【文章內(nèi)容簡介】 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。根據(jù)上述原理，可以利用超聲脈沖波在混 凝土中傳播時聲學(xué)參數(shù) (聲時、波幅、頻率等 )和波形的變化綜合分析、判別混凝土缺陷的位置和范圍，或者估算缺陷的尺寸。 聲測管的埋設(shè) 聲測管的埋設(shè)方式及在橫截面上的布置形式將影響檢測結(jié)果。因此需檢測的樁應(yīng)在設(shè)計時將聲測管的布置標(biāo)入圖紙。聲測管材質(zhì)的選擇以透聲率最大及便于安裝、費用低廉為原則。一般可采用鋼管、塑料管和波紋管等，目前使用最多的是鋼管。聲測管的埋設(shè)數(shù)量應(yīng)根據(jù)樁徑的大小來確定：樁徑小于 時宜沿直徑方向埋設(shè)兩根管；樁徑為 ～ 時宜按等邊三角形布置埋設(shè)三根管；樁徑大于 時宜按正方形布置埋設(shè)四根管。聲測管的內(nèi)徑宜為 50～ 55mm，聲測管之間應(yīng)保持平行。埋設(shè)時可將聲測管焊接或綁扎在鋼筋籠的箍筋內(nèi)側(cè)。聲測管的底部應(yīng)預(yù)先用堵頭封閉或用鋼板焊封，以保證不漏漿；并在聲測管的上部應(yīng)加蓋或堵頭，以免異物入內(nèi)。聲測管節(jié)與節(jié)之間的連接方式有兩種：一是焊接，即兩段鋼管相對，外套較粗的套筒，將套筒口周邊與鋼管焊接封閉。切忌不加套筒而直接將鋼管對接焊接，否則可能產(chǎn)生背流或毛刺而阻礙換能器的順利移動，直接對焊的焊接質(zhì)量較難保證，在鋼筋籠吊裝過程中可能因扭曲或撞擊而破壞，導(dǎo)致澆筑混凝土?xí)r漿液滲入聲測管 內(nèi)，影響檢測的正常進(jìn)行。二是螺口連接，即將兩段鋼管端頭加工成螺紋，與套筒螺紋相匹配而連接。值得注意的是，有時在螺紋套筒處會形成空氣夾層而引起聲波反射，對該處的聲學(xué)參數(shù)的測值有影響，特別是振幅測值，所以切不可因接頭影響而誤把該處判為缺陷。 超聲波的現(xiàn)場檢測 樁基進(jìn)行超聲波檢測前，必須在施工時預(yù)埋聲測管。聲測管內(nèi)徑一般在 50～60mm，測管的埋設(shè)數(shù)量應(yīng)視樁徑的大小而定，沿樁截面外側(cè)呈對稱形狀埋設(shè)；應(yīng)采取適宜的辦法固定，且應(yīng)盡量使之位置平正，成樁后能相互平行；聲測管的連接應(yīng)光滑過渡，確保不發(fā)生探 頭移動受阻；各測管管口高度宜一致，管口應(yīng)高出樁頂 100mm以上；測管中應(yīng)注滿清水作為耦合劑，下端封閉，以防漏水，也可將各聲測管下端連石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)論文 12 通 (當(dāng)有異物進(jìn)人測管內(nèi)時，用高壓水來疏通，這比測管各自下端封閉要好 )，上端加蓋，防止異物落人管中造成阻塞。檢測前，并用稍大于探頭的鋼筋條或鐵棒疏通聲測管，保證換能器在全程范圍內(nèi)升降順暢；測定從聲波發(fā)射時刻到聲波接收時刻之間存在的系統(tǒng)延遲時問；計算測管及水耦合劑所對應(yīng)的聲時修正值，以便在計算實際聲時時，消除誤差；計算聲波在樁身傳播的直線距離，應(yīng)按照設(shè)計值或測管固定時的外壁問凈距離 來計算。施工后的樁頂聲測管易發(fā)生偏斜 ,檢測時，一般采用跨孔平測法檢測，將發(fā)射與接收探頭分別置于不同聲測管的相同標(biāo)高的測點處，同步升降，測點距不宜大于 250mm。檢測完成所有檢測剖面。