2018超声波透射检测技术及数据分析、案例分析.ppt

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1、超声波检测技术,2018.04 南昌,提纲,超声波的基本知识超声波检测系统超声波检测技术常见特殊情况的判定和处理 检测数据分析及判断 工程应用实例,超声波基础知识,1,1.1 声速1.2 声幅1.3 频率,1.超声波的基本知识,声波是在介质中传播的机械波，按频率的不同可分为次声波、可闻声波、超声波、特超声波。人类可听到的声波（即可闻声波）频率范围是20HZ20KHz。超声波人耳听不见、频率范围在20KHz 100MHz。,用于混凝土声波透射法检测的声波主频率一般为20KHz200KHz,1.超声波的基本知识,超声波在介质中传播可检测到的参数：1、声速 超声波传播的速度2、声幅 超声波的波幅3、

2、声频 超声波的频率,1.超声波的基本知识,声速：混凝土检测中最常用的参数 固体介质中声波的波速取决于波动方程模型和介质的弹性常数，而波动方程模型则取决于波的类型和介质的边界条件。因此，声波在固体介质中的传播速度主要受下列三方面因素的影响：波的类型、介质的性质、边界条件,1.1 声速,波的类型：由于不同类型的波在固体介质中的传播机理不同，也就导致了传播速度的差异。介质的性质：对于弹性介质，主要取决于它的密度、弹性模量、泊松比。这是影响波速的内在因素，介质的弹性特征愈强（E 或 G 愈大），则波速愈高。边界条件：实际上就是固体介质的横向尺寸（垂直于波的传播方向上的几何尺寸）与波长的比值，比值越大，

3、传播速度越快。,1.1 声速,纵波波速：,在无限大固体介质中传播的纵波声速,式中 E介质弹性模量；介质泊松比；介质密度。,在细长杆(横向尺寸远小于波长)中纵波波速,在薄板(板厚远小于波长)中纵波声速,1.1 声速,声幅的实用单位（dB)的含义：,声幅：反映材料衰减特性的参数,A pi(j)第 i 个测点的相对波幅值（dB）A i(j)第 i 个测点首波峰值（V）a0 基准幅值，也就是0dB对应的幅值（V）,1.2 声幅,声波在介质中传播时其声幅随传播距离的增大而逐渐减小的现象为衰减。声波的衰减与声波的频率及传播距离有关，也与被检测材料的内部结构及性能有关。通过研究声波在介质中的衰减情况,可以达

4、到探测介质的内部结构及性能的目的。,1.2 声幅,声幅衰减可分为以下三种类型,(1)材料的粘滞性质（吸收衰减）(2)材料的结构特性（散射衰减）(3)材料的几何特性（扩散衰减）,1.2 声幅,吸收衰减：声波在固体介质中传播时，部分声能会转化为热能等。一般认为：吸收衰减系数1 与声波频率的一次方、二次方成正比。,内摩擦导致的吸收衰减系数：,1.2 声幅,散射衰减：,因介质中存在颗粒状结构（如固体介质中的颗粒、缺陷、掺杂物等）而导致声波能量的衰减。如在混凝土中：一方面粗骨料构成许多声学界面，使声波在这些界面上产生多次反射、折射和波型转换；另一方面微小颗粒在超声波的作用下产生新的振源，向四周发射声波，

5、使声波能量散射而衰减。,1.2 声幅,14,扩散衰减：,通常这类衰减主要源于声波传播过程中，因波阵面的面积扩大，导致波阵面上的能流密度减弱。扩散衰减的大小主要取决于声源辐射器的扩散性能及波的几何形状，而与传播介质的性质无关。,1.2 声幅,频率：反映超声波强度正负交变快慢的参数,影响材料的吸收特性 影响材料的频散特性 影响材料的尺寸效应,1.3 声频,超声波检测系统,2.1 超声波仪2.2 换能器2.3 声测管,2,（1）超声仪的发展（2）数字超声波仪的组成（3）超声仪的基本功能（4）智能化超声仪应具备的特点（5）各规范对超声波仪器的要求,2.1 超声波仪,超声波仪是混凝土灌注桩缺陷检测的基本

6、装置。它的作用是产生重复的电脉冲并激励发射换能器。发射换能器发射的超声波经耦合进入混凝土，在混凝土中传播后被接收换能器接收并转换为电信号，电信号送至超声仪，仪器绘制并记录下波形。,2.1 超声波仪,模拟机：第一代20世纪50年代出现了电子管声波仪，主要是国外的1964年同济大学研制出我国第一台超声仪。70年代后期，国内一些单位又研制出一批晶体管分离元件的超声仪。代表仪器：CTS一25型和SYC一2型超声仪,数字机：第二代1990年，天津建筑仪器厂首先研制成功了我国第一台数字化的超声仪。这种超声仪受数字采集与传输速度等方面的限制，无法实时动态显示波形。从90年代中科院武汉岩土力学研究所生产的RS

