聲波透射法檢測灌注樁完整性

1、聲波透射法檢測混凝土灌注樁樁身完整性,濮存亭13601081556Email: pucunting_ka@163.com,第一部分 樁基檢測技術(shù)綜述第二部分 聲波透射法檢測樁身完整性檢測儀器 第三部分 判斷樁身完整性的聲學(xué)參量與測試第四部分 現(xiàn)場檢測技術(shù)第五部分 數(shù)據(jù)處理技術(shù)與判定方法第六部分 聲波透射法檢測樁身完整性工程實(shí)例第七部分 樁基完整性聲波三維測試方法第八部分 樁基的相關(guān)聲波檢測技術(shù),目錄,第

2、一部分樁基檢測技術(shù)綜述,,一、樁式基礎(chǔ)與分類,樁式基礎(chǔ)—深入土層中的柱型構(gòu)件，建筑基礎(chǔ)的重要模式，我國每年用樁量超過500萬根 作用：穿過軟弱的可壓縮土層，將來自上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深層較堅(jiān)實(shí)的、壓縮性小的地基上，以保證上部建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全使用。數(shù)根樁或數(shù)十根樁由系梁、承臺(tái)或底板聯(lián)結(jié)構(gòu)成一個(gè)整體基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，稱為樁基礎(chǔ)。也有單樁單柱形式的樁基。構(gòu)成樁基的每根單樁稱為基樁。樁在工作時(shí)要承受上部結(jié)構(gòu)的豎向荷載，以及上部結(jié)構(gòu)因風(fēng)力、

3、水流、撞擊等橫向推力產(chǎn)生的側(cè)向荷載或彎矩，承受在地震狀態(tài)下的復(fù)雜應(yīng)力,一、樁式基礎(chǔ)與分類,樁質(zhì)量對建筑結(jié)構(gòu)物的安全起決定性作用工程樁—隱蔽工程，不確定因素很多：復(fù)雜地層，技 術(shù)水平、施工中人為因素等造成樁身完整性難于保證，樁基工程質(zhì)量影響建筑結(jié)構(gòu)正常安全使用根據(jù)我單位近幾年在公路工程檢測工作統(tǒng)計(jì)結(jié)果，一般工程三類以上缺陷樁所占的比例約為5％左右，經(jīng)過處理后可以繼續(xù)使用的約3％～4％。四類樁所占比例約為1％左右，需要重新打樁或加固處理

4、,一、樁式基礎(chǔ)與分類,按樁身材料類型分： 木樁、混凝土樁 、鋼樁、預(yù)應(yīng)力管樁按樁的功能分： 抗壓樁、抗剪樁、抗拔樁按成樁工藝分： 預(yù)制樁、原地灌注樁 按樁土相互作用形式： 摩擦樁、端承樁、摩擦-端承樁,二、 灌注樁的承載模式,豎向抗壓承載力：豎向受壓荷載作用下的最大荷載，決定于樁身材料強(qiáng)度和地基對樁的極限支承力（主要因素） 端承樁—樁尖嵌入基巖，將上部壓力通過樁身傳入基巖，一般不考慮樁側(cè)摩阻力 摩擦

5、樁—依靠樁壁與土層的摩擦力，將上部壓力逐漸分散傳遞給土層，樁尖部分承受荷載很小，一般不超過10% 端承摩擦樁—側(cè)壁摩擦力先發(fā)揮，先達(dá)到極限，樁端阻力后發(fā)揮，后達(dá)到極限，最常見豎向抗拔承載力水平荷載承載力,三、樁的施工方法與缺陷類型,1、預(yù)制樁 預(yù)制樁身，擊打或振動(dòng)或靜壓方法打入地層至設(shè)計(jì)標(biāo)高 (方樁、預(yù)應(yīng)力圓管樁)2、原地灌注樁 在樁位打出灌注孔后澆筑， 打孔方式： 沉管灌注樁-無縫鋼管作為樁管，以落錘或

6、振動(dòng)錘將其打入土層至設(shè)計(jì)深度的持力層后，然后灌注混凝土，灌注過程中邊錘擊或邊振動(dòng)邊拔管，至最后成樁。（直徑一般在φ377，426 長度在40m以內(nèi)）鉆（沖）孔灌注樁-機(jī)械成孔，泥漿護(hù)壁，放置鋼筋籠，灌注混凝土 人工挖孔灌注樁—人工成孔，磚護(hù)壁或不護(hù)壁，放置鋼筋籠，短粗樁 其他方式（靜壓樁、碎石樁、攪拌樁等）鉆孔灌注樁是常用的基樁模式——承載力高、沉降均勻、水平荷載較大、抗震能力較好；但施工過程不易控制，易出現(xiàn)質(zhì)量問題，速

7、度慢，工期長,灌注方式1 — 水下灌注,施工程序： 鉆孔、排渣、成孔, 泥漿護(hù)壁 第一次清孔、移走鉆機(jī) 放置鋼筋籠 插入導(dǎo)管 第二次清孔 水下灌注混凝土成樁,水下灌注樁的缺陷類型,斷樁：全斷面夾泥或夾砂：澆注混凝土?xí)r，導(dǎo)管下口離開混凝土表面或澆注不連續(xù)局部截面縮頸或夾泥：泥漿密度配置不當(dāng)，地層松散，孔壁出現(xiàn)塌孔等離析：分散性泥團(tuán)、蜂窩、集中性氣孔，混凝土攪拌不均，水灰比過大，導(dǎo)管漏水等樁底沉渣：

8、樁底沉渣與孔壁泥皮過厚導(dǎo)致承載力大幅下降，清孔后孔底沉渣厚度要求端承樁≤50mm，摩擦樁≤300mm，摩擦端承和端承摩擦樁≤100mm樁頭混凝土低強(qiáng)度區(qū)鋼筋籠錯(cuò)位：上浮或偏靠孔壁,水下灌注樁的缺陷成因,1. 停電或其他原因，澆灌混凝土沒有連續(xù)進(jìn)行，時(shí)間間斷造成隔水層混凝土凝固，后續(xù)混凝土無法下灌，只能上拔導(dǎo)管，一旦泥漿進(jìn)入管內(nèi)必然形成斷樁；而如用增大管內(nèi)混凝土壓力等辦法，沖破隔水層，形成新的隔水層，破碎的老隔水層混凝土必將殘留在樁

