁,共224頁。

(4)PSD計算ti

第個測點(diǎn)聲時ti-1

第個測點(diǎn)聲時zi

第個測點(diǎn)深度zi-1

第個測點(diǎn)深度5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)

第一百四十七頁,共224頁。PSD的作用:

當(dāng)聲時值有明顯變化或突變時,PSD與時間差的平方成正比。因而PSD將大幅變化。因此PSD判據(jù)對缺陷十分敏感。同時又可排除聲測管不平行或混凝土不均勻引起聲時變化等非缺陷因素的影響。凡是在判據(jù)值較大的地方,均作為疑問區(qū),作進(jìn)一步的細(xì)測。5.1計算透射法檢測數(shù)據(jù)第一百四十八頁,共224頁。5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)(1)聲速判據(jù)(2)聲幅判據(jù)(3)PSD判據(jù)第一百四十九頁,共224頁。

當(dāng)檢測剖面n個測點(diǎn)的聲速值普遍偏低且離散性很小時,宜采用聲速低限值判據(jù)。vi<vLVi——第i個測點(diǎn)聲速值(km/s)VL——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)度與聲速對比試驗(yàn)結(jié)果,結(jié)合本地區(qū)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)確定

a.低限值法(1)聲速判據(jù)5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百五十頁,共224頁。(1)聲速判據(jù)b.概率法

當(dāng)實(shí)測混凝土聲速值低于聲速臨界值時應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)Vi——第i個測點(diǎn)聲速值(km/s)VD——聲速的異常判斷臨界值(km/s)5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百五十一頁,共224頁。

公路規(guī)范采用的公式(單邊剔除法)5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百五十二頁,共224頁?,F(xiàn)有公路規(guī)范存在的問題(1)沒有剔除偏離正態(tài)分布的數(shù)據(jù)得到的不能準(zhǔn)確反映聲速在正態(tài)分布下的統(tǒng)計特征,理論上不嚴(yán)謹(jǐn)。(2)取定值為2,測點(diǎn)少時偏松,可能漏判;測點(diǎn)多時偏嚴(yán),可能誤判。(3)對聲速臨界值上限沒有限定。(4)聲速測試值離散性太大,概率法失效時,沒有給出處理辦法。5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百五十三頁,共224頁。

由于每一個聲測管中的測點(diǎn)可能對應(yīng)多個檢測剖面,而聲測線則是組成某一檢測剖面的兩聲測管中測點(diǎn)之間的連線,它的聲學(xué)特征反映的是其聲場輻射區(qū)域的混凝土質(zhì)量,有明確的對應(yīng)關(guān)系,故用“聲測線”代替了原規(guī)范采用的“測點(diǎn)”。5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)JGJ106-2014的改進(jìn):第一百五十四頁,共224頁。

第j檢測剖面的聲速異常判斷的概率統(tǒng)計值應(yīng)按下列方法確定:(1)將第j檢測剖面各聲測線的聲速值

由大到小依次排序,即:式中

第j

檢測剖面第i聲測線聲速,i

為1~n;

n

—第j

檢測剖面的聲測線總數(shù);

k

—擬去掉的低聲速值的數(shù)據(jù)個數(shù),k=0,1,2,…;

l

—擬去掉的高聲速值的數(shù)據(jù)個數(shù),l=0,1,2,…。5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)JGJ106-2014的改進(jìn):第一百五十五頁,共224頁。(2)對去掉

中k個最小數(shù)值和l個最大數(shù)值后的其余數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計計算:

第j剖面的聲速異常小值判斷值;

第j剖面的聲速異常大值判斷值;

(n-k-l)個數(shù)據(jù)的平均值;

(n-k-l)個數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差;

λ

與(n-k-l)相對應(yīng)的系數(shù)。5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)JGJ106-2014的改進(jìn):第一百五十六頁,共224頁。VnVV01VmV02V1Vn-1V2……5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百五十七頁,共224頁。λ

——由表查得的與(n-k-k′)相對應(yīng)的系數(shù)。nk′10111213141516171820λ1.281.331.381.431.471.501.531.561.591.64nk′20222426283032343638λ1.641.691.731.771.801.831.861.891.911.94nk′40424446485052545658λ1.961.982.002.022.042.052.072.092.102.11nk′60626466687072747678λ2.132.142.152.172.182.192.202.212.222.23nk′80828486889092949698λ2.242.252.262.272.282.292.292.302.312.32nk′100105110115120125130135140145λ2.332.342.362.382.392.412.422.432.452.46nk′150160170180190200220240260280λ2.472.502.522.542.562.582.612.642.672.69nk′300320340360380400420440470500λ2.722.742.762.772.792.812.822.842.862.88nk′5506006507007508008509009501000λ2.912.942.962.983.003.023.043.063.083.09nk′1100120013001400150016001700180019002000

