超聲波樁基檢測

超聲波法基樁檢測的常用方法之一公路工程基樁檢測的規(guī)定：

（JTJ/TF81-01-2004）

1、公路工程基樁應進行100％的完整性檢測，各種方法的選定應具有代表性和滿足工程檢測的特定要求；

2、重要工程的鉆孔灌注樁應埋設聲測管，檢測的樁數(shù)不應少于50％；

3、高應變動測法的抽檢率可由工程設計或監(jiān)理單位酌情決定，但不宜少于相近條件下總樁數(shù)的5％且不少于５根。

超聲波法：

是在樁身預埋一定數(shù)量的聲測管，通過水的耦合，超聲波從一根聲測管中發(fā)射，在另一根聲測管中接收，或單孔中發(fā)射，可以測出被測混凝土介質(zhì)的參數(shù)。由于超聲波在混凝土中遇到缺陷時會波產(chǎn)生繞射、反射和折射，因而達到接收換能器時，根據(jù)聲時、波幅及主頻等特征參數(shù)的變化來判別樁身的完整性。鑒于目前公路橋梁工程大量使用大直徑樁和超長樁，該方法將越來越多的使用在基樁的檢測中。分四個部分講解：聲學理論檢測技術測試方法工程實例第一部分聲學理論聲學基礎聲波在介質(zhì)中的傳播速度聲波在介質(zhì)界面上的反射與透射聲波在傳播過程中的衰減混凝土中的聲波特性一、聲學基礎

1、波動波動是物質(zhì)的一種運動形式，波動可分為兩大類：一類是機械波，它由于機械振動在彈性介質(zhì)中引起的波動過程，例如；水波、聲波、超聲波等；另一類是電磁波，它是由于電磁振蕩所產(chǎn)生的變化電場和變化磁場在空間的轉播過程，例如無線電波、紅外線、紫外線、可見光、雷達波等。聲波:是彈性介質(zhì)的機械波。人們所能聽到聲波頻率范圍是20～20KHz，即可聞聲波。當聲波頻率超過20～20KHz時，人耳就聽不到了，這種聲波就叫超聲波，其頻率范圍是20K～100MHz；當頻率低于20Hz的叫

次聲波，人耳也聽不到。各種聲波的頻率范圍見下表。各種聲波的頻率范圍（Hz）

次聲波可聞聲波超聲波特超聲波0～2020～20K20K～100M＞100M

在混凝土中超聲檢測使用的頻率一般在20KHz～200KHz范圍內(nèi)。2、諧振動物體在一定位置附近作來回重復運動稱為振動，例如擺的運動、汽缸中活塞的運動、彈簧振子的運動等，這些是可以直接看到的振動。又例如一切發(fā)聲體的運動、在高頻電壓激勵下壓電晶體的運動，這些是不易或不能直接看到的振動。

相互間由彈性力聯(lián)系著的質(zhì)點所組成的物質(zhì)，稱為彈性介質(zhì)。需要進行超聲檢驗的大量固體構件都是彈性介質(zhì)。彈性介質(zhì)是由相互間用小彈簧聯(lián)系著的質(zhì)點所組成。如圖1-1所示。若這種介質(zhì)中任何一個質(zhì)點離開了平衡位置，則會產(chǎn)生使它恢復到平衡位置的力，這就是彈性力。圖1-1彈性介質(zhì)模型圖1-2彈簧振子的振動

1-質(zhì)點：2-小彈簧

進一步來說明諧振動

可以用彈簧振子來說明諧振動。如圖1-2所示，彈簧左端固定，右端系一物體。為使討論較為簡單，設彈簧振子穿在光滑的水平玻璃棒上，以避免重力對運動的影響。設物體在位置0時，彈簧作用在物體上的力是零。這個位置就是物體的平衡位置，若把物體向右移動到位置B，這時彈簧被拉長，相應地有指向左方即向平衡位置的彈性力作用在物體上，使物體返回平衡位置。當物體回到平衡位置時，彈簧的彈力等于零，但物體在返回時獲得了速度，由于慣性，它將繼續(xù)向左移動。當物體在平衡位置左邊時，彈簧被壓縮，物體所受彈性力是指向右方，即平衡位置。這時彈性力作用是阻礙物體運動，直至物體停止在位置C。在這以后，物體在彈性力的作用下向右移動，情況和上述向左移動相似。這樣，在彈簧的彈性力作用下，物體在平衡位置的左右作重復運動，即振動。