7、M-SY5声波仪问世。,（1）超声仪的发展,2.1 超声波仪,基桩超声波自动测桩仪 第三代 在数字化超声仪的基础上为提高基桩透射法的工作效率和测试精度，增加了深度自动记录的功能。代表仪器：RSM-SY6 ZBL-520A RS-ST01（C）基桩多跨孔超声波自动循测仪 第四代 实现了多通道自发自收设计，可以一次提升同时完成四管六剖面的测试工作，又将检测效率提高六倍，大幅降低了现场检测强度。代表仪器：RSM-SY7、RSM-SY7W RS-ST06D,（1）超声仪的发展,2.1 超声波仪,无线化发展,2.1 超声波仪,声波CT检测仪可三维旋转查看缺陷形状及分布范围,2.1 超声波仪,（2）数字超

8、声仪的组成,计算机部分（控制，存储，显示）高压发射与控制部分 程控放大与衰减部分 A/D转换与采集部分,2.1 超声波仪,（3）超声仪的基本功能,信号放大（增益，衰减）信号滤波（高通，低通）显示波形（延迟，记录长度）读取参数（声时，声幅）,2.1 超声波仪,（4）智能化超声仪应具备的特点,自动采用适当的放大倍数 自动判读参数（声时，声幅，频率等）灵活高效的显示与记录方式 实时快速的现场分析功能 方便的数据管理（原始数据与结果）兼顾通用性与专用性 友好的界面,2.1 超声波仪,（5）规范对超声波仪的技术要求（TB10218-2008）,具有实时显示和记录接受信号的时程曲线以及频谱分析功能。声时显

9、示范围大于2000s，精度优于或等于0.5s。声波发射脉冲宜为阶跃或矩形脉冲，电压幅值不小于500V。系统频带频带为5-200kHz。声波幅值测量范围不小于80dB，声时声幅测量相对误差小于5%。系统最大动态范围不小于100dB。采集器模-数转换精度不应低于12bit，采样间距应小于1s，采用长度不应小于1024点。,2.1 超声波仪,（5）规范对超声波仪的技术要求（JTG/T F81-01 2004）,检测仪应具有一发双收功能 声波发射应该采用高压阶跃或矩形脉冲 接收放大器的频带为5-200kHz 增益不应小于100dB,波幅测量范围80dB 计时显示范围大于2000s，精度优于0.5s 采

10、集器模-数转换精度不应低于8bit 采集频率不应小于10MHz 最大采集长度不应低于32k,2.1 超声波仪,（5）规范对超声波仪的技术要求（JGJ 106-2014）,具有实时显示和记录接收信号的时程曲线以及频率测量或频谱分析的功能。最小采样时间间隔小于或等于0.5s，声波幅值测量相对误差小于5%，系统频带宽度为5200kHz，系统最大动态范围不小于100dB。声波发射脉冲为阶跃或矩形脉冲，电压幅值为2001000V。具有首波实时显示功能。具有自动记录声波发射与接收换能器位置功能。,2.1 超声波仪,（1）常见的超声波换能器类型（2）换能器的选择（3）规范对声波换能器的要求,2.2 超声波换

11、能器,（1）常见的超声波换能器类型,平面型（高频）朗之万型（低频）径向增压型 一发双收,2.2 超声波换能器,平面型（高频）换能器原理,2.2 超声波换能器,朗芝万型（低频）换能器原理,2.2 超声波换能器,圆环式径向换能器原理,1引出电缆,2压电圆环，3下锥体，4扶正器，5前置放大器,2.2 超声波换能器,圆环式径向换能器,夹心式平面换能器,2.2 超声波换能器,一发双收换能器,单孔检测采用一发双收一体型换能器，其发射换能器至接收换能器的最近距离不应小于300mm，两接收换能器的间距宜为200mm。,2.2 超声波换能器,（2）换能器的选择（频率）,2.2 超声波换能器,混凝土灌注桩跨孔超声

12、法检测中采用的是径向换能器,（2）换能器的选择,2.2 超声波换能器,（3）规范对传感器的要求（JTG/T F81-01 2004）,径向水平面无指向性 谐振频率宜大于 25kHz 水密性满足 1MPa 水压能正常工作 导线有长度标志，标注允许偏差 10mm 宜带有 5-60kHz 的前置放大器,2.2 超声波换能器,（3）规范对传感器的要求（TB10218-2008）,圆柱状径向振动，沿径向无指向性。谐振频率宜为30-60kHz。水密性满足 1MPa 水压能正常工作。导线有长度标志，标注允许偏差 不应大于10mm。当接收信号较弱时，宜选用带前置放大器的换能器。,2.2 超声波换能器,（3）规

13、范对传感器的要求(JGJ 106-2014),圆柱状径向振动，沿径向振动无指向性外径小于声测管内径，有效工作段长度不大150mm谐振频率为3060kHz水密性满足1MPa水压不渗水,2.2 超声波换能器,（1）声测管的埋设数量要求（2）声测管的材质要求（3）声测管的尺寸要求（4）声测管的连接与埋设,2.3 声测管,（1）声测管的埋设要求 声测管是声波透射法测桩时,径向换能器的通道,其埋设数量决定了检测剖面的个数(检测剖面数为（n为声测管数)，同时也决定了检测精度：声测管埋设数量多，则两两组合形成的检测剖面越多，声波对桩身混凝土的有效检测范围更大、更细致，但需消耗更多的人力、物力，增加成本；减小

