混凝土灌注樁質(zhì)量的超聲脈沖透射法的檢測方式

（一）檢測方式1、 雙孔檢測在樁內(nèi)預(yù)埋兩根以上的管道，把發(fā)射探頭和接收探頭分別置于兩根管道中（如圖7-1所示），檢測時超聲脈沖穿過兩管道之間的混凝土，這種檢測方式的實(shí)際有效范圍，即為超聲脈沖從發(fā)射探頭到接收探頭所穿過的范圍。隨著兩探頭沿樁的縱軸方向同步升降，使超聲脈沖掃過樁的整個縱剖面，從而可得到各項(xiàng)聲參數(shù)沿樁的縱剖面的變化數(shù)據(jù)?；趯?shí)測時是沿縱剖面逐點(diǎn)移動換能器、逐點(diǎn)測讀各項(xiàng)聲參數(shù)，因此，測點(diǎn)間距應(yīng)視要求而定。通常當(dāng)用手動提接探頭時，測點(diǎn)間距一般采用20—40cm，若遇到缺陷可疑區(qū)，應(yīng)加密測點(diǎn)。為了避免水平裂縫被漏測，可采用斜測方法，即兩探頭之間有一定高度差，其水平測角可取30°~40。；若采用自動提拉設(shè)備，測點(diǎn)距離可視提拉速度及數(shù)據(jù)采集速度而定。為了擴(kuò)大樁的橫截面上的有效控制面積，必須使聲測管的布置合理。雙孔測量時，根據(jù)兩探頭相對高程的變化，可分為平測、斜測、扇形掃測等方式，如圖7-1所示，在檢測時視實(shí)際需要靈活運(yùn)用。2、 單孔檢測在某些特殊情況下（例如，在鉆孔取芯后）需進(jìn)一步了解芯樣周圍混凝土的質(zhì)量，以擴(kuò)大鉆探檢測的觀察范圍。這時，只有一個孔道可供檢測使用，可采用單孔測量方式（如圖7-2所示）。圖7-1珥孔卷?測方X, 圖7-2單孔檢測才法腹孔平ShCb）雙扎斜測Me）朗形掃測 1超聲儀$2發(fā)JS收徑向換flgif1聲測管；2超聲儀；3發(fā)射和接收換能器單孔檢測方式需專用的一發(fā)兩收探頭，即把一個發(fā)射壓電體和兩個接收壓電體裝在一個探頭內(nèi)，中間以隔聲體隔離，聲波從發(fā)射振子發(fā)出經(jīng)耦合水穿過混凝土表層，再經(jīng)耦合水到達(dá)上下兩個接收壓電體，從而測出超聲脈沖沿孔壁混凝土傳播時的各項(xiàng)聲參數(shù)。運(yùn)用這一檢測方式時，必須運(yùn)用信號處理分析技術(shù)，以排除管中的混響干擾以及各種反射信號疊加的影響。當(dāng)孔道中有鋼質(zhì)套管時，由于鋼管影響超聲波在孔壁混凝土中的繞行，故不能使用此法檢測。一般認(rèn)為，單孔檢測時的有效檢測范圍，約為一個波長的深度。3、樁外孔檢測當(dāng)樁的上部結(jié)構(gòu)已施工，或樁內(nèi)未預(yù)埋聲測管時，可在樁外的土層中鉆一孔作為檢測通道。由于超聲在土中衰減很快，因此，樁外的孔應(yīng)盡量靠近樁身，使土層較薄。檢測時在樁頂上放置一發(fā)射功率較強(qiáng)的低頻平探頭，沿樁的軸向下發(fā)射超聲脈沖，接收探頭從樁外孔中慢慢放下，超聲脈沖沿樁身混凝土向下傳播，并穿過樁與測孔之間的土層，通過孔中的耦合水進(jìn)入接收換能器，逐點(diǎn)測出聲時、波高等參數(shù)，當(dāng)遇到斷樁或夾層時，該處以下各點(diǎn)聲時明顯增大，波高急劇下降,以此作為判斷依據(jù)。如圖7-3所示。圖7?3桂什孔檢測(a)檢測示意圖；(b)“聲時一深度”曲tti(c)渡幡一探度曲線；1聲測秤：2超聲儀：3發(fā)射換能器：4接收換能器這種方式的可測樁長受儀器發(fā)射功率的限制，一般只能測到4~8m，而且只能判斷夾層、斷樁、縮頸、凸肚等缺陷。以上3種方式中，雙孔檢測是灌注樁超聲脈沖檢測法的基本形式。其它兩種方式在檢測和結(jié)果分析上都比較困難，只能作為特殊情況下的補(bǔ)救措施加以使用。用于判斷缺陷的基本物理參量超聲脈沖穿過樁體混凝土后，被接收換能器所接收。該接收信號帶有混凝土內(nèi)部的許多信息，如何把這些信息離析出來，予以定量化，并建立這些物理參量與混凝土內(nèi)缺陷、強(qiáng)度等級和均漿性等質(zhì)量指標(biāo)的定量關(guān)系，是當(dāng)前采用超聲脈沖檢測法中的關(guān)鍵問題。