聲波透射法測樁檢測技術(shù)培訓(xùn)課件73

聲波透射法測樁檢測技術(shù)

南京銘創(chuàng)測控科技有限公司主講人：仇道剛電話信樁概述基本原理儀器設(shè)備檢測技術(shù)及影響因素?cái)?shù)據(jù)分析與判定工程實(shí)例目錄內(nèi)容包括以下5個(gè)部分第一部分基樁概述PowerPoint設(shè)計(jì)器根據(jù)幻燈片中的內(nèi)容，為演示文稿提供專業(yè)的設(shè)計(jì)建議。設(shè)計(jì)器是訂閱專屬功能。如果你有Office365訂閱，下一張幻燈片會介紹如何在新的演示文稿中使用此功能。樁基礎(chǔ)，主要基礎(chǔ)形式，地下隱蔽工程，承受建筑物的全部荷載并將其傳遞給地基，基樁質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到建筑物的安全。樁身缺陷會引起基礎(chǔ)失穩(wěn)。必須在結(jié)構(gòu)施工前找出并處理缺陷樁。樁基分類擠土樁部分?jǐn)D土樁非擠土樁按成樁方法對土層影響分木樁混凝土樁鋼樁組合樁按樁材分按功能分抗軸壓樁：摩擦樁、端承樁、端承摩擦樁抗剪樁抗拔樁打入樁就地灌注樁靜壓樁螺旋樁噴粉樁或攪拌樁按成樁工藝分水下混凝土灌樁的灌注過程灌注樁的成型混凝土通過導(dǎo)管注入，頂托封口混凝土或砂漿，排出孔中的水，逐漸灌滿樁孔b.干孔灌注干孔混凝土灌注樁的灌注過程:混凝土通過導(dǎo)流管灌入，直至灌滿。水下混凝土灌注樁的常見缺陷:

斷樁（全斷面夾泥或夾砂）局部截面夾泥或頸縮樁底沉渣集中性氣孔分散性泥團(tuán)及“蜂窩”狀缺陷樁頭低強(qiáng)區(qū)干孔灌注樁的常見缺陷:

因地下水涌入而形成的混凝土層狀離析，嚴(yán)重時(shí)成斷樁?；炷辆植繃?yán)重離析。樁底沉渣。人為因素造成的質(zhì)量缺陷總結(jié)缺陷成因澆灌砼不連續(xù)，隔水層凝固，后結(jié)砼無法下灌，上拔導(dǎo)管，泥漿進(jìn)入形成斷樁；若沖破隔水層，造成樁身局部低劣砼。泥漿比重不當(dāng)，孔壁易坍塌清孔不干凈，孔底沉渣太厚，影響樁端承載力發(fā)揮砼和易性不好，易離析導(dǎo)管連接處漏水，形成斷樁成孔質(zhì)量不合格成孔質(zhì)質(zhì)量不不合格格例如：：成孔孔垂直直度不不達(dá)標(biāo)標(biāo)，易易造成成鋼筋筋保護(hù)護(hù)層缺缺失第二部部分基基本本原理理對聲波波的一一般傳傳播規(guī)規(guī)律掌掌握的的不好好；不注重重掌握握施工工過程程的相相關(guān)資資料（（如對對灌注注樁的的成孔孔、成成樁工工藝及及工工藝過過程、、工程程地質(zhì)質(zhì)資料料、水水文地地質(zhì)資資料等等）；；缺少經(jīng)經(jīng)驗(yàn),多驗(yàn)證證，積積累經(jīng)經(jīng)驗(yàn)。。經(jīng)常看看到從從事聲聲波透透射法法檢測測基樁樁完整整性的的同志志，對對測試試聲參參量的的分析析判斷斷，力力不從從心。。出現(xiàn)現(xiàn)這種種局面面的原原因可可歸納納為：：（一）聲聲波的的性質(zhì)質(zhì)超聲波波是一一種機(jī)機(jī)械波波。也也就是是彈性性介質(zhì)質(zhì)內(nèi)質(zhì)質(zhì)點(diǎn)彈彈性振振動引引起的的波動動。分分縱波波，橫橫波，，表面面波。?；旎炷镣谅暡úz測測主要要應(yīng)用用縱波波，即即質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)振動動和傳傳播方方向相相同的的一種種波動動形式式（另另一種種是傳傳播方方向與與振動動方向向相垂垂直稱稱為橫橫波，，暫不不論述述）。。