取平衡位置0為X軸的原點，并設X軸的正向向右根據(jù)胡克定律，物體所受的彈性力F與物體位移x（即彈簧的變形量）的關系為：

F=-kx(1.1)式中：k——彈簧的彈性系數(shù)；-——力和位移的方向相反。設物體的質(zhì)量為m根據(jù)牛頓第二定律（），它的速度為：

(1.2)因為k和質(zhì)量m都是常數(shù)，所以它們的比值可以用一恒量F表示,即：

(1.3)式中：ω——角頻率或圓頻率。代入上式，得：

a=-ω2x

(1.4)從上式看出，上述振動的特征是：物體的加速度和位移成正比且方向相反，這種振動稱為諧振動。物體在彈性力作用下發(fā)生的運動是諧振動。諧振動是最簡單最基本的振動。任何復雜振動都是由許多不同頻率的諧振動所合成的。因為=,又得：+ω2x=0(1.5)根據(jù)微分方程理論，上式的解為：

x=Acos(ωt+)(1.6)式中

A,——兩個恒量；

A——振幅，它是質(zhì)點離開平衡位置的最大位移；t+——振動的相位。這是諧振動中位移x和時間t的關系式，稱為諧振動的運動方程式，簡稱諧振動方程式。

3、波的產(chǎn)生與傳播在彈性介質(zhì)中，任何一個質(zhì)點機械振動時，因為這個質(zhì)點與其鄰近的質(zhì)點間有相互作用的彈性力聯(lián)系著，所以它的振動將傳遞給與之相鄰近的質(zhì)點，使鄰近的質(zhì)點也同樣地發(fā)生振動，然后振動又傳給下一個質(zhì)點，依次類推。這樣，振動就由近及遠向各個方向以一定速度傳播出去，從而形成了機械波。從上述可知，機械波的產(chǎn)生，首先要有做機械振動的波（聲）源，其次要有傳播這種機械振動的介質(zhì)。例如，把石子投入平靜的水中，在水面上可以看到一圈圈向外擴展的水波。再舉二個實例

彈性橫波：手握繩子一端上下振動，可以看到如圖

1-3的波向前傳播的過程，這就是彈性橫

波。

彈性縱波：用手迅速而有節(jié)奏地推拉彈簧的一端，

可以看到如圖1-4彈簧上有部分密集，部

分稀疏，部份疏密相間，且這種疏密相間

的狀態(tài)沿著彈簧向前傳播，這就是彈性縱

波。圖3.1-3繩子上的橫波圖3.1-4彈簧上的縱波4、波的種類波的種類是根據(jù)介質(zhì)質(zhì)點的振動方向和波的傳播方向的關系來區(qū)分的。它主要分為縱波、橫波、表面波等。(1)縱波：介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向一致，這種波稱為縱波，例如空氣、水中傳播的聲波就是縱波，如圖1-5所示。縱波又常稱“P”波。縱波的傳播是依靠介質(zhì)時疏時密（即時而拉伸，時而壓縮）使介質(zhì)的容積發(fā)生變形引起壓強的變化而傳播的，因此和介質(zhì)的容變彈性有關。任何彈性介質(zhì)（固體、液體、氣體）在容積變化時都能產(chǎn)生彈性力，所以縱波可以在任何固體、液體、氣體中傳播。

圖1-5縱波

(2)橫波：介質(zhì)質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向垂直，這

種波稱為橫波，例如繃緊的繩子上傳播的波就是橫波，

如圖1-6所示。橫波又常稱“S”波。

橫波的傳播是使介質(zhì)產(chǎn)生剪切變形時引起的剪切應

力變化而傳播的，因此和介質(zhì)的切變彈性有關。由于液

體、氣體無一定形狀，當它們的形狀發(fā)生變化時，不產(chǎn)