其中尚有許多問題有待研究。目前已被用于灌注樁混凝土內(nèi)部缺陷判斷的物理參量有以下4項(xiàng)：聲時。即超聲脈沖穿過混凝土所需的時間。如果兩根測管基本平行，貝U當(dāng)混凝土質(zhì)量均勻、沒有內(nèi)部缺陷時，在各橫截面所測得的聲時值基本相同；但當(dāng)存在缺陷時，由于缺陷區(qū)的混、水、空氣等內(nèi)含物的影響聲速遠(yuǎn)小于完好混凝土的聲速，所以穿越時間明顯增大，而且當(dāng)缺陷中物質(zhì)的聲阻抗與混凝土的聲阻抗不同時，界面透過率很小，根據(jù)惠更斯原理，聲波將澆過缺陷繼續(xù)傳播，波線呈折線狀。由于繞行聲程比直達(dá)聲程長，因此，聲時值也相應(yīng)增大。可見，聲時值是缺陷的重要判斷參數(shù)。聲時值用儀器精確測量，以微秒（"S）計(jì)。聲時值沿樁的縱剖面的變化可作為判斷的依據(jù)。（2） 接收信號的幅值。它是超聲脈沖穿過混凝土后的衰減程度的指標(biāo)之一。接收波幅值越低，混凝土對衰減就越大。根據(jù)混凝土中超聲波衰減的原因可知，當(dāng)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，將產(chǎn)生吸收衰減和散射衰減，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（即接收信號的前面半個或一個周期）的波幅為準(zhǔn)，后繼的波往往受其它疊加波的干擾，影響測量結(jié)果。幅值的測量受換能器與試體耦合條件的嚴(yán)重影響，在灌注樁檢測中，換能器在聲測管中通過水進(jìn)行耦合，一般比較穩(wěn)定，但要注意使探頭在管中處于居中位置，為此應(yīng)在探頭上安裝定位器。幅值的衰減與混凝土質(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，是采用聲陰影法進(jìn)行缺陷區(qū)細(xì)測定位的基本依據(jù)。（3） 接收頻率。超聲脈沖是復(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。所以接收頻率實(shí)質(zhì)上是衰減值的一個表征量，當(dāng)遇到缺陷時，由于衰減嚴(yán)重，使接收頻率降低。接收頻率的測量一般以首波第一個周期為準(zhǔn)，可直接在接收波的示波圖形上作簡易的測量。為了更準(zhǔn)確地測量頻率的變化規(guī)律，已采用頻譜分析的方法。它獲得的頻譜所包含的信息比采用簡易方法時接收波首波頻率所帶的信息更為豐富，更為準(zhǔn)確。（4） 接收波波形。由于超聲脈沖在缺陷界面反射和折射，形成波形不同的波束，這些小組束由于傳播路徑不同，或由于界面上產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換而形成橫波原因，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(shí)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，波形畸變可作為判斷缺陷的參考依據(jù)。必須指出，波形畸變的原因很多，某些非缺陷因素也會導(dǎo)致波形畸變，運(yùn)用時應(yīng)慎重分析。目前波形畸變尚無定量指標(biāo)，而只是經(jīng)驗(yàn)性的。關(guān)于波形畸變后采取怎樣的分析技術(shù)，還有待進(jìn)一步研究。（三）用于判斷灌注樁混凝土強(qiáng)度等級及均勻性的物理參量目前用于樁內(nèi)混凝土強(qiáng)度等級及均勻性一評價的物理參量主要有聲速、衰減以及由它們推定的強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。