縱波波波速大大于橫橫波聲學(xué)基基礎(chǔ)聲學(xué)理理論要要系統(tǒng)統(tǒng)學(xué)的的起來來，內(nèi)內(nèi)容太太多，，但把把它的的一些些重要要的、、結(jié)論論性的的內(nèi)容容加以以掌握握和運(yùn)運(yùn)用，，還是是可以以解決決問題題的，，現(xiàn)在在就按按這樣樣一個(gè)個(gè)原則則來論論述（二））聲波波的傳傳播速速度由理論論計(jì)算算，可可知無無限體體的縱縱波聲聲速VP如下式式（1）式中中E為彈性性模量量，σ為泊松松比，，ρ為密度度。一一般的的混凝凝土密密度大大約在在2400kg/m,泊松比比約為為0.23左右，，彈性性模量量約在在3.84××104MPa左右。。灌注樁樁由于于生產(chǎn)產(chǎn)的特特殊性性，其其縱波波聲速速：水下灌灌注的的在4000m/s上下;干作業(yè)業(yè)灌注注的在在4000－4500m/s。一般情情況:優(yōu)質(zhì)的的、致致密、、堅(jiān)硬硬的混混凝土土聲速速高；；振搗不不勻、、疏松松的、、有缺缺陷的的混凝凝土聲聲速低低；混凝土聲聲速與混混凝土強(qiáng)強(qiáng)度的關(guān)關(guān)系比較較復(fù)雜，，國內(nèi)有有關(guān)科研研單位的的研究結(jié)結(jié)果表明明，其影影響因素素與石子子的材質(zhì)質(zhì)、粒徑徑、養(yǎng)護(hù)護(hù)條件有有關(guān)；在基樁完完整性檢檢測中，，用聲速速直接確確定混凝凝土強(qiáng)度度是困難難的，甚甚至是不不科學(xué)的的。（三）聲聲波在灌灌注樁中中的傳播播及特點(diǎn)點(diǎn)假設(shè)：混混凝土是是勻質(zhì)性性介質(zhì)在均勻介介質(zhì)中,聲波按著著發(fā)射時(shí)時(shí)的方向向，一往往無前的的向前傳傳播。當(dāng)當(dāng)遇到介介質(zhì)變化化時(shí)，會會發(fā)生聲波的折折射、反反射、繞繞射、疊疊加等現(xiàn)象當(dāng)介質(zhì)不不均勻，，例如混混凝土中中存在一一個(gè)夾層層,如圖1中的2。當(dāng)縱波波P由介質(zhì)1入射到夾夾層2時(shí)，在1－2的分界面面處會產(chǎn)產(chǎn)生折射射縱波PP,夾層2內(nèi)的縱波波PP傳播到另另一個(gè)分分界面2－1時(shí)，同樣樣要產(chǎn)生生折射波波PPP,并進(jìn)入介介質(zhì)1。產(chǎn)生上述述折射的的先決條條件是：：界面兩兩邊介質(zhì)質(zhì)的聲速速C和介質(zhì)質(zhì)的密度度ρ的乘積不不相等，，這就是是Snell定律。圖1聲波的傳播（1）聲波的的折射──關(guān)于斯斯奈爾（（Snell）定律（2）聲波的的反射當(dāng)混凝土土不均勻勻，存在在一個(gè)分分界面（（如二次次澆灌面面、振搗搗不均、、漏振、、完全沒沒有振搗搗、離析析、夾泥泥、異物物等與正正?；炷恋姆址纸缑妫┤鐖D2，界面兩兩邊的聲聲速C與密度ρ的乘積不不相等時(shí)時(shí)，入射射的P波，在界界面處產(chǎn)產(chǎn)生反射射波PP。（上層層介質(zhì)1的聲速為為C1，下層介介質(zhì)的聲聲速為C2）同樣,根據(jù)Snell定律，可可知入射射角與反反射角是是相等的的。圖2聲波的反射（3）聲波的的繞射—關(guān)于惠更更斯原理理惠更斯原原理說的的是：彈彈性介質(zhì)質(zhì)中，在在某一時(shí)時(shí)刻t，聲波波波前上的的所有點(diǎn)點(diǎn)，均可可視為該該時(shí)刻開開始振動動的新的的點(diǎn)振源源，各點(diǎn)點(diǎn)振源產(chǎn)產(chǎn)生新的的球面波波，這些些球面波波經(jīng)t+??t后，波前前的包絡(luò)絡(luò)迭加組組合，形形成新的的球面波波前，如如此循環(huán)環(huán)不已。。圖3聲波的繞射（4）聲波的的疊加──疊加定定律在聲波的的傳播過過程中，，有時(shí)從從不同路路徑傳播播的聲波波先后到到達(dá)接收收點(diǎn)，如如圖4中混凝土土缺陷部部位的繞繞射、折折射、多多次反射射的聲波波。這些些不同路路徑來的的聲波脈脈沖，在在接收點(diǎn)點(diǎn)將按照照到來的的先后時(shí)時(shí)間順序序，疊加加成新的的脈沖聲聲波，這這就是疊疊加定律律。