9、身中，造成樁身局部低劣混凝土。2. 樁徑不宜小于600mm，樁徑過小，由于導(dǎo)管和鋼筋籠占據(jù)一定空間，加上孔壁摩阻作用，混凝土上升不暢容易堵管，形成夾渣、斷樁或鋼筋籠上浮。3. 泥漿護(hù)壁成孔，不同土層泥漿應(yīng)按相應(yīng)比例配置，否則孔壁容易坍塌，形成夾渣、擴(kuò)徑。4. 混凝土澆灌過程中埋管深度不夠，易使樁身中夾渣或斷樁；埋管深度過深，則易堵管或?qū)Ч懿灰装纬觯斐赏９?，斷樁，或接樁?. 混凝土灌注近樁頂時(shí)，灌注壓力不夠，易使混凝土局部不密

10、實(shí)和夾渣。6. 正循環(huán)法清孔時(shí)，應(yīng)根據(jù)孔的深淺，控制洗孔時(shí)間或孔口泥漿比重，清孔時(shí)間過短，孔底沉渣太厚，將影響樁端承載力發(fā)揮。7. 水下混凝土必須具備良好的和易性，否則易產(chǎn)生離析現(xiàn)象。8. 導(dǎo)管連接密封要好，一旦漏水將形成斷樁。,灌注方式2 — 干孔灌注,成孔后混凝土由升降機(jī)或溜管送到澆注面層狀離析或斷樁（地下水涌入孔中造成離析，砂石層狀堆積，地層穩(wěn)定性差塌孔，形成斷樁）局部夾泥或蜂窩（孔壁護(hù)筒滲漏涌入泥水或振搗不實(shí)）局部

11、嚴(yán)重離析（注入高度不當(dāng)）樁底沉渣（樁底虛土過多，清孔不凈）,四、灌注樁質(zhì)量檢測內(nèi)容,（1）樁身完整性——樁身混凝土質(zhì)量不均勻，存在斷面斷裂或影響斷面承載面積的缺陷，以及導(dǎo)致鋼筋外露的缺陷等 （2）承載力——用無損方法難于準(zhǔn)確測量，完整性合格的樁其承載力一般能滿足要求 （3）樁的耐久性——地下無明顯腐蝕性介質(zhì)而且樁身完整時(shí)未見有因耐久性破壞的報(bào)導(dǎo)完整性不合格的概率高于承載力不合格的概率完整性合格--→承載力一般合格承載

12、力合格 完整性合格，耐久性也不一定合格 樁身完整性是灌注樁質(zhì)量的主要指標(biāo),五、樁身完整性檢測方法,1、低應(yīng)變法PIT（聲波反射法）2、聲波透射法3、取芯法,六、聲波透射法檢測樁身完整性,聲波透射法檢測，是在預(yù)埋在樁身內(nèi)成對的檢測管內(nèi)，分別放入聲波發(fā)射換能器和接收換能器，發(fā)射換能器發(fā)射的聲波穿透樁身混凝土后，被接收換能器接收，自下而上（自上而下 ）逐點(diǎn)掃描；聲波透射法檢測基樁完整性是根據(jù)接收換能器接收到的聲參量的變化

13、對混凝土灌注樁樁身缺陷和樁身完整性進(jìn)行評價(jià)的一種有效方法。當(dāng)有缺陷存在時(shí)，超聲脈沖波穿越被測混凝土?xí)r聲參量發(fā)生變化。聲時(shí)加長，聲速降低波幅降低接收波主頻向低頻偏移波形畸變測試原理與混凝土上部結(jié)構(gòu)的超聲探傷類同,聲波透射法檢測樁身完整性,檢測目的： 樁身缺陷及其位置，判定樁身完整性 檢測樁身混凝土均勻性 估測樁身混凝土的抗壓強(qiáng)度檢測條件：預(yù)埋聲測管檢測儀器： 超聲儀 圓管型徑向換能器,聲

14、波透射法的優(yōu)勢,逐點(diǎn)掃描，各層測試精度相同，缺陷判斷準(zhǔn)確；定量或半定量判斷缺陷的位置、尺寸；無測試盲區(qū)，不受樁長樁徑限制；多種聲參量綜合判定，定量或半定量判定缺陷類型；可判定混凝土的勻質(zhì)性 ，定性分析混凝土強(qiáng)度 ； 多用于大中型樁（樁徑不小于0.6米）,聲波透射法的不足之處,需要預(yù)埋聲測管一般性縮頸（樁身縮頸未超過聲測管）檢測不到； 嚴(yán)重縮頸又可能誤判；聲測管不平行或聲測管被泥土包裹時(shí)可能誤判。,七、

15、基樁檢測技術(shù)規(guī)程,《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》 （JGJ 106-2003）2003年建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測規(guī)程》 （JGJ 93-95）地質(zhì)礦產(chǎn)部和建設(shè)部聯(lián)合頒發(fā)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《超聲法檢測混凝土內(nèi)部缺陷技術(shù)規(guī)程》 （CECS21：2000） 2000年中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程基樁動(dòng)測技術(shù)規(guī)程》 （JTG/T F81-01-2004）部分省、市、自治區(qū)或行業(yè)內(nèi)部制定的相關(guān)規(guī)程《建筑基樁檢

16、測技術(shù)規(guī)范》（修訂） （JGJ 106-××××）征求意見稿,中華人民共和國國家計(jì)量檢定規(guī)程《聲波檢測儀》（JJG 990-2004） 中華人民共和國建筑工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土超聲波