14、声测管数量虽然可以缩减成本，但同时也减小了声波对桩身混凝土的有效检测范围，降低了检测精度和可靠性。,2.3 声测管,沿直径布置 呈三角形布置 呈四方形布置,桩径D800mm时，埋设两根声测管800mm桩径D 1600mm时，埋设三根声测管桩径D1600mm时，埋设四根声测管,（1）声测管的埋设要求（JGJ106-2014）,2.3 声测管,800mm桩径D 1500mm时，埋设三根声测管1500mm 桩径D时，埋设四根声测管,（1）声测管的埋设要求（JTG/T F81-01 2004）,2.3 声测管,（2）声测管的材质要求,有足够的强度和刚度，保证在混凝土灌注过程中不会变形、破损，声测管材料

15、的温度系数应与混凝土接近，声测管外壁与混凝土粘结良好，不产生剥离缝，影响测试结果。有较大的透声率：一方面保证发射换能器的声波能量尽可能多地进入被测混凝土中，另一方面，又可使经混凝土传播后的声波能量尽可能多地被接收换能器接收，提高测试精度。,2.3 声测管,（2）声测管的材质要求,目前常用的声测管有金属管、钢质波纹管、塑料管3种；运用最多和效果最好的是金属管。公路、铁路规范要求采用金属管。,JGJ106-2014规范要求：声测管有一定的径向刚度，如采用钢管、镀锌管等管材，不宜采用PVC管。,2.3 声测管,声测管管壁太薄或材质较软时，混凝土灌注后的径向压力可能会使声测管产生过大的径向变形，影响换

16、能器正常升降，甚至导致试验无法进行，因此要求声测管有一定的径向刚度，如采用钢管、镀锌管等管材，不宜采用PVC管。由于钢材的温度系数与混凝土相近，可避免混凝土凝固后与声测管脱开产生空隙。声测管的平行度是影响测试数据可靠性的关键，因此，应保证成桩后各声测管之间是基本平行的。,（2）声测管的材质要求,2.3 声测管,（3）声测管的尺寸要求,声测管内径大，换能器移动顺畅，但管材消耗大，且换能器居中情况差；内径小，则换能器移动时可能会遇到障碍，但管材消耗小，换能器居中情况好。因此，声测管内径通常比径向换能器的直径大1020mm即可。现在的增压式换能器直径为20mm左右，因此，一般选用40 号钢管（外径4

17、8mm，内径42mm）。,2.3 声测管,声测管外径 54mm声测管内径 50mm传感器直径 20mm,T=40.8usT=0.8us,2.3 声测管,50,a.公路规范要求：声测管内径比径向换能器的直径大15mm。b.铁路规范要求：声测管内径不小于40mm，壁厚不小于3mm。c.建筑2014规范要求：声测管内径比径向换能器的直径大10mm。,（3）声测管的尺寸要求,2.3 声测管,(4)声测管的连接与埋设,用作声测管的管材一般都不长（钢管为6m长一根）当受检桩较长时，需把管材一段一段地联结，接口必须满足下列要求：有足够的强度和刚度，保证声测管不致因受力而弯折、脱开；有足够的水密性，在较高的静

18、水压力下，不漏浆；接口内壁保持平整通畅，不应有焊渣、毛刺等凸出物，以免妨碍接头的上、下移动。通常有两种联结方式：螺纹联结和套筒联结,2.3 声测管,(4)声测管的连接与埋设,2.3 声测管,(4)声测管的连接与埋设,2.3 声测管,声测管一般用焊接或绑扎的方式固定在钢筋笼内侧，在成孔后，灌注混凝土之前随钢筋笼一起放置于桩孔中，声测管应一直埋到桩底，声测管底部应密封，如果受检桩不是通长配筋，则在无钢筋笼处的声测管间应设加强箍，以保证声测管的平行度。安装完毕后，声测管的上端应用螺纹盖或木塞封口，以免落入异物，阻塞管道。声测管的连接和埋设质量是保证现场检测工作顺利进行的关键，也是决定检测数据的可靠性

19、以及试验成败的关键环节，应引起高度重视。,2.3 声测管,超声波检测技术,3.1 检测原理和方法3.2 现场检测3.3 检测参数与混凝土质量关系,3,基桩成孔后，灌注混凝土之前，在桩内预埋若干根声测管作为声波发射和接收换能器的通道，在桩身混凝土灌注若干天后开始检测，用声波检测仪沿桩的纵轴方向以一定的间距逐点检测声波穿过桩身各横截面的声学参数,然后对这些检测数据进行处理、分析和判断,确定桩身混凝土缺陷的位置、范围、程度，从而推断桩身混凝土的连续性、完整性和均匀性状况，评定桩身完整性等级。,3.1 检测原理和方法,(1)检测原理,按照超声波换能器通道在桩体中的不同的布置方式，超声波透射法基桩检测有