不同同路徑到到來的波波，疊加加的結(jié)果果，會使使接收波波形復(fù)雜雜、畸變變。圖4聲波的疊加（四）聲波波波幅的衰減在混凝土中聲聲波波幅與混混凝土內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)特征的相相關(guān)關(guān)系是有有一定規(guī)律的的，故波幅成成為可用的聲聲參量。聲波在傳播過過程中，質(zhì)點(diǎn)點(diǎn)振動的幅度度，隨著傳播播距離的延伸伸，而逐漸減減小，也就是是波幅的衰減減，其規(guī)律如如下：衰減系數(shù)α與介質(zhì)的物理理性能有關(guān)。。由此可見，聲聲波是按指數(shù)數(shù)規(guī)律衰減的的。1.致密的混凝土土衰減??；疏疏松的混凝土土衰減大；2.不均勻的混凝凝土衰減大；；3.有缺陷的混凝凝土，因繞射射、折射、反反射因素衰減減大。Am——發(fā)射點(diǎn)的波幅幅A——為傳播了L距離后接收點(diǎn)點(diǎn)的波幅e——為自然對數(shù)的的底α——為聲衰減系數(shù)數(shù)L——傳播距離聲波透射法檢檢測基樁完整整性的優(yōu)點(diǎn)：：檢測細(xì)致，結(jié)結(jié)果準(zhǔn)確可靠靠；不受樁長、樁樁徑限制；不需樁頂露出出地面即可檢檢測，方便施施工；正因?yàn)槿绱?，，雖然該方法法需要預(yù)埋聲聲測管，用較較高，但仍然然得到廣泛的的采用，特別別是橋梁、高高層建筑的大大型、特大型型灌注樁的檢檢測。1、不適合檢測測水平裂縫、、薄層狀缺陷陷；2、聲測管外、樁徑里的區(qū)域域無法檢測；；3、樁基是立體體的，聲波透透射法簡化成成3個(gè)或者6個(gè)面來評定立立體的樁；聲波透射法檢檢測基樁完整整性的缺點(diǎn)規(guī)范目前，超聲法法檢測灌注樁樁質(zhì)量的方法法已列入許多多檢測規(guī)范中中。作為全國性的的規(guī)范有：建設(shè)部行業(yè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《建筑基樁檢測測技術(shù)規(guī)程》JGJ106-2014中國工程建設(shè)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會會標(biāo)準(zhǔn)《超聲法檢測混混凝土缺陷技技術(shù)規(guī)程》CECS21：2000交通部行業(yè)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)《公路工程基樁樁動測技術(shù)規(guī)規(guī)程》JTG/T3512――2020鐵路系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)TB10218-2019鐵路工程基樁樁檢測技術(shù)規(guī)規(guī)程第三部分儀器設(shè)備儀器的組成1、主機(jī)2、徑向換能器器3、管口輪4、計(jì)數(shù)器5、三腳架1、主機(jī)發(fā)射高高壓脈沖至發(fā)發(fā)射換能器，，發(fā)射換能器器將電能轉(zhuǎn)換換位聲能傳入入被測結(jié)構(gòu)。。2、接收換能器器將接收到的的聲波信號轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為電信號號被主機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)采集，聲波波信號在傳播播過程中攜帶帶了大量被測測介質(zhì)的聲參參量信息，由由于聲參量與與被測介質(zhì)的的性質(zhì)具有一一定的相關(guān)性性，通過信號號分析處理評評價(jià)被測介質(zhì)質(zhì)的性能。