17、檢測儀》（JG/T 5004－92）中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)《超聲回彈綜合法檢測混凝土強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（CECS02：2005）交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水運(yùn)工程混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTJ 270－98）建設(shè)部與地礦部《基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測規(guī)程》（JGJ/T 93-95）一些地區(qū)性的聲測技術(shù)規(guī)程,如北京地方標(biāo)準(zhǔn)：《回彈法、超聲回彈綜合法檢測泵送砼強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（DBJ/T 01-78-2003）深圳市標(biāo)準(zhǔn)《深圳地區(qū)基樁質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)程》（S

18、JG 09-99)國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GBT 50784-2013),,,,,八、與聲波透射法檢測樁身完整性相關(guān)的聲測技術(shù)規(guī)程,第二部分 聲波透射法檢測樁身完整性檢測儀器,,1、聲波透射法自動(dòng)檢測儀——超聲檢測儀，徑向換能器,2、超聲儀用于測樁須具有的功能,,建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)程要求：聲時(shí)最小分度0.1μs，（采樣頻率高于2MHz）； 一般取0.2μs（采樣頻率5MHz） 0.4μ

19、s（采樣頻率2.5MHz） 0.8μs（采樣頻率1.25MHz）幅度測量相對誤差小于5% ，測量精度優(yōu)于1dB；放大器頻響范圍10-500kHz ，總增益不小于80dB，接收靈敏度（信噪比3:1）不大于50μv實(shí)時(shí)顯示與記錄聲時(shí)、幅度、高程波形顯示與存儲(chǔ),3、聲波透射法檢測設(shè)備的發(fā)展,聲波透射法因其優(yōu)勢得到廣泛應(yīng)用，聲透法檢測儀器不斷更新?lián)Q代，實(shí)現(xiàn)測試過程全自動(dòng)、多剖面、圖像化提升系統(tǒng)的自動(dòng)化—連續(xù)提升，

20、自動(dòng)記錄深度測試系統(tǒng)的自動(dòng)化—采集、判讀、記錄、存儲(chǔ)的自動(dòng)化處理分析的智能化—數(shù)據(jù)處理軟件、測試結(jié)果的圖示一次提升完成多個(gè)剖面剖面的二維測試與結(jié)果的三維分析,聲波透射法檢測設(shè)備的發(fā)展,聲波透射法自動(dòng)檢測系統(tǒng),多通道聲波透射法自動(dòng)測樁儀,多通道聲波透射法自動(dòng)測樁儀,多通道聲波透射法自動(dòng)測樁儀,一次提升完成六剖面全組合測試 同時(shí)顯示6個(gè)剖面的波形、數(shù)據(jù)等信息,三維成像聲波透射法自動(dòng)測樁儀,三維成像聲波測樁儀,4、聲波透射法自動(dòng)檢

21、測儀的組成,5、聲波透射法自動(dòng)檢測儀關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與性能,1、高程誤差和同步誤差，（尤其是積累誤差） 高程誤差、同步誤差均不大于5‰， 且100米內(nèi)不大于10cm測點(diǎn)間距可任意設(shè)置，最小測點(diǎn)間距1cm，建議常用10cm 或20cm,,2、 提升速度：決定于采樣判讀顯示速度和測點(diǎn)間距， 最快可達(dá)300測點(diǎn)/分 （測點(diǎn)間距20cm，每分鐘60米以上）3、深度與聲參量的自動(dòng)測試 實(shí)時(shí)顯示與測試，波形穩(wěn)定，

22、 電動(dòng)提升提升速度由電動(dòng)機(jī)控制，信號更加平穩(wěn)，速度均勻，讀數(shù)穩(wěn)定4、異常情況自動(dòng)報(bào)警，同時(shí)自動(dòng)停止讀數(shù)，手工干預(yù)后可繼續(xù)工作5、提升裝置安裝簡單、操作方便，現(xiàn)場適應(yīng)性高，可適用于各種現(xiàn)場條件6、數(shù)據(jù)分析處理軟件功能齊全、界面友好，現(xiàn)場出結(jié)果7、交、直流供電，專用可充電電池，大容量電池可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備全部直流供電（主機(jī)、換能器、提升裝置等），可連續(xù)工作8～10小時(shí)以上,聲波透射法自動(dòng)檢測儀關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)與性能,6、徑向換能器

23、 （圓管式換能器）,利用徑向振動(dòng)模式產(chǎn)生柱面波或接受柱面波的孔中專用換能器，輻射面是曲面通常用于結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)的鉆孔中或?qū)Ч苤袦y試、樁身檢測以及水下檢測。收、發(fā)換能器分開，二孔間穿透測試，測孔間砼質(zhì)量,徑向換能器,全不銹鋼外殼+井中物探專用的電纜，避免運(yùn)輸過程中的震動(dòng)與撞擊性損壞，避免長期使用過程中的老化與磨損，經(jīng)久耐用 信號質(zhì)量好振動(dòng)模式單一 ，頻譜圖中的主峰尖銳，干凈，無旁峰前置放大器：發(fā)射信號能量大，接收靈敏度高帶有集流

24、環(huán)的電纜絞盤,換能器的電纜連接,換能器電纜一端接換能器，在電纜盤纏繞后另一端經(jīng)短電纜接超聲儀，電纜盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，接超聲儀的電纜會(huì)隨之轉(zhuǎn)動(dòng)。所以升降工作時(shí)長電纜不能在電纜盤上纏繞。在電纜盤的超聲儀電纜接口裝有集流環(huán)，通過碳刷連接，電纜盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)超聲儀短電纜不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，工作時(shí)長電纜升降可由電纜盤完成，避免長電纜在地面拖放。,7、徑向換能器主要技術(shù)性能,諧振頻率：取決于單個(gè)壓電陶瓷環(huán)的諧振頻率，主頻宜為30-50 kHz 主頻與標(biāo)稱頻率相差不