當(dāng)發(fā)現(xiàn)或懷疑樁身有異常時，在質(zhì)量可疑的測點周圍，應(yīng)加密測點距進(jìn)行細(xì)測，或采用高差同步測試 (斜測 )或扇形掃測，進(jìn)一步確定樁身缺陷的位置，通過數(shù)學(xué)處理能把樁身內(nèi)混凝土的缺陷尺寸及空問分布顯示出來。 現(xiàn)場檢測步驟 ①連接所有儀器設(shè)備，檢查電源宮殿供電情況。 ②根據(jù)樁徑大小選擇合適的換能器和儀器參數(shù)，當(dāng)采用自動檢測系統(tǒng) 時，在同批樁的檢測過程中不得隨意改變儀器參數(shù)。當(dāng)采用手動方法檢測時，在檢測過程中若需改變參數(shù)時，必須換算校正數(shù)據(jù)。 ③測量整個檢測系統(tǒng)的聲時初讀數(shù)。 ④將接收和發(fā)射換能器分別置于兩個聲測孔的底部，從底部開始向上提升逐點檢測，如果采用自動檢測系統(tǒng)，則將換能器升降絞車安置于聲測管軸線上，使換能器能順利升降，顯示深度的數(shù)字相應(yīng)地變化，深度、聲時及波幅等數(shù)據(jù)由接口電路同時輸入微機(jī)，每測完一個剖面的數(shù)據(jù)，應(yīng)及時存盤。如果采用手動方法，則應(yīng)保證換能器在聲測管中順利升降，相應(yīng)深度應(yīng)標(biāo)明在電纜線上，并同時記錄深度、聲時及波 幅等數(shù)據(jù)。兩個換能器必須以同一高度或相差一定高程等距離同步移動，每個測點的兩個換能器的高差變化不應(yīng)超過 20ram，并經(jīng)常注意進(jìn)行深度校核。測點間距宜為 200～250mm。數(shù)據(jù)可疑的部位應(yīng)進(jìn)行復(fù)測或加密檢測，以確定缺陷的位置和分布范圍。采用的方法有對測、斜測、交叉斜測及扇形掃測等，其檢測方法剖面示意圖如圖 1 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)論文 13 樁身混凝土缺陷的判斷方法及樁身完整性評價 如何根據(jù)所測得的聲學(xué)參數(shù)判斷樁身混凝土缺陷是超聲波透射法測樁的關(guān)鍵，目前常用的方法有： ①概率法 對同一根 樁同一剖面的聲速、波幅、主頻值進(jìn)行計算和異常值判別。當(dāng)某一測點的一個或多個聲學(xué)參數(shù)被判為異常值時，即為存在缺陷的可疑點。 ②斜率法 用聲時 (ti)一深度 (h)曲線相鄰測點的斜率 k 和相鄰兩點聲時差值 Zxt 的乘積 z，繪制 Z— h 曲線，根據(jù) Z— h 曲線的突變位置，并結(jié)合波幅值的變化情況可判定存在缺陷的可疑點或可疑區(qū)域的邊界。 式中， —— 相鄰兩點的生時差； —— 相鄰兩點的深度差； 根據(jù)可疑點的分布及數(shù)值大小綜合分析，可以判斷缺陷的位置和范圍，缺陷的性質(zhì)應(yīng)根據(jù)各聲學(xué)參數(shù) 的變化情況及缺陷的位置和范圍進(jìn)行綜合判斷。樁的質(zhì)量按其完整性分為四類，如表 21 11?????iiii dd ttK)(2 11???????? ii ii dd tttkZ1??ii tt1?? ii dd石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)論文 14 表 21 樁的質(zhì)量分類 規(guī)程中四種類型的樁身缺陷的補(bǔ)充描述： I 類樁：全樁長各檢測剖面各測點聲學(xué)參數(shù)均無超臨界值異常，波形規(guī)則，聲速較高，為完整樁。典型曲線如圖 2 和圖 3 所示。 