20、三种方法：a.桩内单孔透射法,2发射换能器3接收换能器4声波检测仪,(2)检测方法,3.1 检测原理和方法,b.桩外单孔透射法,1声测管2发射换能器3接收换能器4声波检测仪,3.1 检测原理和方法,c.桩内跨孔透射法 桩内跨孔法检测根据两换能器相对高程的变化，又可分为平测、斜测、交叉斜测、扇形扫描测等方式，在检测时视实际需要灵活运用。,3.1 检测原理和方法,桩内跨孔透射法三种方法的运用：现场的检测过程一般首先是采用平测法对全桩各个检测剖面进行普查，找出声学参数异常的测点。然后，对声学参数异常的测点采用加密平测测试、斜测或扇形扫测等细测方法进一步检测，这样一方面可以验证普查结果，另一方面可以进

21、一步确定异常部位的范围，为桩身完整性类别的判定提供可靠依据。,(2)检测方法,3.1 检测原理和方法,61,a.平 测,1声测管2发射换能器3接收换能器4声波检测仪,以相同的标高同步升降，完成整桩检测,3.1 检测原理和方法,b.斜 测,将发射换能器和接受换能器置于不同高度上同步提升，分析两次测试的声学参数异常的测线，来进一步更精确的确定缺陷范围。,3.1 检测原理和方法,一只换能器固定在某高程不动，另一只换能器逐点移动，测线呈扇形分布。要注意的是，扇形测量中各测点测距是各不相同的，虽然波速可以换算，相互比较，但振幅测值却没有相互可比性（波幅除与测距有关，还与方位角有关，且不是线性变化），只能

22、根据相邻测点测值的突变来发现测线是否遇到缺陷。,c.扇 测,3.1 检测原理和方法,(1)检测准备工作(2)仪器参数的设置(3)现场采集,3.2 现场检测,a.了解有关技术资料及施工资料 主要了解桩的编号、设计强度、桩长、灌注日期等。现场实测时，往往存在堵管或管深不一致的问题，了解桩长是很有必要的，而了解强度及灌注日期，能对波速的情况有一个大概的了解。,根据检测的目的，制定相应的检测方案：包括：工程概况，目的与任务，方法与技术，仪器设备，检测场地要求，检测人员和时间安排，检测报告等。,(1)检测准备工作,3.2 现场检测,检测的时间应满足混凝土强度龄期的要求。为保证检测结果的可靠性，同时考虑到

23、混凝土在龄期14天后的超声波波速等特性参数变化已经趋于平缓，一般要求超声波检测混凝土灌注桩的龄期应大于14天。,(1)检测准备工作,3.2 现场检测,b.系统零时校正,发射机的延迟 发射换能器的延迟 接收换能器的延迟,(1)检测准备工作,3.2 现场检测,电延迟时间:发出触发电脉冲并开始计时的瞬间到电脉冲开始作用到压电体的时刻,电路的触发、转换。电声转换时间：电脉冲加到压电体瞬间到产生振动发出声波瞬间有电声转换的延迟。声延迟：声波要通过换能器壳体或辐射体。,(1)检测准备工作,b.系统零时校正,3.2 现场检测,c.零时校正的方法,发射接收换能器直接对测时距法测定空气中的声速径向换能器水中测定

24、声速,(1)检测准备工作,3.2 现场检测,时距法测定空气中声速,轴线重合对测 间距误差小于0.5%测点不少于10个,3.2 现场检测,时距法测定空气中声速(数据处理),回归计算：,3.2 现场检测,径向换能器测定水中声速与校零值,换能器收轴线平行 置于清水中同一水平高度 数据处理类似于空气中的测试,3.2 现场检测,径向换能器空气中测定校零值,换能器中部十字交叉叠放在一起 仪器上增益设置较大，如200 读取出首波时间 此种方法注意有时应用于考试和能力验证时,3.2 现场检测,计算声测管及耦合水层声时修正值：声波从探头里发射到另一个管里的探头接收，实际上不仅是在混凝土中传播，有一段时间是在管内

25、的水里和管里传播，为了准确的获得桩的波速，应该扣除掉这部分时间。,3.2 现场检测,t 声时修正值D 声测管外径d 声测管内径d 换能器外径Vt 声测管声速Vw 水的声速,3.2 现场检测,d.在桩顶测量相应声测管外壁间净距离。由于已经在上一步工作中进行了修正，所以在测量跨距时，应该以两管内边距为准。,3.2 现场检测,e.将各声测管内注满清水，检查声测管畅通情况；换能器应能在全程范围内正常升降。注意这里管内一定要注清水，水是超声波良好的耦合剂，但如水中含有大量的杂质，对声速和声幅是有很大影响的。,3.2 现场检测,3.2 现场检测,f.现场采集系统架设,选择干燥稳固位置放置仪器，并通过调整仪