λ3.123.143.173.193.213.233.243.263.283.295.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百五十八頁,共224頁。(3)按k=0、k′=0、k=1、k′=1、k=2、k′=2……的順序,將參加統(tǒng)計的數(shù)列最小數(shù)據(jù)

與異常小值判斷值

進(jìn)行比較,當(dāng)

小于等于

時剔除最小數(shù)據(jù);將最大數(shù)據(jù)

與異常大值判斷值

進(jìn)行比較,當(dāng)

大于等于

時剔除最大數(shù)據(jù);每次剔除一個數(shù)據(jù),對剩余數(shù)據(jù)構(gòu)成的數(shù)列,重復(fù)以上第二點(diǎn)的計算步驟,直到下列兩式成立:

><5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)JGJ106-2014的改進(jìn):第一百五十九頁,共224頁。(4)剖面判斷概率統(tǒng)計值的確定第j檢測剖面的聲速異常判斷概率統(tǒng)計值按下列方法確定:

5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)JGJ106-2014的改進(jìn):第一百六十頁,共224頁。

(5)受檢樁的聲速臨界值應(yīng)按下列方法確定:

對只有單個檢測剖面的樁,其聲速異常判斷臨界值等于檢測剖面聲速異常判斷臨界值;對具有三個及三個以上檢測剖面的樁,應(yīng)取各個檢測剖面聲速異常判斷臨界值的算術(shù)平均值,作為該樁各聲測線的聲速異常判斷臨界值。5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)JGJ106-2014的改進(jìn):161第一百六十一頁,共224頁。

1#~15#(對應(yīng)剖面為1至48)樁身混凝土均勻、質(zhì)量較穩(wěn)定,兩種計算方法得到的聲速臨界值差異不大(“雙邊法”略高);16#~21#(對應(yīng)剖面為49~72)樁身存在較多缺陷,混凝土質(zhì)量不穩(wěn)定,兩種計算方法得到的聲速臨界值差異較大,“單邊法”得到的臨界值甚至?xí)霈F(xiàn)明顯不合理的低值,而“雙邊法”得到的聲速臨界值則比較合理。5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百六十二頁,共224頁。

“雙剔法”計算得到的每根樁各個檢測剖面聲速臨界值的標(biāo)準(zhǔn)差普遍小于“單剔法”。在工程上,同一根樁的混凝土設(shè)計強(qiáng)度,配合比、地質(zhì)條件、施工工藝相同,不同檢測剖面(自下而上)不存在明顯差異,各剖面聲速臨界值應(yīng)該是相近的,其標(biāo)準(zhǔn)差趨于變小才合理。所以“雙剔法”比“單剔法”更符合工程實(shí)際情況。5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百六十三頁,共224頁。

(2)聲幅判據(jù)

用聲幅平均值減6dB最為聲幅臨界值,當(dāng)實(shí)測聲幅低于聲幅臨界值時,應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百六十四頁,共224頁。

聲幅計算——有些采用能量包絡(luò)明顯,能量計算方便包絡(luò)基本明顯,能量計算方便波形嚴(yán)重消波,不方便能量計算5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百六十五頁,共224頁。

(3)PSD判據(jù)

采用斜率法作為輔助異常判據(jù),當(dāng)PSD值在某測點(diǎn)附近變化明顯時,應(yīng)將其作為可疑缺陷區(qū)5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百六十六頁,共224頁。

規(guī)范對聲速和聲幅做出了明確的規(guī)定,并提供了很具體的判據(jù)算法,聲時參數(shù)是用PSD變換表示的,但未提出具體的量化判斷標(biāo)準(zhǔn)。而主頻和波形兩個參數(shù)也未做明確的量化規(guī)定。5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百六十七頁,共224頁。5.2透射法檢測數(shù)據(jù)判據(jù)第一百六十八頁,共224頁。5.3樁身完整性綜合判定(1)樁身完整性類別判定(2)綜合判定的方法(3)常見缺陷性質(zhì)與聲學(xué)參數(shù)的關(guān)系第一百六十九頁,共224頁。