圖 2 完整樁的實測曲線 類別 完整狀態(tài) 缺陷特征 ⒈ 完整 無缺陷 ⒉ 基本完整 局部輕度缺陷 ⒊ 局部不完整 局部明顯缺陷 ⒋ 嚴(yán)重不完整 斷樁等嚴(yán)重缺陷 聲速（k m/s)幅度 （km/s)5 10 15 20 25 30 35 40 45石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)論文 15 圖 3 完整樁的實測曲線 圖 2 為一根樁徑為 800mm、有效樁長為 、樁身預(yù)埋兩根聲測管的鉆孔灌注樁的超聲波實測曲線，波形規(guī)整，波動較小，首波半波寬約為 ，平均波速 ／ s，樁身完整。 圖 3 為一根樁徑為 200mm、有效樁長為 、樁身預(yù)埋三根聲測管的鉆孔灌注樁的超聲波實測曲線，三個剖面的波形規(guī)整，波動較小，首波半波寬約為 ，平均波速為 ／ s，樁身完整。 Ⅱ類樁：某一檢測剖面?zhèn)€別測點聲學(xué)參數(shù)輕微超臨界值異常，個別點波形有輕微波動，聲速降低，缺陷的截面分布不超過樁 的總橫截面的 30％ ，為基本完整樁。典型曲線如圖 4 和圖 5 所示。圖 4 為一根樁徑為 1500mm、有效樁長為 、樁身預(yù)埋三根聲測管的鉆孔灌注樁的超聲波實測曲線， A— B 和 A— C 剖面波形較規(guī)則， B— C 剖面波形有微小波動，該樁完好部位首波半波寬約為 ，平均波速約為 ／ s；樁深 ～ 首波半波寬約為 ，波速降低為 ／ s，經(jīng)斜測，推定510 15 20 25 30 355 10 15 20 25 30 355 10 15 20 25 30 35000石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)論文 16 為西北側(cè)約 1/4 截面混凝土輕微夾泥。圖中陰影部分為推定的缺陷截面分布范圍。 圖 5 為一根樁徑為 1200mm、有效樁長為 、樁身預(yù)埋三根聲測 管的鉆孔灌注樁的超聲波實測曲線， B— C 剖面波形較規(guī)則， A— B 和 A— C 剖面波形有明顯波動，該樁完好部位首波半波寬約為 ，平均波速約為 ／ s；樁深 ～ 首波半波寬約為 ，波速降低為 ／ s，經(jīng)斜測，推定為東側(cè)約 1/4 截面混凝土明顯蜂窩夾泥砂。 Ⅲ類樁：某一檢測剖面連續(xù)多個測點或兩個以上檢測剖面?zhèn)€別測點聲學(xué)參數(shù)明顯超臨界值異常，個別點波形有明顯波動，聲速降低，缺陷的截面分布不超過樁的總橫截面的 50％ ，為局部不完整樁。典型曲線如圖 6 所示。 圖 6 為一根樁徑 1500mm、有效樁長 為 、樁身預(yù)埋三根聲測管的鉆孔灌注樁的超聲波實測曲線，三個剖面均有明顯波動，該樁完好部位首波半波寬約為 ，平均波速約為 ／ s；樁深 ～ 首波半波寬達(dá) ，波速降低為 ／ s，經(jīng)斜測，推定為西側(cè)約 1/2 截面混凝土明顯蜂窩夾泥砂。經(jīng)鉆芯驗證，發(fā)現(xiàn)上述超聲法檢測推定的缺陷區(qū)域為夾黃泥。 Ⅳ 類樁：波形不規(guī)則，兩個以上檢測剖面連續(xù)多個測點聲學(xué)參數(shù)嚴(yán)重超臨界值異常，缺陷的截面分布超過樁的總橫截面的 50％ ，為嚴(yán)重不完整樁。典型曲線如圖7 所示。 圖 7 為一根樁徑為 1000mm、有效樁長為 、樁身預(yù)埋三根聲測管的鉆孔灌注樁的超聲波實測曲線，三個剖面均有兩處明顯波動，該樁完好部位首波半波寬約為，平均波速約為 ／ s；樁深 ～ 首波半波寬達(dá) ，波速降低為 ／ s，樁深 ～ 首波半波寬達(dá) ，波速降低為 ／ s，經(jīng)斜測，推定為深 — 南側(cè)約 1/3 截面混凝土明顯蜂窩夾泥，深 ～ 混凝土嚴(yán)重蜂窩夾泥。