26、器把手将仪器显示屏调整到合适的角度方便观察。三脚架架设时尽量选择稳固位置架设，且通过调整尽量保持安装深度计数器卡口水平。将深度计数器下部对准卡口，并从三角架底部向上将固定螺丝拧紧，注意将有两根竖直理线轴对准桩的方向。声测管管口宜安装管口滑轮，以防换能器电缆在快速提升过程中被管口毛刺损伤。,3.2 现场检测,g.换能器放到管底后检查管口深度是否一致。,3.2 现场检测,h.逐一收紧各管换能器电缆，观察管口深度，保证换能器在同一深度。i.打开深度计数器盖将换能器电缆顺序放置进深度计数器线槽中，并向下压紧锁住深度计数器盖。j.将深度编码器接头连接仪器，延长接头放置在干燥处。,3.2 现场检测,(2)

27、检测流程:a.确定管的编号并正确的与仪器相应通道接口连接。注意管的编号十分重要，如随意编号而不遵循一定的规则，那么可能会造成复检与初检的结论不符合。建议统一以北方向或标段延伸方向为统一编号规则。,3.2 现场检测,b.确定了管的编号后，将探头放入相应的管中，再按管的编号将探头接在仪器对应的通道上，并一一对应，如管1或管A的探头接到仪器一通道上，以此类推。,3.2 现场检测,(2)检测流程:,(2)检测流程:c.打开采集软件，在设置中填入被测桩资料。如工程名称、桩号、测试长度、跨距等。,3.2 现场检测,(2)检测流程:d.设置延迟，增益等设置。,3.2 现场检测,(2)检测流程:e.将发射和接

28、收换能器分别置于声测管的底部，点击采样，观察下仪器设置是否合理，如感觉波形显示不佳，可重新调整延迟，增益，等来达到最佳效果。,3.2 现场检测,良好,较差,3.2 现场检测,延迟的调整准则也为跨距越大，延迟越大，以首波位置方便识别为优。也可通过简单的计算来确定，例如跨距1米，按4000的波速来估算，首波到达时间为250微秒，那么延迟设置应为150微秒。以将首波放置在波形显示区约三分之一或二分之一处为优。,3.2 现场检测,较好,较差,较差,3.2 现场检测,有时也会发生，无论怎么调整增益和延迟，总是不能得到很好的显示效果。此时有可能是由于桩底有沉渣或别的缺陷，可将探头同步向上提升一定的深度，观

29、察采集效果，如效果变好，就可以以此设置为准进行检测。注意：验证完设置后，将探头重新放回桩底。,3.2 现场检测,(2)检测流程:f.确定调整到最佳效果并再次确认探头放在管底后；点击新存，选择保存文件名。注意：提升过程中匀速拉动探头，不要过快，在仪器上有提升速度提示，当提示为红色时，应降低提升速度,3.2 现场检测,g.分别对所有检测剖面完成检测 注意对应管的数量有一定的剖面需要检测，不要漏测 两根管 一个面 三根管 三个面 四根管 六个面,3.2 现场检测,(2)检测流程:h.现场保存完数据后，可点击打开查看一下刚刚测试的数据，如发现该数据中存在信号大面积异常，可将探头重新放回管底，注意各探头

30、管口深度一致，再重新提升测试一次。,3.2 现场检测,(2)检测流程:i.在桩身质量可疑的测点周围，可采用加密测点，或采用斜测、扇形扫测进行复测，进一步确定桩身缺陷的位置和范围。,3.2 现场检测,当平测发现桩身中有缺陷时，应采用加密测、斜测或扇测进一步确定。局部缺陷：如图所示，在平测中发现某测线测值异常（图中用实线表示），进行斜测，在多条斜测线中，如果仅有一条测线（实线）测值异常，其余皆正常，则可以判断这只是一个局部的缺陷，位置就在两条实线的交点处。,3.2 现场检测,缩颈或声测管附着泥团：如图所示，在平测中发现某（些）测线测值异常（实线），进行斜测。如果斜测线中、通过异常平测点发收处的测线

31、测值异常，而穿过两声测管连线中间部位的测线测值正常，则可判断桩中心部位是正常混凝土，缺陷应出现在桩的边缘，声测管附近，有可能是缩颈或声测管附着泥团。当某根声测管陷入包围时，由它构成的两个测试面在该高程处都会出现异常测值。,3.2 现场检测,层状缺陷（断桩）：如图所示，在平测中发现某（些）测线值异常（实线），进行斜测。如果斜测线中除通过异常平测点发收处的测线测值异常外，所有穿过两声测管连线中间部位的测线测值均异常，则可判定该声测管间缺陷连成一片。如果三个测试面均在此高程处出现这样情况，如果不是在桩的底部，测值又低下严重，则可判定是整个断面的缺陷，如夹泥层或疏松层，既断桩。,3.2 现场检测,扇形

