基樁的聲波透射法檢測(cè).doc

基樁的聲波透射法檢測(cè)1基本原理及方法混凝土是由多種材料組成的多相非勻質(zhì)體。對(duì)于正常的混凝土，聲波在其中傳播的速度是有一定范圍的，當(dāng)傳播路徑遇到混凝土有缺陷時(shí)，如斷裂、裂縫、夾泥和密實(shí)度差等，聲波要繞過(guò)缺陷或在傳播速度較慢的介質(zhì)中通過(guò)，聲波將發(fā)生衰減，造成傳播時(shí)間延長(zhǎng)，使聲時(shí)增大，計(jì)算聲速降低，波幅減小，波形畸變，利用超聲波在混凝土中傳播的這些聲學(xué)參數(shù)的變化，來(lái)分析判斷樁身混凝土質(zhì)量。聲波透射法檢測(cè)樁身混凝土質(zhì)量，是在樁身中預(yù)埋24根聲測(cè)管。將超聲波發(fā)射、接收探頭分別置于2根導(dǎo)管中，進(jìn)行聲波發(fā)射和接收，使超聲波在樁身混凝土中傳播，用超聲儀測(cè)出超聲波的傳播時(shí)間t、波幅A及頻率f等物理量，就可判斷樁身結(jié)構(gòu)完整性。2適用范圍聲波透射法適用于檢測(cè)樁徑大于0.6m混凝土灌注樁的完整性，因?yàn)闃稄捷^小時(shí)，聲波換能器與檢測(cè)管的聲耦合會(huì)引起較大的相對(duì)測(cè)試誤差。其樁長(zhǎng)不受限制。3儀器設(shè)備（1）試驗(yàn)裝置聲波透射法試驗(yàn)裝置包括超聲檢測(cè)儀、超聲波發(fā)射及接收換能器（亦稱(chēng)探頭）、預(yù)埋測(cè)管等，也有加上換能器標(biāo)高控制絞車(chē)和數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)。其裝置見(jiàn)圖3721。（2）超聲檢測(cè)儀的技術(shù)性能應(yīng)符合下列規(guī)定：接收放大系統(tǒng)的頻帶寬度宜為550kHz，增益應(yīng)大于100dB，并帶有060（或80）dB的衰減器，其分辨率應(yīng)為1dB，衰減器的誤差應(yīng)小于1dB，其檔間誤差應(yīng)小于1。發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)輸出2501000V的脈沖電壓，其波形可為階躍脈沖或矩發(fā)射系統(tǒng)應(yīng)輸出2501000V的脈沖電壓，其波形可為階躍脈沖或矩形脈沖。顯示系統(tǒng)應(yīng)同時(shí)顯示接收波形和聲波傳播時(shí)間，其顯示時(shí)間范圍宜大于300s，計(jì)時(shí)精度應(yīng)大于1s，儀器必須穩(wěn)定可行，2h中聲時(shí)漂移不得大于0.2s。（3）換能器應(yīng)采用柱狀徑向振動(dòng)的換能器，將超聲儀發(fā)出的電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械振動(dòng)信號(hào)，其共振頻率宜為2550kHz，外形為圓柱形，外徑30mm，長(zhǎng)度200mm。換能器宜裝有前置放大器，前置放大器的頻帶寬度宜為550kHz。絕緣電阻應(yīng)達(dá)5M，其水密性應(yīng)滿(mǎn)足在1MPa水壓下不漏水。樁徑較大時(shí)，宜采用增壓式柱狀探頭。（4）聲測(cè)管是聲波透射法檢測(cè)裝置的重要組成部分，宜采用鋼管、塑料管或鋼質(zhì)波紋管，其內(nèi)徑宜為5060mm。4測(cè)試技術(shù)（1）預(yù)埋聲測(cè)管應(yīng)符合下列規(guī)定：樁徑0.61.0m應(yīng)埋設(shè)雙管；1.02.5m應(yīng)埋設(shè)三根管；樁徑2.5m以上應(yīng)埋設(shè)四根。見(jiàn)圖3722聲測(cè)管布置方式。聲測(cè)管底端及接頭應(yīng)嚴(yán)格密封，保證管外泥冰在1MPa壓力下不會(huì)滲入管內(nèi)。上端應(yīng)加蓋。聲測(cè)管可焊接或綁扎在鋼筋籠的內(nèi)側(cè)，檢測(cè)管之間應(yīng)互相平行。在檢測(cè)管內(nèi)應(yīng)注滿(mǎn)清水。