為嚴(yán)重不完整樁。 石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)論文 17 圖 4 基本完整樁的實測曲線 510 15 20 25 30 355 10 15 20 25 30 355 10 15 20 25 30 35000深1. 88 2 .7 3mA BA CB C石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)論文 18 圖 5 基本完整樁的實測曲線 510 15 20 25 30 355 10 15 20 25 30 355 10 15 20 25 30 3502 .54 .04 .55 .002 .54 .04 .55 .002 .54 .04 .55 .0 mABACBC石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)論文 19 圖 6 局部不完整樁的實測曲線 510 15 20 25 30 355 10 15 20 25 30 355 10 15 20 25 30 35000深8. 56 8 .9 6mABACBC石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)論文 20 圖 7 嚴(yán)重不完整樁的實測曲線 超聲波檢測中的一些注意事項 超聲波傳播速度的快慢與混凝土的密實程度有直接關(guān)系，混凝土密實則聲速高，反之，聲速則低。而且，混凝土中的超聲波傳播速度與混凝土的強(qiáng)度有關(guān)，而混凝土的 強(qiáng)度又與混凝土的齡期密切相關(guān)，因此，混凝土中的超聲傳播速度是混凝土齡期的510 15 20 25 30 355 10 15 20 25 30 355 10 15 20 25 30 35000A BA CB C深2 0 . 0 樁底 深4 . 3 4 . 7石家莊鐵道學(xué)院四方學(xué)院畢業(yè)論文 21 函數(shù)。超聲波在混凝土中的傳播速度，與混凝土強(qiáng)度沒有嚴(yán)格的經(jīng)科學(xué)推導(dǎo)的數(shù)學(xué)公式。現(xiàn)在使用的一些數(shù)學(xué)公式或稱為關(guān)系式，是些專家，學(xué)者通過大量的試驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行歸納而來的。正是這樣，不同地方，不同研究人員得到的關(guān)系式是不同的。在一般情況下，超聲波檢測不提供混凝土強(qiáng)度數(shù)據(jù)。大量的實測表明，當(dāng)養(yǎng)護(hù)齡期較短就進(jìn)行超聲波檢測時，往往發(fā)現(xiàn)樁頂 3m 左右范圍內(nèi)出現(xiàn)波速偏低、波幅偏小現(xiàn)象。那是因為：樁頂 3m左右以下的混凝土受上部混凝土重力的壓實作用，密實程度就 比樁頂高，而樁頂 3m 以內(nèi)的混凝土受外力較小。建議：在樁身混凝土養(yǎng)護(hù) 14d 以上進(jìn)行超聲波檢測，寒冷季節(jié)、寒冷地區(qū)應(yīng)加長養(yǎng)護(hù)齡期，以便于采集便于分析的高質(zhì)量的檢測資料，或結(jié)合實際的資料和經(jīng)驗確定合適的檢測齡期。聲測管緊貼鋼筋籠內(nèi)側(cè)埋設(shè)，當(dāng)縮頸沒有縮到鋼筋籠的內(nèi)側(cè)，這時，聲波從發(fā)射換能器到達(dá)接收換能器，沒有穿透有缺