高壓脈沖發(fā)射A/D轉(zhuǎn)換顯示屏系統(tǒng)總線鍵盤數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程控系統(tǒng)直流高壓程控打印機(jī)專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)跟檢測有關(guān)的的幾個(gè)重要參參數(shù)：1、發(fā)射電壓：50v250v500v1000v2、采樣周期：0.5us，1us3、增益：信信號放大的的倍數(shù)4、聲時(shí)：聲聲波傳播的的時(shí)間5、波幅：聲聲波傳播過過程中能量的的衰減情況首波：接收的的超聲波的第第一個(gè)波谷(向下)或波峰(向上)。是聲參量判讀讀的前提首波及其判定定1、完整的接收波波首波自動增大大到一定幅度度（1/4波形區(qū)），后后續(xù)波削波。。波形清晰?；€較干凈、、平直。2、不正常的波波延時(shí)過小增益過小零聲時(shí)電延遲時(shí)間(儀器內(nèi)部電路路及信號線)電聲轉(zhuǎn)換時(shí)間間(傳感感器器)聲延延遲遲時(shí)時(shí)間間聲波波在在聲聲測測管管中中傳傳播播的的時(shí)時(shí)間間聲波波在在水水中中傳傳播播的的時(shí)時(shí)間間零聲聲時(shí)時(shí)t0的標(biāo)標(biāo)定定方方法法:時(shí)距距曲曲線線法法：：該該部部分分在在規(guī)規(guī)范范中中已已介介紹紹t=t0+bl記錄錄不不少少于于4個(gè)點(diǎn)點(diǎn)，，t0為零零時(shí)時(shí)，，b為斜斜率率直接接對對測測法法：：一一般般認(rèn)認(rèn)為為，，只只要要將將發(fā)發(fā)射射與與接接收收傳傳感感器器直直接接耦耦合合即即可可讀讀出出t0。即即當(dāng)當(dāng)測測距距為為零零時(shí)時(shí)，，聲聲時(shí)時(shí)也也應(yīng)應(yīng)當(dāng)當(dāng)為為零零。。舉例例說說明明：：如樁樁徑徑為為1.5m，埋埋設(shè)設(shè)三三根根聲聲測測管管，，聲聲測測管管管管距距為為1.126m，取取混混凝凝土土聲聲速速為為4500m/s。此此時(shí)時(shí)，，聲聲波波傳傳播播時(shí)時(shí)間間約約為為250μμs，水中中聲聲速速V水＝＝1.5km/s鋼材材中中聲聲速速V鋼＝＝5.8km/s換能能器器直直徑徑d＝26mm聲測測管管外外徑徑φ外＝＝60mm，內(nèi)內(nèi)徑徑φ內(nèi)＝＝54mm水平平面面無無指指向向性性。。鉛垂垂面面指指向向性性，，它的的輻輻射射聲聲場場實(shí)實(shí)際際是是以以換換能能器器縱縱軸軸為為回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸軸的的一一個(gè)個(gè)回回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體體。。因因此此斜斜測測角角度度要要保保證證信信號號有有良良好好的的接接收收條條件件下下，，盡盡量量選選大大的的斜斜測測角角度度。。徑向換換能器器常用頻頻率50kHz，波長長8~10cm計(jì)量為保證證基樁樁檢測測數(shù)據(jù)據(jù)的可靠性性，和可追溯溯性，檢測測所用用的儀儀器必必須送送至省省級法法定計(jì)計(jì)量檢檢測單單位進(jìn)進(jìn)行檢檢定。。證書書在有有效期期內(nèi)。。第四部部分現(xiàn)現(xiàn)場場檢測測技術(shù)術(shù)方法法及影影響因因素現(xiàn)場檢檢測原原理聲測線線遇到到缺陷陷會引引起聲聲參量量的突突變?yōu)槭裁疵磿煌蛔?？？因?yàn)闉榻橘|(zhì)質(zhì)發(fā)生生了變變化具體表表現(xiàn)為為：1、Psd突變2、聲速速突變變3、波幅幅突變變聲測管管的根根數(shù)依依據(jù)樁樁的直直徑而而定，，目的的是在在保證證所有有剖面面聲場場的覆覆蓋范范圍，，占樁樁的截截面積積一定定比例例的前前提下下，盡盡可能能節(jié)省省費(fèi)用用、提提高檢檢測效效率。。