25、大于±10%指向性：水平方向無指向性，鉛垂面上指向性（斜測），一般斜測角度取值為30~40度密封性：在深水工作，水密性滿足1MPa水壓下不滲水（水深100米）外徑：小于聲測管內(nèi)徑,,徑向換能器技術(shù)要求,工作面軸向長度：不大于150mm外徑：小于聲測管內(nèi)徑密封性：水密性滿足1MPa水壓下不滲水（水深100米）扶正器：保證探頭在聲測管中居中接收探頭中有前置放大器，頻帶寬度為10-100kHz，提高接收靈敏度信號電纜

26、：帶有深度刻度，絕緣耐久，最好為井中專用電纜,軸向長度＝10cm 軸向長度＝20cm,徑向換能器的耦合,在鉆孔中使用時(shí)，用清水作耦合劑孔中水應(yīng)盡可能不含懸浮物（泥漿，砂等），避免懸浮液對超聲波較強(qiáng)的散射衰減，影響幅度的測量,徑向換能器維護(hù),切忌敲擊，避免摔打、踐踏 不用時(shí)套筒保護(hù)，尤其是連接處水密性避免電纜的劃傷,第三部分 判斷樁身完整性的聲學(xué)參量與測試,,混凝土聲學(xué)特性,(1) 聲速與混凝土物性關(guān)系 由聲速可

27、以計(jì)算出混凝土的動(dòng)彈性力學(xué)參數(shù)：泊松比μ、 彈性模量E、剪切模量G 聲速與混凝土密實(shí)度，強(qiáng)度存在相關(guān)性：當(dāng)聲波傳播到有缺陷的部位，會(huì)產(chǎn)生折射、反射、繞射現(xiàn)象，使聲線拉長，聲時(shí)加大，視聲速下降。(2)波幅（衰減）與混凝土物性關(guān)系 致密、強(qiáng)度高的混凝土波幅衰減少；強(qiáng)度低或存在缺陷的混凝土波幅衰減大(3)頻率與混凝土物性關(guān)系 在傳播過程中高頻成份容易衰減掉，使主頻向低頻側(cè)漂移（頻移），主頻率變低?；炷临|(zhì)量差，

28、存在缺陷時(shí)接收信號的頻移較大，主頻率明顯變低。,透射法判斷樁身完整性的聲學(xué)參量,混凝土缺陷造成聲參量的變化聲時(shí)加長（聲速降低）波幅下降主頻下降波形畸變 正常混凝土波形特征： 波形規(guī)則無畸變； 首波陡峭，振幅大； 有缺陷混凝土波形特征： 波形畸變不規(guī)則； 首波平緩，振幅小； 缺陷嚴(yán)重且范圍較大時(shí)，無法接收到波形,一、聲學(xué)參量之一：聲時(shí)（聲速）,聲時(shí)：聲測管之間混凝土的傳播時(shí)間，單位：μs

29、 聲速4000m/s，間距2m， 聲時(shí)500 μs 間距1m， 聲時(shí)250 μs 間距0.5m，聲時(shí)125 μs 聲速=聲測管間距/聲時(shí) 為聲測管之間的平均聲速 實(shí)際傳播距離可能不是直線，“視聲速” 聲測管平行（測距相同），聲時(shí)與聲速基本一致， 若聲測

30、管不平行，聲時(shí)變化，視聲速變化 聲速范圍： 水下灌注樁： 3500～4000m/s 干孔灌注樁： 4000～4500m/s,1、聲時(shí)（聲速）與混凝土密實(shí)性的關(guān)系,接收點(diǎn)信號為直達(dá)波、折射波、反射波、繞射波的疊加，首波為最先到達(dá)的信號 1、混凝土內(nèi)部存在離析、蜂窩、夾泥、異物等缺陷，缺陷水、泥、空氣等異物的聲速遠(yuǎn)小于混凝土聲速，在異物中的傳播時(shí)間明顯增大，使“視聲速”降低 混凝土聲速4

31、000m/s 水聲速1400m/s 空氣聲速350m/s2、混凝土內(nèi)部存在缺陷，形成聲界面，聲波在聲界面將發(fā)生折射、反射、繞射，使聲傳播路徑成折線狀，使“視聲速”降低,2、聲時(shí)（聲速）與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系,聲速與混凝土的彈性性質(zhì)密切相關(guān)，彈性模量又與力學(xué)強(qiáng)度相關(guān)，定性的表述為強(qiáng)度越高，聲速越高 E—楊氏彈性模量 混凝土： E＝2400kg/m3 γ

32、—泊松比 γ＝0.23左右 ρ—密度 ρ=38400 MPa 左右混凝土強(qiáng)度還受到材料組分、結(jié)構(gòu)狀況等諸多因素的影響，包括粗骨料的品種、粒徑、養(yǎng)護(hù)條件、齡期等因素，因此混凝土聲速與混凝土強(qiáng)度的關(guān)系比較復(fù)雜 優(yōu)質(zhì)致密的、強(qiáng)度高的混凝土聲速高 有缺陷的、低強(qiáng)度的混凝土聲速低,,3、聲時(shí)檢測,聲時(shí)單位：基本聲參量，單位μs（微秒），有量綱，有絕對

33、可比性聲時(shí)檢測精度：1% 以內(nèi) 聲時(shí)測量精度取決于采樣間隔（采樣頻率），采樣間隔越小，聲時(shí)精度越高，一般可取為采樣間隔0.4-1.6μs（采樣頻率2.5-0.625MHz）例：聲測管1米間距，聲速4000m/s， 聲時(shí)250μs，聲時(shí)精度要求高于2.5μs，一般可取為0.4- 1.6μs，（即采樣頻率2.5-0.625MHz）,4、聲時(shí)檢測誤差與錯(cuò)誤的主要原因——首波不明顯或丟波,聲時(shí)檢測誤差——首波起跳點(diǎn)

34、不明顯，幅度不夠，需要加大增益聲時(shí)檢測錯(cuò)誤——丟波 丟波原因：換能器首次波比不佳； 混凝土質(zhì)量差； 儀器放大量不夠； 發(fā)、收距過大； 克服辦法：加大放大量后首波出現(xiàn)首波的相位判斷——發(fā)、收換能器置于水桶中確認(rèn)首波的相位是正起跳還是負(fù)起跳，并在在整個(gè)測試過程中，對首波相位進(jìn)行觀察,5、聲時(shí)初讀數(shù)（零聲時(shí)）,t =tc +聲時(shí)初讀數(shù) =t