32、扫测：在桩顶或桩底斜测范围受限制时，或者为减少换能器升降次数，作为一种辅助手段，也可扇形扫查测量，如图所示。,3.2 现场检测,在桩身质量可疑的声测线附近，应采用增加声测线或采用扇形扫测、交叉斜测、CT影像技术等方式进行复测和加密测试，确定缺陷的位置和空间分布范围。,JGJ106-2014的规定,3.2 现场检测,3.2 现场检测,101,3.2 现场检测,问题：1、探头的有效长度2、单元格声测线数量3、声测管的影响4、钻芯验证的风险,3.2 现场检测,综上所述，讲解这些注意事项的目的，主要是为了能在检测现场得到准确有效的测试数据，当我们得到准确有效的检测数据后，可利用声波透射分析软件进行分析

33、处理及报告出具的工作。,3.2 现场检测,(1)混凝土灌注桩的特点(2)声波透射法的特点(3)声波波速与混凝土强度的关系(4)声波波速与混凝土缺陷的关系(5)声幅与混凝土质量的关系(6)声频与混凝土质量的关系(7)波形与混凝土质量的关系,3.3 检测参数与混凝土质量关系,(1)混凝土灌注桩的特点施工难度大工艺复杂隐蔽性强硬化环境及混凝土成型条件复杂 更易产生空洞、裂缝、夹杂局部疏松、缩径等各种桩身缺陷，对建筑物的安全和耐久性构成严重威胁。,3.3 检测参数与混凝土质量关系,(2)声波透射法的特点 是检测混凝土灌注桩桩身缺陷、评价其完整性的一种有效方法，当声波经混凝土传播后，它将携带有关混凝土材

34、料性质、内部结构与组成的信息，准确测定声波经混凝土传播后各种声学参数的量值及变化，就可以推断混凝土的性能、内部结构与组成情况。混凝土质量检测中常用的声学参数为声速、波幅、频率以及波形。,3.3 检测参数与混凝土质量关系,(3)声波波速与混凝土强度的关系 声波波速反映了混凝土的弹性性质，混凝土的弹性性质与混凝土的强度具有相关性，因此混凝土声速与强度之间存在相关性。另一方面，对组成材料相同的构件（混凝土），其内部越致密，孔隙率越低，则声波波速越高，强度也越高。但是用波速来推算混凝土强度是不可取的，规范也不要求推定强度。,3.3 检测参数与混凝土质量关系,超声脉冲波在混凝土中传播速度的快慢，与混凝土

35、的密实度有直接关系，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。当有空洞或裂缝存在时，便破坏了混凝土的整体性，超声脉冲波只能绕过空洞或裂缝传播到接收换能器，因此传播的路程增大，测得的声时必然偏长或声速降低。,(4)声波波速与混凝土缺陷的关系,3.3 检测参数与混凝土质量关系,(5)声幅与混凝土质量的关系 声幅是表征声波穿过混凝土后能量衰减程度 声幅强弱与混凝土的粘塑性有关 混凝土中存在低强度区、离析区以及存在夹泥、蜂窝等缺陷时，吸收衰减和散射衰减增大，声幅明显下降。,3.3 检测参数与混凝土质量关系,(6)声频与混凝土质量的关系 声波脉冲是复频波，具有多种频率成分。各频率成分穿过混凝土后的衰减程度

36、不同，高频部分比低频部分衰减严重，因而导致接收信号的主频率向低频端漂移。漂移的多少取决于衰减因素的严重程度。接收波主频率实质上是介质衰减作用的一个表征量，当遇到缺陷时，由于衰减严重，使接收波主频率明显降低。,3.3 检测参数与混凝土质量关系,(7)波形与混凝土质量的关系,经过缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。,3.3 检测参数与混凝土质量关系,(7)波形与混凝土质量的关系,正常波形特征：1.首波陡峭，振幅大 2.第一周波的后半周即达到较高振幅，接收波的包络线呈半圆形 3.第一个周期的波形无畸变,3.3 检测参数与混凝

37、土质量关系,(7)波形与混凝土质量的关系,缺陷波形特征：1)首波平缓，振幅小 2)后续周期幅度增加得仍不够.3)波形有畸变 4)缺陷严重时，无法接收声波,3.3 检测参数与混凝土质量关系,几种声学参数的比较(1)声速的测试值较为稳定，结果的重复性较好，受非缺陷因素的影响小。(2)声幅（首波幅值）对混凝土缺陷很敏感，它是判定混凝土质量的另一个重要参数。(3)声频的变化能反映声波在混凝土中的衰减状况，从而间接反映混凝土质量的好坏。(4)波形也是反映混凝土质量的一个重要方面，它对混凝土内部的缺陷也较敏感，在现场检测时，还应注意观察整个接收波形形态的变化，作为声波透射法对混凝土质量进行综合判定时的一个