JGJ106-2014的規(guī)定

當(dāng)因聲測管傾斜導(dǎo)致聲速數(shù)據(jù)有規(guī)律地偏高或偏低變化時,應(yīng)先對管距進(jìn)行合理修正,然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析。當(dāng)實(shí)測數(shù)據(jù)明顯有規(guī)律地偏離正常值而又無法進(jìn)行合理修正,檢測數(shù)據(jù)不得作為評價樁身完整性的依據(jù)。

如果不對斜管進(jìn)行合理的修正,將嚴(yán)重影響聲速的臨界值的合理取值,因此本條規(guī)定聲測管傾斜時應(yīng)作測距修正。但是,對于各聲測線聲速值的偏離沿深度方向無變化規(guī)律的,不得隨意修正。因堵管導(dǎo)致數(shù)據(jù)不全,只能對有效檢測范圍內(nèi)的樁身進(jìn)行評價,不能整樁評價。5.3樁身完整性綜合判定第一百七十頁,共224頁。樁身完整性類別判定(公路)Ⅰ類樁:各聲測剖面每個測點(diǎn)的聲速、波幅均大于臨界值,波形正常。Ⅱ類樁:某一聲測剖面?zhèn)€別測點(diǎn)的聲速、波幅略小于臨界值,但波形基本正常。Ⅲ類樁:某一聲測剖面連續(xù)多個測點(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:某一聲測剖面連續(xù)多個測點(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。5.3樁身完整性綜合判定第一百七十一頁,共224頁。

樁身完整性類別判定(JGJ106-2014)5.3樁身完整性綜合判定第一百七十二頁,共224頁。5.3樁身完整性綜合判定第一百七十三頁,共224頁。綜合判定的方法(1)采用平測法對樁的個檢測剖面進(jìn)行全面普查。(2)對各檢測剖面的測試結(jié)果進(jìn)行綜合分析確定異常點(diǎn)

a、采用概率法確定各檢測剖面的聲速臨界值。

b、聲速離散性不大,但臨界值明顯偏低時,參考低限值

c、低于臨界值或PSD判據(jù)中的可疑點(diǎn),如波幅也偏低,可確定為異常點(diǎn)。(3)對各剖面的異常測點(diǎn)進(jìn)行細(xì)測采用加密平測和交叉斜測等方法驗(yàn)證平測普查對異常點(diǎn)的判斷并確定缺陷的范圍和投影邊界。5.3樁身完整性綜合判定174第一百七十四頁,共224頁。綜合判定的方法(續(xù))(4)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。

a、是否存在同一高程的缺陷。

b、確定分布范圍、投影尺寸。

c、缺陷程度的推斷實(shí)測聲速與正常混凝土聲速的偏離程度實(shí)測聲幅與正?;炷谅暦钠x程度實(shí)測聲形與正?;炷撂幍牟ㄐ蜗啾鹊幕兂潭热毕萏嶱SD判據(jù)的突變程度5.3樁身完整性綜合判定第一百七十五頁,共224頁。綜合判定的方法(續(xù))聲波透射法樁身完整性類別分類特征是根據(jù)以下幾個因素來劃分的:(1)缺陷空間幾何尺寸的相對大小;(2)聲學(xué)參數(shù)異常的相對程度;(3)接收波形畸變的相對程度;(4)聲速與低限值比較。這幾個因素中除聲速可與低限值作定量對比外,如Ⅰ、Ⅱ類樁混凝土聲速不低于低限值,Ⅲ、Ⅳ類樁局部混凝土聲速低于低限值,其他參數(shù)均是以相對大小或異常程度來作定性的比較。5.3樁身完整性綜合判定第一百七十六頁,共224頁。綜合判定的方法(續(xù))聲波接收波形畸變程度(a)(b)

(c)(d)接收波形畸變程度示意(a)正常的接收波形;(b)輕微畸變波形;(c)明顯畸變波形;(d)嚴(yán)重畸變波形5.3樁身完整性綜合判定第一百七十七頁,共224頁。

常見缺陷性質(zhì)與聲學(xué)參數(shù)的關(guān)系(1)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,必然是聲速和聲副均劇烈下降。(2)泥砂與水泥漿的混合物

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;若在樁頂就是樁標(biāo)高不夠。其特點(diǎn)是聲速和聲副均明顯下降。只不過出現(xiàn)在樁身時往往是突變,在樁頂是緩變。5.3樁身完整性綜合判定第一百七十八頁,共224頁。(3)孔壁坍塌或泥團(tuán)

聲速和波幅均下降,下降多少視缺陷而定局部泥團(tuán),未包裹聲測管,則下降

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