35、c+（tg+tw+to）t —測量時(shí)間tc—穿過混凝土的時(shí)間tg—穿過聲測管壁的時(shí)間tw — 穿過耦合水的時(shí)間to—聲時(shí)總延時(shí)tc = t – tg – tw – to,聲時(shí)總延時(shí),聲時(shí)延時(shí)t0的產(chǎn)生原因聲延遲t1 換能器壓電元件與被測體之間有幅射體和耦合介質(zhì)，聲波通過這些介質(zhì)的時(shí)間為聲延遲電延遲t2 電路中的觸發(fā)、轉(zhuǎn)換過程以及電信號在電纜中的傳遞時(shí)間為電延遲聲時(shí)總延時(shí)t0=t1+ t2 聲延遲與

36、電延遲造成測量聲時(shí)與傳播聲時(shí)的差異，這個(gè)時(shí)間差統(tǒng)稱為聲時(shí)初讀數(shù)t0,聲時(shí)初讀數(shù)的測試,聲時(shí)初讀數(shù)=tg+tw+totg=(D-d)/V g D—聲測管外徑，mm d—聲測管內(nèi)徑，mm Vg—聲測管材料縱波聲速 鋼管Vg=5800m/s=0.58mm/μs PVC管Vg=2350m/s=0.23

37、5mm/μs tw=（d – d’ ）/ Vw d—聲測管內(nèi)徑，mm d’—換能器外徑，mm Vw—耦合水聲速 常溫Vw=1480 m/s=0.148mm/μs Vw與水溫有關(guān) to 水中標(biāo)定,二、聲學(xué)參量之二：聲波幅度,聲波幅度：聲波傳播過程是聲能的傳播過程，在垂直于聲波傳播方

38、向上的單位面積、單位時(shí)間內(nèi)通過的聲能為聲強(qiáng) 聲強(qiáng)與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移幅值A(chǔ)成正比聲波幅度A的變化表征了聲波傳播過程中能量的變化，即聲波穿過混凝土后的衰減程度 接收波幅 A 越低，聲波的衰減越大。,,1、波幅與混凝土密實(shí)性,在傳播距離一定的條件下，混凝土質(zhì)量越差（疏松、蜂窩、孔洞、低強(qiáng)度等）衰減越大，接收信號幅度越??；產(chǎn)生繞射、折射和反射使聲線L 加大，接收信號幅度減小在傳播距離和測試條件

39、一定的條件下 優(yōu)質(zhì)致密的、強(qiáng)度高的混凝土幅度高 有缺陷的、低強(qiáng)度的混凝土幅度低波幅與混凝土的結(jié)構(gòu)和性能有關(guān)，聲波的幅度是檢測混凝土質(zhì)量的重要聲參量,,聲波衰減的原因：吸收衰減、散射衰減、擴(kuò)散衰減 吸收衰減-聲波傳播過程中，質(zhì)點(diǎn)之間的內(nèi)摩擦使得聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，聲能衰減散射衰減-介質(zhì)中在顆粒結(jié)構(gòu)（骨料、氣孔、缺陷等）的聲界面產(chǎn)生多次反射、折射、波形轉(zhuǎn)換，聲波散射導(dǎo)致衰減。 吸收衰減和散射衰減取決于傳播介質(zhì)的性質(zhì)，用衰減系數(shù)α

40、表示擴(kuò)散衰減-發(fā)射換能器的波束擴(kuò)散，使能量擴(kuò)散，單位面積能量減弱，取決于發(fā)射換能器的聲擴(kuò)散性能以及超聲波的特性，與傳播介質(zhì)性質(zhì)無關(guān)。,2、聲波的衰減,介質(zhì)的衰減用衰減系數(shù)α表示，衰減系數(shù)α與聲波頻率有關(guān)聲波幅度A 聲波在任何介質(zhì)中都有衰減，衰減的大小與聲波頻率以及傳播距離有關(guān),,,聲波的衰減,斜向測試（探頭指向性）造成的衰減顯著,3、幅度的測量,幅度敏感，但不具有絕對的可比性具有相對可比性的條件：聲測線條件

41、一致：測距、角度測試儀器一致：超聲儀、換能器、信號 線測試參數(shù)一致:：發(fā)射電壓、采樣頻率、放大增益,4、首波幅度,首波的幅度： 首波是直達(dá)波 直達(dá)波不受構(gòu)件側(cè)壁反射波的影響 首波不能超屏,5、幅度的量化,幅度表示：基本聲參量，分貝dB 不是物理量綱，是用對數(shù)表示接收波聲壓與基準(zhǔn)聲壓的相對大小， 基準(zhǔn)聲壓（0dB） ：一般取儀器能夠接收并識別的最小聲壓值2個(gè)信號波幅分貝值(dB)的差值，表示2個(gè)信

42、號聲壓強(qiáng)度的倍數(shù)分貝數(shù)為正數(shù)時(shí)，表示信號的聲壓值在加大 波幅差=6dB, 信號聲壓提高1倍 波幅差=20dB, 信號聲壓提高10倍 波幅差=40dB, 信號聲壓提高100倍 波幅差=60dB, 信號聲壓提高1000倍 分貝數(shù)為負(fù)數(shù)時(shí)，表示波幅的聲壓值在下降 波幅差=-6dB, 信號聲壓降低1倍,6、幅度分辨率,幅度分辨率 數(shù)字式超聲儀幅度屏幕信號的分辨率—信號幅度大，幅度分辨率提高,7、耦合條件