建筑規(guī)規(guī)范：樁徑徑小于于等于于800mm，兩根根聲測測管。。樁徑大大于800、小于于等于于1600mm，三根根聲測測管。。樁徑大大于1600mm，四根根聲測測管。。2、聲測測管布布置示示意圖圖3.聲測管管的安安裝檢測管管材質(zhì)質(zhì)的選選擇以以透聲聲率大大，便便于安安裝，，費(fèi)用用較低低為原原則。。一般般采用用鋼管管。管徑大大于換換能器器的直直徑，，一般般以內(nèi)內(nèi)徑Ф50~60mm為宜。。管子一一般采采用與與鋼筋筋籠架架立筋筋焊接接或綁綁扎的的方式式固定定。安裝管管子時(shí)時(shí)應(yīng)注注意管管子接接頭應(yīng)應(yīng)不漏漏漿，，內(nèi)壁壁光滑滑平順順，管管底密密封。。管子之之間力力求平平行。。4、聲測管的聯(lián)聯(lián)接聯(lián)接方式主主要有：套套筒聯(lián)接、、螺紋聯(lián)接接、對接焊焊聯(lián)接三種種方式，最最常用的方方式是套筒筒聯(lián)接，效效果比較好好。注意：管距距測量，聲聲測管外邊邊緣到外邊邊緣的距離離5、檢測前的的準(zhǔn)備工作作收集資料，，工程地質(zhì)質(zhì)資料、基基樁設(shè)計(jì)圖圖紙和施工工記錄、監(jiān)監(jiān)理日志等等。了解工藝及及施工過程程中出現(xiàn)的的異常情況況。制定相應(yīng)的的檢測方案案。檢測方案包包括：工程概況目的與任務(wù)務(wù)方法與技術(shù)術(shù)儀器設(shè)備檢測場地要要求檢測人員和和時(shí)間安排排檢測報(bào)告檢測時(shí)間應(yīng)應(yīng)滿足齡期要求；檢測前應(yīng)沖沖洗聲測管管，在孔中中注滿清水水作為耦合合劑標(biāo)定超聲儀儀從發(fā)射至至接收的系系統(tǒng)零聲時(shí)時(shí)；用直徑大于于換能器的的假探頭對對聲測管疏疏通并記錄錄深度，以以保證換能能器在全程程范圍內(nèi)移移動通暢；；準(zhǔn)確測量并并記錄聲測測管內(nèi)、外外徑和各個(gè)個(gè)聲測剖面面兩聲測管管外壁間的的距離，精精度為±1mm。測試方法依據(jù)收發(fā)換換能器的相相對位置關(guān)關(guān)系，有平測、斜測測、扇測1）平測法一般先用平平測法，一一對換能器器分別置于于兩個(gè)對應(yīng)應(yīng)的聲測管管中，位于于同一高度度；相鄰兩兩測點(diǎn)間距距不大于10Cm。平測法速度度快、效率率高，可作作為是否存存在缺陷的的初步判斷斷依據(jù)；2）斜測法將一對換能能器分別置置于兩個(gè)對對應(yīng)的聲測測管中，換換能器保持持一定的高高程差。由于平測有有局限性，，對于缺陷陷范圍及其其嚴(yán)重程度度進(jìn)行判定定時(shí)，應(yīng)至至少結(jié)合斜斜測加以綜綜合判定3）扇測法扇形掃測是是將一對換換能器分別別置于兩個(gè)個(gè)對應(yīng)的聲聲測管中，，保持一個(gè)個(gè)換能器高高度位置固固定，另一一個(gè)以一定定的高程差差上下移動動進(jìn)行測試試。扇測法工工作量大大沒有公認(rèn)認(rèn)判據(jù)4）平測斜斜測特特點(diǎn)平測只能分辨辨缺陷在在樁軸向上上的位置和和大小，，無法分分辨缺陷陷在樁徑向上上的位置和大大小。斜測加平平測，近近似一個(gè)個(gè)二維坐坐標(biāo)，能能定位缺缺陷在剖剖面（平平面）上上大小和和位置。。第五部分分?jǐn)?shù)據(jù)據(jù)分析與與判定數(shù)據(jù)分析析處理首波判定定錯(cuò)誤的的要重新新改判管斜的進(jìn)進(jìn)行自動動糾偏，，嚴(yán)重重管斜的的應(yīng)改用用其他方方法判定定輕微管斜斜使用管斜斜修正功功能，并在報(bào)告告上注明明修正的的范圍嚴(yán)重管斜斜依據(jù)規(guī)范范不能采采用聲測測的方法法評定判據(jù)主判據(jù)波速臨臨界值值概念波幅臨臨界值值概念輔助判決決頻譜主主頻是否否頻散PSD是否突變變波速臨近近值計(jì)算方法法復(fù)雜，，先