（2）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)前應(yīng)測(cè)定聲波檢測(cè)儀發(fā)射至接收系統(tǒng)的延遲時(shí)間t0，并應(yīng)按下式計(jì)算聲時(shí)修正值t：t=(D-d)/Vt+(d-d)/Vw (37-52)式中 D檢測(cè)管外徑（mm）； d檢測(cè)管內(nèi)徑（mm）；d換能器外徑（mm）； Vt檢測(cè)管壁厚度方向聲速（kms）；Vw水的聲速（kms）； T聲時(shí)修正值（s）。將發(fā)、收換能器置于水中，間距0.5m左右，接收信號(hào)波幅調(diào)節(jié)到二或三格，改變發(fā)、收換能器間距，測(cè)量不同距離的聲時(shí)值，按時(shí)距曲線求出t0值。（3）檢測(cè)步驟應(yīng)符合下列要求：接收及發(fā)射換能器應(yīng)在裝設(shè)扶正器后置于檢測(cè)管內(nèi)，并能順利提升及下降。測(cè)量時(shí)上述發(fā)射與接收換能器可置于同一標(biāo)高，當(dāng)發(fā)射與接收換能器置于不同標(biāo)高時(shí)，其水平測(cè)角可取3040。測(cè)量點(diǎn)距2040cm。當(dāng)發(fā)現(xiàn)讀數(shù)異常時(shí)，應(yīng)加密測(cè)量點(diǎn)距，以保證測(cè)點(diǎn)間聲場(chǎng)可以覆蓋而不至漏測(cè)。發(fā)射與接收換能器應(yīng)同步升降。各測(cè)點(diǎn)發(fā)射與接收換能器累計(jì)相對(duì)高差不應(yīng)大于2cm，并應(yīng)隨時(shí)校正。檢測(cè)宜由檢測(cè)管底部開(kāi)始，發(fā)射電壓值應(yīng)固定，并應(yīng)始終保持不變，放大器增益值也應(yīng)始終固定不變。調(diào)節(jié)衰減器的衰減量，使接收信號(hào)初至波幅度在熒光屏上為2或3格。由光標(biāo)確定首波初至，讀取聲波傳播時(shí)間及衰減器衰減量，依次測(cè)取各測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)及波幅并進(jìn)行記錄。一根樁有多根檢測(cè)管時(shí)，應(yīng)將每2根檢測(cè)管編為一組，分組進(jìn)行測(cè)試，見(jiàn)圖3722。每組檢測(cè)管測(cè)試完成后，測(cè)試點(diǎn)應(yīng)隨機(jī)重復(fù)抽測(cè)1020。其聲時(shí)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)大于5；波幅相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)大于10。并對(duì)聲時(shí)及波幅異常的部位應(yīng)重復(fù)抽測(cè)。測(cè)量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差可按下式計(jì)算： (37-54) (37-53)式中t聲時(shí)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差；A波幅相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差；t第i個(gè)測(cè)點(diǎn)聲時(shí)原始測(cè)試值（s）；A第i個(gè)測(cè)點(diǎn)波幅原始測(cè)試值（dB）；tji第i個(gè)測(cè)點(diǎn)第j次抽測(cè)聲時(shí)值（s）；Aji第i個(gè)測(cè)點(diǎn)第j次抽測(cè)波幅值（dB）。5檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理與判定（1）由現(xiàn)場(chǎng)所測(cè)的數(shù)據(jù)應(yīng)繪制聲時(shí)深度曲線及波幅（衰減值）深度曲線。其聲時(shí)tc及聲速VP應(yīng)按下列公式計(jì)算：tc=t-to-t (37-55)Vp=l/tc (37-56)式中 tc混凝土中聲波傳播時(shí)間（s）；t聲時(shí)原始測(cè)試值（s）；t0聲波檢測(cè)儀發(fā)射至接收系統(tǒng)的延遲時(shí)間（s）；t聲時(shí)修正值（s）；l兩個(gè)檢測(cè)管外壁間的距離(mm)；VP混凝土聲速（kms）。