43、對幅度的影響,影響幅度的主要外界因素—耦合條件的變化對幅度影響明顯，要避免耦合條件：耦合劑類型 耦合劑填充，是否還有空隙 對換能器加壓的力度聲透法測樁的耦合劑是水，應(yīng)保證是清水,三、聲學(xué)參量之三：聲波頻率,發(fā)射的聲波是含有多種頻率成分的復(fù)頻波(主頻f1)，穿過混凝土后，不同頻率聲波的衰減程度不同，高頻成分比低頻成分的衰減大，接收信號的主頻f2向低頻端漂移， f2 <f1，

44、 頻移△f=f1-f2 接收信號頻率漂移△f表征混凝土的衰減，即表征混凝土的質(zhì)量同條件比較（儀器、測試參數(shù)、傳播距離等） 混凝土中的缺陷越嚴(yán)重，不同頻率的衰減程度的差異越大，導(dǎo)致主頻的漂移量△f越大。,完整混凝土主頻44.5kHz,有缺陷混凝土主頻向低頻偏移39.0kHz,且可能多峰,頻率測量,接收波的主頻 采樣波形經(jīng)頻譜分析（FFT） 主頻的頻移大小 同條件比較（傳播距離、 儀器、測量參數(shù)等一致）

45、 數(shù)字化超聲儀的頻率測試簡單 對頻率參量的研究不足，使用不普遍，在規(guī)范中未要求,四、聲學(xué)參量之四：波形,聲波在缺陷界面發(fā)生反射折射，形成不同的新波束，接收波是個(gè)各波束在接收點(diǎn)的的疊加，由于各波束的傳播路徑不同，到達(dá)時(shí)間不同，相位變化，導(dǎo)致接收波相對發(fā)射波發(fā)生畸變。 波形畸變是判斷混凝土缺陷的依據(jù)之一,完整混凝土接收波形 有缺陷混凝土接收畸變波形,波形記錄,不能量化表示，但對

46、缺陷判定有重要意義單點(diǎn)波形波列圖波列灰度圖,五、幾種聲學(xué)參數(shù)的比較,聲速：有可比性，穩(wěn)定重復(fù)性好，受非缺陷因素影響小，但對缺陷的敏感性不如波幅，主要參量波幅：只有相對可比性，對缺陷很敏感，但受儀器、換能器、測距、測角等非缺陷因素影響，測試值不如聲速穩(wěn)定，主要參量主頻：可比性不強(qiáng)，不夠穩(wěn)定，輔助判據(jù)波形：對缺陷敏感，缺少量化指標(biāo)，重要依據(jù)，必須存儲(chǔ),第四部分 現(xiàn)場檢測技術(shù),,一、測試前準(zhǔn)備工作1、了解工程概況,巖土勘察資

47、料，基樁設(shè)計(jì)資料，施工原始記錄、灌注樁的成孔方式、澆灌環(huán)境、工藝過程混凝土澆筑齡期等填寫委托單及原始記錄表,2、確定被測樁的原則,設(shè)計(jì)方認(rèn)為重要的樁對施工質(zhì)量有懷疑的樁巖土特性復(fù)雜、施工難度大的樁有代表性的樁（不同施工條件、不同施工單位等）被測樁位置均勻分布,3、確定檢測數(shù)量,（1）一柱一樁的構(gòu)筑物，全部樁檢測 柱下三樁（及以下）承臺(tái)抽檢樁數(shù)不得少于1根（2）非一柱一樁可抽檢，抽檢數(shù)量不少于總數(shù)的20%，且不少

48、于10根（下限）； 地質(zhì)條件復(fù)雜、質(zhì)量可靠度低，抽檢數(shù)量不少于總數(shù)的30%，且不少于20根； 端承型大直徑灌注樁抽檢數(shù)量不少于總數(shù)的10%（3）不合格樁數(shù)量超過抽檢數(shù)的30%時(shí)，加倍重檢（4）加倍檢測后仍有抽檢數(shù)的30% 不合格，全數(shù)檢測 應(yīng)事先提出檢測要求，以便預(yù)埋聲測管,4、聲測管,聲測管作用—聲測探頭通道、取代部分鋼筋、樁底壓漿管道聲測管材質(zhì)—透聲率高、便于安裝、成本低 鋼管：可焊接、便于安裝；可代替

49、鋼筋；鋼熱膨脹系數(shù)與混凝土接近，不易脫開；應(yīng)用最多 PVC管：主要用于小直徑樁和樁身長度小于15mde 短樁，（膨脹系數(shù)與混凝土差距大，聲測管與混凝土脫開，造成誤判） 鋼制波紋管：管壁薄，省鋼材，可直接綁扎在鋼筋骨架上，但不易保證管道平直聲測管直徑—偏大可通暢但耗材且不利于居中，偏小則反之，通常比徑向換能器外徑約大10mm，常用內(nèi)徑35～50mm，一般采用外徑50mm、內(nèi)徑46mm鋼管；壁厚不小于2mm聲測管長度—埋深與樁

50、的底部齊平，管上端高于樁頂300～500mm，同一根樁的聲測管外露高度相同聲測管要順直，通暢，不漏水；,5、聲測管安裝方式,1、聲測管的管材一般都不長（鋼管為6m長一根），管材連接兩種方式：螺紋連接和套筒連接。接口要求：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，不影響探頭的上下移動(dòng)，套管焊接時(shí)內(nèi)壁無焊渣、毛刺等凸出物，螺紋套筒接口時(shí)中間不用黃油。2

51、、固定方式：牢固固定在鋼筋籠內(nèi)側(cè)，與樁的縱軸平行且相互平行，避免扭曲，鋼管宜焊接、PVC管宜綁扎。3、管底部要加蓋密封，頂部加蓋，管中注滿清水，防止異物掉入；,6、聲測管數(shù)量與布置方式,樁徑0.6~1.0m 2根管，一條測線 樁徑1.0~2.5m 3根管，三條測線樁徑2.5m以上 4根管，六條測線 測線穿過范圍（陰影區(qū)）為有效測試范圍，遠(yuǎn)離測試范圍區(qū)域?yàn)闇y試盲區(qū)測試前聲測管內(nèi)注滿清水，檢查管內(nèi)的暢通狀況（用模擬探