38、重要的参考。,3.3 检测参数与混凝土质量关系,常见特殊情况的判定和处理,4,4.1 堵管处理4.2 管斜处理4.3 检测数据异常,当出现堵管时，可以让发射与接受换能器不在同一高度上，但水平夹角不能太大。如某一个管堵管较长，其它面的信号需要采集帮助判断的时候，可以将堵管的探头的深度在编码器端保持跟其它管一致，多余的电缆可暂时放置在地面。当堵管长度太长时，可以采用其他方法（如钻芯法）对桩的完整性进行检测。,4.1 堵管处理,在检测过程中，难免会碰到声测管弯管的情况，管斜对我们的检测结果有较大的影响，容易造成对缺陷的错判或漏判。,4.2 管斜处理,直接从波形上观察，感觉该剖面在42米以下存在大范围

39、缺陷。,4.2 管斜处理,但通过观察PSD的变化及声速声幅曲线的变化，我们发现，PSD并无强烈变化，且声速声幅呈趋势性渐变，应为声测管偏斜，需进行管斜修正。,4.2 管斜处理,管斜修正处理后，该剖面42米以下并未存在缺陷。,4.2 管斜处理,同一根桩，各剖面相差很大：在检测过程中，有时会出现这种情况，举个例子，三管的桩，测完发现，2-3面与1-2 1-3面的声速声幅差距很大。,4.3 检测数据异常,1-3,2-3,1-2,4.3 检测数据异常,桩身波速较均匀，但波速偏低，波幅不均匀：在检测过程中，有时会出现这种情况，举个例子，一根桩的波速比较均匀，但是都比正常值偏低。声幅存在一定的不均匀离散。

40、,4.3 检测数据异常,4.3 检测数据异常,声测管内部的锈蚀、青苔（水）,没有清管,清管之后,4.3 检测数据异常,126,声测管接头的影响,4.3 检测数据异常,检测数据分析及判断,5.1 计算透射法检测数据5.2 透射法检测数据判据5.3 桩身完整性综合判定,5,5.1 计算透射法检测数据,(1)声速计算(2)声幅计算(3)频率计算(4)PSD计算,(1)声时、声速按下式计算：,。,t 声时修正值 t。系统延迟,5.1 计算透射法检测数据,（1）声时测量分辨力：超声波仪器声时测量分辨力(采样间隔)，精密测量时仪器的声时测量采样间隔应优于或等于0.1 s。若仪器的采样间隔设定大于1.0 s

41、 时，声时测读精度下降；大于2.0 s 时，将严重影响对小缺陷的判定能力。,5.1 计算透射法检测数据,声速计算误差来源,（2）系统测量误差：包括仪器测量系统的延迟时间t0、声测管及耦合水层声时修正值t、两声测管的外壁净距测量引起的相对误差等。,5.1 计算透射法检测数据,声速计算误差来源,（3）换能器水平位置差 检测过程中换能器在声测管中水平方面位置的误差。由于水的声速只有混凝土的三分之一,当声测管直径较换能器直径明显大时,换能器在声测管中位置变化,会明显增加声时的测量误差。声波在声测管中因透射、折射、反射迭加过程引起的衰减效应,造成缺失首波现象,将引起更大的测量误差。,5.1 计算透射法检

42、测数据,声速计算误差来源,（4）换能器竖直位置差：检测过程中换能器在声测管中竖直方向位置的误差。由于发射、接收换能器不同步,造成透射距离变化引起的一种声时测量误差。,5.1 计算透射法检测数据,声速计算误差来源,（5）噪声干扰导致识别初至时间误差 干扰信号对仪器自动判读精度的影响。噪声较强时，使接收信号波形畸变引起的判定误差。这些误差不但影响到实测波速，也干扰到利用PSD 判据判别桩身缺陷的准确性。,5.1 计算透射法检测数据,声速计算误差来源,（6）声测管不平行 声测管在安装或者浇注混凝土的过程中的不平行也会导致声速计算误差。,声速计算误差来源,5.1 计算透射法检测数据,（7）跨距测量误差

43、或者不对应 在实际检测过程中，有些人没有携带尺子，估计的跨距与实际结果可能有较大误差。测量了跨距，但是测量的剖面跨距与计算的剖面跨距出现错位。,声速计算误差来源,5.1 计算透射法检测数据,声速计算影响声速的原因,（1）测距对声速值的影响 对于同一种介质声速是一定的，不应随着尺寸大小的变化而变化。然而实际上，用目前的超声波仪器测定介质声速时，所测得的声速值会随着距离的增大而减小。,5.1 计算透射法检测数据,（2）湿度对声速值的影响 混凝土湿度对声速有着较为显著的影响，试验表明对于同一混凝土试件，饱和水状态下的声速要比在干燥条件下的声速高4%6%。主要原因是：混凝土含水量的增大，使混凝土孔隙中

44、的空气被水置换，声波在水中的传播速度为1480m/s，而在空气中的传播速度仅为343m/s。,声速计算影响声速的原因,5.1 计算透射法检测数据,（3）温度对声速值的影响 当温度在2040时对声速影响不大，当温度超过50时，声速随温度的升高而降低。因此，在一般测试条件下，温度影响可以忽略，但是在较高或较低温度时，例如刚出池的蒸汽养护构件或冬天室外的构件等，则有必要予以修正。,5.1 计算透射法检测数据,声速计算影响声速的原因,（4）混凝土中钢筋对声速值的影响 钢筋中超声波传播速度比普通混凝土的高1.21.9倍。因此，测量钢筋混凝土中的声速时，在超声波通过路径上存在钢筋，测量的“声速”可能是部分