（2）樁身完整性應(yīng)按下列規(guī)定判定：應(yīng)采用聲時(shí)平均值t與聲時(shí)2倍標(biāo)準(zhǔn)差t之和作為判定樁身有無(wú)缺陷的臨界值；并應(yīng)按下列公式計(jì)算： (37-57) (37-58)式中 n測(cè)點(diǎn)數(shù)； tci混凝土中第i測(cè)點(diǎn)聲波傳播時(shí)間（s）；t聲時(shí)平均值（s）； t聲時(shí)標(biāo)準(zhǔn)差。亦可按聲時(shí)深度曲線相鄰測(cè)點(diǎn)的斜率Ktz及相鄰兩點(diǎn)聲時(shí)差值t的乘積Ktzt作為缺陷的判據(jù)： Ktz=(tci-tci-1)/(Zi- Zi-1) (37-59)t=tci-tci-1 (37-60)Ktzt=( tci-tci-1)2/( Zi- Zi-1) (37-61)式中 tci第i測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)（s）； tci-1第i1測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)（s）；Zi第i測(cè)點(diǎn)的深度（m）； Zi1第i1測(cè)點(diǎn)的深度（m）。Ktzt值能在聲時(shí)深度曲線上明顯地反映出缺陷的位置及性能，可結(jié)合t2t值進(jìn)行綜合判定。波幅（衰減量）比聲速對(duì)缺陷反應(yīng)更靈敏，可采用接收信號(hào)能量平均值的一半作為判斷缺陷臨界值。波幅值以衰減器的衰減量q表示。波幅判斷的臨界值qD有下列關(guān)系：qD=q-6 (37-62) (37-63)式中 q衰減量平均值（dB）；qi第i測(cè)點(diǎn)的衰減量（dB）；n測(cè)點(diǎn)數(shù)。對(duì)超越臨界值的測(cè)區(qū)應(yīng)進(jìn)行缺陷分析與判斷。樁的完整性宜采用上述判據(jù)，并輔以接收波形的視頻率做進(jìn)一步的綜合判定。在作出缺陷判定后，如需判定樁身缺陷尺寸及空間分布，宜進(jìn)一步采用多點(diǎn)發(fā)射，不同深度接收的扇形測(cè)量法，用多條交會(huì)的聲線所測(cè)取的波速及波幅的異常加以判定。6工程實(shí)例福州某特大橋樁基礎(chǔ)進(jìn)行聲波透射法檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試工作于1997年3月16日完成。擬建場(chǎng)地位于福州峽南，大橋基礎(chǔ)采用沖鉆孔灌注樁，被測(cè)樁編號(hào)為Z45，樁徑2500mm，樁長(zhǎng)45.3m，樁身混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25，樁端持力層為微風(fēng)化巖，土層自上而下為：粗砂，砂夾淤泥，砂卵石，微風(fēng)化巖，詳見(jiàn)該工程地質(zhì)勘察報(bào)告。聲波透射法按基樁低應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)規(guī)程（JGJT93-95）有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，樁內(nèi)埋設(shè)4根測(cè)管，通過(guò)測(cè)量整個(gè)樁身檢測(cè)區(qū)域內(nèi)的超聲波傳播時(shí)間，觀察接收到的信號(hào)幅度變化，來(lái)分析判斷樁身結(jié)構(gòu)完整性。本次檢測(cè)采用CTS25型非金屬超聲檢測(cè)儀，該樁基中一對(duì)測(cè)向的聲時(shí)深度曲線見(jiàn)圖3723。該樁同時(shí)采用反射波法進(jìn)行檢測(cè)，所用儀器為美國(guó)PDI公司生產(chǎn)的PIT樁基完整性檢驗(yàn)儀，實(shí)測(cè)時(shí)域曲線見(jiàn)圖3724。根據(jù)聲波透射法檢測(cè)結(jié)果分析，樁頂下77.5m處，16.517.5m處及28.032.0m處均有明顯的波峰，前兩個(gè)波峰處其Ktzt值（即PSD判據(jù)