52、頭在樁內(nèi)全程升降）注意將聲測管按順時(shí)針方向編號，避免復(fù)測時(shí)管號混淆,6、聲測管數(shù)量與布置方式,《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（修訂） （JGJ 106-××××）征求意見稿 樁徑 D≤800mm 不少于兩根管，一條測線 800mm＜D≤1500mm 不少于三根管，三條測線 D ＞ 1500mm 不少于四根管，六條測線 D ＞ 2500mm

53、 增加聲測管數(shù)量將預(yù)埋三根管的范圍加大，大部分樁徑在此范圍內(nèi),7、測試前的準(zhǔn)備,1、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(jì)算各測點(diǎn)高程的基準(zhǔn)。2、向管內(nèi)注入清水，封口待檢。3、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，以免換能器卡住后取不上來或換能器電纜被拉斷，造成損失。有時(shí)，對局部漏漿或焊渣造成的阻塞可用鋼筋導(dǎo)通。4、測試時(shí)徑向換能器宜配置扶正器，尤其是聲測管內(nèi)徑明顯大于換能

54、器直徑時(shí)，換能器的居中情況對首波波幅的檢測值有明顯影響。扶正器就是用1~2mm厚的橡皮剪成一齒輪形，套在換能器上，齒輪的外徑略小于聲測管內(nèi)徑。扶正器既保證換能器在管中能居中，又保護(hù)換能器在上下提升中不致與管壁碰撞，損壞換能器。軟的橡皮齒又不會(huì)阻礙換能器通過管中某些狹窄部位。,8、聲測法測試時(shí)間,要求混凝土硬化并達(dá)到一定強(qiáng)度即可進(jìn)行檢測。原則上：齡期28天以上《規(guī)范》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(shí)，受檢樁混凝土強(qiáng)度至

55、少達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%，且不小于15MPa”， 混凝土達(dá)到28d強(qiáng)度的70%一般需要十天左右的時(shí)間。完整性檢測不涉及強(qiáng)度完整性檢測為相對比較法，缺陷不會(huì)因齡期而變化,9、測量方式,首先采用平測法對全樁各個(gè)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)采用加密測試、斜測或扇形掃測等細(xì)測方法進(jìn)一步檢測 由于徑向換能器在鉛垂面上存在指向性，因此，斜測時(shí)，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

56、30—40°,10、測點(diǎn)間距,規(guī)程規(guī)定：不大于0.25m測點(diǎn)間距一般為20～40cm在普測的基礎(chǔ)上，在缺陷可疑區(qū)，可加密測點(diǎn)測點(diǎn)間距過大（0.5m或更大）造成測試盲區(qū),11、測距測量（聲波傳播距離）,在樁頂用鋼卷尺測量樁頂面各聲測管之間外壁凈距離，作為相應(yīng)的兩聲測管組成的檢測剖面各測點(diǎn)測距，測試誤差小于1%。,三、聲參量檢測數(shù)據(jù)采集,將一對探頭放入聲測管內(nèi)，沿聲測管等高同步提升或下降，超聲波對射穿過樁身混凝土，逐點(diǎn)移動(dòng)水

57、平檢測，記錄存儲(chǔ)聲參量、波形和深度，得到沿縱向掃描的水平剖面的聲參量檢測結(jié)果,數(shù)據(jù)采集,提升速度要適中，不宜提升過快；聲參量自動(dòng)判讀；復(fù)測與加密測試；波形存貯，便于校核。,四、 設(shè)備保護(hù),換能器: 不能摔、碰、磕，提升信號線用力不能過猛 手工提升時(shí)，管口宜加橡膠護(hù)筒，防止割破信號線； 自動(dòng)提升時(shí)，管口滑輪放置正確；主機(jī)：防潮、防塵、防水及防碰撞電源：充電器、交流電源、電池的保護(hù),五、 人員安全,接交

58、流電必須由專業(yè)電工完成；防摔、防扎；泥漿池；墜落物、落石；滑坡、泥石流。,第五部分 數(shù)據(jù)處理技術(shù)與判定方法,,樁身混凝土缺陷的綜合判定,1、依據(jù)聲參數(shù)判定，基于混凝土的聲學(xué)特性2、多種聲參量綜合判定：多個(gè)聲學(xué)指標(biāo)——聲速、PSD判據(jù)、波幅、主頻、實(shí)測波形 3、多方向測線綜合判定：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)的判斷并確定樁身缺陷在該剖面的范圍和投影邊界。,數(shù)據(jù)處理技術(shù)一、繪制曲線,聲時(shí)深度曲線（t-z

59、） 聲速深度曲線（v-z） 幅度深度曲線（A-z） 主頻深度曲線（f-z） PSD曲線,數(shù)據(jù)處理技術(shù) 二、聲速的計(jì)算與修正,聲速的計(jì)算：v= L / t L：管口處的聲測管間距若聲測管連接固定不好，鋼筋籠在吊裝時(shí)發(fā)生傾斜、彎折、扭曲，導(dǎo)致聲測管不平行，使得樁頂聲測管間距與各測點(diǎn)處的間距不相等，計(jì)算聲速與實(shí)際聲速有很大差異，需要對聲時(shí)—深度曲線進(jìn)行修正聲測管的連接、固定、吊裝埋設(shè)質(zhì)量十分關(guān)鍵,數(shù)據(jù)處理技術(shù)

60、 二、聲速的修正,利用聲參數(shù)深度曲線對樁身缺陷進(jìn)行判定之前，需要對由于聲測管傾斜造成的系統(tǒng)誤差進(jìn)修正，即管距修正樁身混凝土質(zhì)量和聲測管傾斜都會(huì)使聲時(shí)（聲速）變化，其區(qū)別在于：聲測管有一定的剛度，聲測管傾斜引起聲參量深度曲線總體趨勢的變化，特點(diǎn)為：連續(xù)、漸變（或分段漸變）、同一趨勢影響范圍較大，屬于系統(tǒng)誤差樁身質(zhì)量的波動(dòng)（樁身缺陷）引起聲參量深度曲線突變，明顯偏離曲線的整體趨勢，屬于偶然誤差管距修正：針對聲參數(shù)曲線由于聲測管