（1） 聲速?；炷谅曀倥c強(qiáng)度有良好的相關(guān)性，所以可以用聲速值推定混凝土的強(qiáng)度等級。但聲速與強(qiáng)度的相關(guān)性受許多因素的影響，例如不同配合比的混凝土往往有不同的“聲速-強(qiáng)度”相關(guān)公式，所以通常針對一定配合比的原材料條件的混凝土，并事先制成“聲速-強(qiáng)度”校友會準(zhǔn)曲線，或事先通過試驗(yàn)求得兩者的相關(guān)公式，在檢測中作為推定強(qiáng)度的依據(jù)。（2） 衰減值。由于“聲速-強(qiáng)度”相關(guān)關(guān)系受配合比等許多因素的影響，用灌注樁灌注水下混凝土?xí)r，如是產(chǎn)生離析等現(xiàn)象，那么部分混凝土的實(shí)際配合比將與設(shè)計(jì)配合比有很大差別。這時用一種相同的“聲速強(qiáng)度”相關(guān)公式去推定強(qiáng)度誤差往往較大。為此，可采用“聲速-衰減-強(qiáng)度”綜合法。該法可排除離析的影響，因而可提高強(qiáng)度的推定精確度。用于推定強(qiáng)度時，衰減值應(yīng)用衰減器準(zhǔn)確測量，并應(yīng)排除耦合條件等因素的影響。（3） 推定強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。為了評定樁的混凝土均勻性，以便評價施工質(zhì)量,可將推定強(qiáng)度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級的百分率分別求出，并參照《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評定標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ107-87）進(jìn)行評定。由于聲速或聲時與強(qiáng)度值有一定相關(guān)性，因此，有時也可用聲速或聲時的統(tǒng)計(jì)參數(shù)作為評定均勻性的依據(jù)。用聲速或聲時的統(tǒng)計(jì)參數(shù)推定的均勻性，可作為工地質(zhì)量控制的參考指標(biāo)，不宜作為驗(yàn)收指標(biāo)。基樁埋管超聲透射法基本原理

一、基本原理超聲透射法檢測樁身結(jié)構(gòu)完整性的基本原理是：由超聲脈沖發(fā)射源在砼內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在砼內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動特征；當(dāng)砼內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時，缺陷面現(xiàn)成波阻抗界面，波到達(dá)該界面時，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低；當(dāng)砼內(nèi)存在松散、蜂窩、孔洞等嚴(yán)重缺陷時，將產(chǎn)生波的散射和繞射；根據(jù)波的初至到達(dá)時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，可以獲得測區(qū)范圍內(nèi)砼的密實(shí)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)砼的參考強(qiáng)度和內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置。在基樁施工前，根據(jù)樁直徑的大小預(yù)埋一定數(shù)量的聲測管，作為換能器的通道。測試時每兩根聲測管為一組，通過水的耦合，超聲脈沖信號從一根聲測管中的換能器發(fā)射出去，在另一根聲測管中的聲測管接收信號，超聲儀測定有關(guān)