45、或全部通过钢筋的传播“声速”，使混凝土声速测值偏高。尤其针对内部有三角形定位筋的情况。,5.1 计算透射法检测数据,声速计算影响声速的原因,（5）粗骨料的影响 粗骨料品种：不同的粗骨料，其材质不同，其本身的声速和强度情况也就不同，因而用不同粗骨料制作的同配合比混凝土，其声速不一样。粗骨料最大粒径：粗骨料的最大粒径越大，则单位体积混凝土中粗骨料所占有的声程随之增加，即混凝土的声速随粗骨料最大粒径的增大而增加。粗骨料含量：一般相同强度的混凝土其超声波速度随着粗骨料含量的增加而呈提高的趋势。,5.1 计算透射法检测数据,声速计算影响声速的原因,（6）龄期的影响 一般情况下，龄期越长，声速值越高，但是

46、到后期变化非常缓慢。其他条件相同时，养护条件好的，一般声速会高一些。,声速计算影响声速的原因,5.1 计算透射法检测数据,(2)声幅计算：,Ap 第i个测点的相对波幅值（dB）a 第i个测点首波峰值（V）a0 基准幅值，也就是0dB对应的幅值（V）,5.1 计算透射法检测数据,声幅计算误差,4.1计算透射法检测数据,（1）传感器碰撞造成基线偏移。（2）由于裂缝等造成了波形的反向，从而造成了首波识别错误。（3）没有固定增益，不同增益档可能存在误差。,(3)频率计算,fi第i测点信号的主频值（kHz）Ti第i测点信号的周期（s）,5.1 计算透射法检测数据,(4)PSD计算,ti 第个测点声时ti

47、-1 第个测点声时zi 第个测点深度zi-1 第个测点深度,5.1 计算透射法检测数据,PSD的作用：当声时值有明显变化或突变时，PSD与时间差的平方成正比。因而PSD将大幅变化。因此PSD判据对缺陷十分敏感。同时又可排除声测管不平行或混凝土不均匀引起声时变化等非缺陷因素的影响。凡是在判据值较大的地方，均作为疑问区，作进一步的细测。,5.1 计算透射法检测数据,5.2 透射法检测数据判据,(1)声速判据(2)声幅判据(3)PSD判据,当检测剖面n个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用声速低限值判据。,vi vL,Vi第i个测点声速值（km/s）VL 声速低限值（km/s）,声速低限值应由

48、预留同条件混凝土试件的抗压强度与声速对比试验结果，结合本地区实际经验确定,a.低限值法,(1)声速判据,5.2 透射法检测数据判据,(1)声速判据,b.概率法,当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其作为可疑缺陷区,Vi第i个测点声速值（km/s）VD声速的异常判断临界值（km/s）,5.2 透射法检测数据判据,公路规范采用的公式（单边剔除法）,5.2 透射法检测数据判据,现有公路规范存在的问题,（1）没有剔除偏离正态分布的数据得到的 不能准确反映声速在正态分布下的统计特征，理论上不严谨。（2）取定值为2，测点少时偏松，可能漏判；测点多时偏严，可能误判。（3）对声速临界值上限没有限定。（4）声

49、速测试值离散性太大，概率法失效时，没有给出处理办法。,5.2 透射法检测数据判据,由于每一个声测管中的测点可能对应多个检测剖面，而声测线则是组成某一检测剖面的两声测管中测点之间的连线，它的声学特征反映的是其声场辐射区域的混凝土质量，有明确的对应关系，故用“声测线”代替了原规范采用的“测点”。,5.2 透射法检测数据判据,JGJ106-2014的改进：,第j 检测剖面的声速异常判断的概率统计值应按下列方法确定：（1）将第j检测剖面各声测线的声速值 由大到小依次排序，即：式中 第j 检测剖面第i声测线声速，i 为1 n；n 第 j 检测剖面的声测线总数；k 拟去掉的低声速值的数据个数，k=0,1,

50、2,；l 拟去掉的高声速值的数据个数,l=0,1,2,。,5.2 透射法检测数据判据,JGJ106-2014的改进：,（2）对去掉 中k个最小数值和l个最大数值后的其余数据进行统计计算：第j剖面的声速异常小值判断值；第j剖面的声速异常大值判断值；(nkl)个数据的平均值；(nkl)个数据的标准差；与(nkl)相对应的系数。,5.2 透射法检测数据判据,JGJ106-2014的改进：,5.2 透射法检测数据判据,由表查得的与（nkk）相对应的系数。,5.2 透射法检测数据判据,（3）按k=0、k=0、k=1、k=1、k=2、k=2 的顺序，将参加统计的数列最小数据 与异常小值判断值 进行比较，当