61、傾斜造成的較大范圍的連續(xù)性漸變，通過數(shù)學(xué)方法的曲線擬合，對傾斜管距進(jìn)行修正，消除聲測管扭曲所導(dǎo)致的連續(xù)性的曲線變化，保留混凝土缺陷導(dǎo)致的隨機(jī)性突變。,數(shù)據(jù)處理技術(shù) 二、聲速的修正—圖例,,聲測管明顯傾斜聲速計(jì)算值偏差大：3700~5200km/s修正后聲速曲線,數(shù)據(jù)處理技術(shù) 二、聲速的修正—圖例,聲測管嚴(yán)重不平行聲速計(jì)算值偏差巨大： 3700~5200km/s,數(shù)據(jù)處理技術(shù) 二、聲速的修正—方法步驟,1、從聲速曲線判斷是否需

62、要修正（-19.0m處聲速值5600km/s，明顯超出可能范圍，需要修正）2、以曲線轉(zhuǎn)折點(diǎn)為分界將曲線分段3、分段擬合（曲線擬合或線性擬合）4、以樁頂（真實(shí)管距處）聲速或修正起點(diǎn)處為基礎(chǔ)修正5、繪制修正后的聲速曲線,四、數(shù)據(jù)處理技術(shù) 二、聲速的修正—注意問題,1、修正過度：擬合過細(xì)有可能掩蓋“緩變”的缺陷（如低強(qiáng)度區(qū)等）2、分段區(qū)域過小，小于單根管長3、修正時(shí)應(yīng)將異常測點(diǎn)剔除后再擬合， 避免異常的“突變值”被擬合平滑,三、

63、缺陷判定,缺陷判定方法： 規(guī)范引用方法—聲參量數(shù)據(jù)判據(jù)1、概率法 《超聲法檢測混凝土內(nèi)部缺陷技術(shù)規(guī)程》 《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》2、聲速低限值判據(jù) 《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》3、半波幅判據(jù) 《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》4、斜率法 《超聲法檢測混凝土內(nèi)部缺陷技術(shù)規(guī)程》 《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》5、波形與波列,缺陷判定 1、概率法—基本思想,概率法的基本思想混凝土的非均勻性使正?；炷恋穆晠⒘繙y試值具有符合正態(tài)分布

64、的隨機(jī)性波動(dòng)，并在一定的置信范圍內(nèi)。由于混凝土的內(nèi)部缺陷（過失誤差：漏振、漏漿、架空）所造成的離散使混凝土質(zhì)量與對應(yīng)的聲參數(shù)偏離正態(tài)分布。缺陷測試就是要確定一個(gè)聲參量判斷臨界值，用以區(qū)別聲參量正常的隨機(jī)波動(dòng)和由于缺陷造成的離散。判斷值范圍內(nèi)的的波動(dòng)屬于正常值，凡是超出判斷值的離散屬于聲參量異常，高端異常不存在安全問題，低端異常由混凝土缺陷造成，以此判斷缺陷位置。樁身完整性概率法判據(jù)引自《超聲法檢測混凝土內(nèi)部缺陷技術(shù)規(guī)程》,,描述

65、正態(tài)分布的特征量：平均值m標(biāo)準(zhǔn)差S變異系數(shù)δ δ=S/m,缺陷判定 1、概率法—異常值判斷值,①單個(gè)測點(diǎn)異常值判斷臨界值： Xo = m－λ1×S 分位值λ1：對應(yīng)P=1/n的分位值 λ1查表（標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布表，與數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)n對應(yīng)） Xo為在正態(tài)分布條件下可能出現(xiàn)的最低值，若出現(xiàn)低于x0的值，則該值偏離正態(tài)分布，為過失誤差引起的異常點(diǎn),,,缺陷判定 1、概率法—異常值判斷值,②相鄰

66、點(diǎn)異常的判斷臨界值：（孔中單排測試）　　　　Xo = m－λ3 ·S λ3查表 分位值λ3：對應(yīng) 的分位值 λ1〉λ3 相鄰點(diǎn)異常的判斷臨界值>單個(gè)測點(diǎn)異常值判斷臨界值 異常點(diǎn)相鄰時(shí)異常的概率提高,判斷值更嚴(yán),,缺陷判定 1、概率法—異常值判斷值的計(jì)算,1、聲速值由大到小排序2、逐一剔除排序的最小值后計(jì)算判斷值VO （僅單邊剔除小

67、值異常）3、將序列中的最小值Vi與VO比較, 若Vi≤ VO ，則舍去Vi后繼續(xù)，直至Vi﹥ VO 即：序列中全部數(shù)據(jù)滿足Vi﹥ VO 舍去的全部數(shù)據(jù)滿足Vi≤ VO4、異常值判斷臨界值為VO,缺陷判定 1、概率法—《雙邊剔除法》,《建筑基樁檢測技術(shù)規(guī)范》（修訂）（JGJ 106-****）征求意見稿在計(jì)算判斷值時(shí)： 將單邊剔除小值異常變?yōu)椋骸峨p邊剔除法》 剔除順序?yàn)楫惓Ｐ　惓４蟆惓Ｐ　惓４蟆?/p>

68、。。。 異常小剔除判據(jù)： Xo = m－λ1×S 異常大剔除判據(jù)： Xo = m+ λ1×S異常值判斷值為 VO = m－λ1×S單邊法可能導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)差過大，從而判斷值不合理的低值，雙邊法的判斷值計(jì)算較為合理，但得到判斷值后，高端偏離正態(tài)分布的大值異常點(diǎn)有利于安全，不判為缺陷點(diǎn)。,缺陷判定 1、概率法—注意的問題,1、概率法統(tǒng)計(jì)測點(diǎn)總數(shù)不少于20個(gè)2、樁身缺陷過多，聲參數(shù)離散，標(biāo)準(zhǔn)差大，導(dǎo)