生切變應力，所以液體、氣體不能傳播橫波，只有固體

才能傳播橫波。在氣體、液體中只有縱波存在。

圖1三-6三橫波（3三）表三面波三：固體三介質(zhì)三表面三受到三交替三變化三的表三面張三力，三使介三質(zhì)表三面的三質(zhì)點三發(fā)生三相應三的縱三向振三動和三橫向三振動三，結三果使質(zhì)點三作這三兩種三振動三的合三成振三動，即繞其三平衡三位置三作橢三圓振三動。橢三圓振三動又三作用三于相三鄰的三質(zhì)點三而在三介質(zhì)三表面三傳播三，這三種波三稱表面三波，常三以“三R”表示三。圖1三-7三為表三面波三傳播三示意三圖。三圖中三示出三了瞬三時的三質(zhì)點三位移三狀態(tài)三。右三側的三橢圓三表示三質(zhì)點三振動三的軌三跡。三由圖三可知三，質(zhì)三點只三在xy平面三內(nèi)作三橢圓三振動三而波三在體三表面三（xz平面三）沿三x方三向傳三播。三振動三的長三軸垂三直于三波的三傳播三方向三，短三軸平三行于三波的三傳播三方向三。表三面波三傳播三時，三質(zhì)點三振動三的振三幅隨三深度三的增三加而三迅速三減小三。當三深度三等于三2倍三的波三長時三，振三幅已三經(jīng)很三小了三，因三此，三表面三波多三用于三探測構件三表面的情三況。圖三1-三7三表三面波表面三波只三能在固體中傳三播。5、三波的三形式波的三形式三是根三據(jù)波三陣面三的形三狀來三劃分三的。三如圖三1-三8所三示，三聲源三在無三限大三且各三向同三性的三介質(zhì)三中振三動時三，振三動向三各方三面?zhèn)魅ァＨ齻鞑ト姆饺蚍Q三為波線；在三某一三時刻三振動三所傳三到各三點的三軌跡三稱為波前；介三質(zhì)中三振動三相應三相同三的所三有質(zhì)三點的三軌跡三稱為波陣三面。在三任一三確定三的時三刻，三波前三的位三置總三是確三定的三，只三有一三個波三前，三而波三陣面三的數(shù)三目則三是任三意多三的。圖1三-8三波線三、波三前、三波陣三面（a三）平三面波三；（三b）三球面三波；三（c三）柱三面波1-三波線三；2三-波三前；三3-三波陣三面按波三陣面三的形三狀可三以把三波分三成平面三波、三球面三波和三柱面三波。（1三）平面三波：波陣三面為三平面三的波三稱為三平面三波，三其振三源是三一個三作諧三振動三的無三限大三的平三面。三另外三，從三無窮三遠的三點狀三聲源三（點三源）三傳來三的波三，其三波陣三面可三視為三平面三，也三可稱三為平三面波三。（2三）球面三波：波振三面為三球面三的波三稱為三球面三波，三其振三源是三一個三點狀三聲源三。（3三）柱面三波：波陣三面為三同軸三圓柱三面的三波稱三為柱三面波三，其三振源三是一三無限三長的三直柱三形。6、三波動三方程用數(shù)三學方三程式三來描三述一三個前三進中三的波三動，三即描三述介質(zhì)三中某三質(zhì)點三相對三于平三衡位三置的三位移三隨時三間的三變化三，該三數(shù)學三方程三式為三波動三方程三。由于三諧振三動是三最簡三單的三振動三，所三以由三它產(chǎn)三生的三余弦三波是三最簡三單、三最基三本的三波。三因此三，先三討論三余弦三振動三在均三勻介三質(zhì)中三傳播三過程三所形三成的余弦三波波三動方三程。如1三-9三所示三，設三一平三面余三弦波三在無三吸收三的無三限均三勻介三質(zhì)中三沿x軸的三正向三傳播三，波三速為三υ0、設三0為三波線三上任三意一三點，三并取三其為三坐標三原點y軸為三振動三位移三，若三0點三處質(zhì)三點作三諧振三動，三從（三1.三6）三式可三知，三其振三動方三程為三：(1三.7三)式中三：A三—振三幅；—角三頻率三；y0—質(zhì)三點在三時間t時離三開平三衡位三置的三位移三。圖1三-9三波動三方程三推導若是三橫波三，則三位移三方向三與X三軸垂三直；三如是三縱波三，則三位移三方向三沿著三X軸三。設三B為三波線三上另三一任三意點三，離三開原三0的三距離三為x。因三為振三動從三0點三傳播三到B三點需三要的三時間三為x/三ν，所三以B三點處三質(zhì)點三在時三間t的位三置等三于0三點處三質(zhì)點三在時三間(t-三x／三ν)的三位移三，即（1三.8三）(1三．8三)式三表示三，在三波線三上任三意一三點（三距原三點距三離為x）處三的質(zhì)三點在三任一三瞬時三的位三移，三即沿x軸方三向前三進的三平面三余弦三的波三動方三程。波在三一個三周期T內(nèi)（三或者三說質(zhì)三點完三成一三次振三動）三所傳三播的三路程三為波三長，三用表示三。根據(jù)三周期三和波三速的三定義三，三三者關三系為三：=ν三T(1三.9三)因為三周期三T與三頻率三f互三為倒三數(shù)，三所以三(4三.1三.9三)式三也可三寫為三：(1三.1三0)這是三波速三、波三長、三頻率三間的三基本三關系三。不同三類型三的波三在傳三播過三程中三速度三各不三相同三，且三其聲三速還三取決三于固三體介三質(zhì)的三性質(zhì)三（密三度、三彈性三模量三、泊三松比三），三所以三聲速三是表三征介三質(zhì)聲三學特三性的三一個三參數(shù)三。另三外，三聲通三的大三小還三與固三體介三質(zhì)的三邊界三條件三有關三。二、三聲波三在介三質(zhì)中三的傳三播速三度1、三縱波三聲速在無三限大三固體三介質(zhì)三中傳三播的三縱波三聲速三：(1三.1三1)式中三：E——三楊氏三彈性三模量三；γ——三泊松三比；ρ——三密度三。在有三限固三體介三質(zhì)中三傳播三時，三則形三成制三導波三，其三速度三變小三。2、三橫波三聲速在無三限大三固體三介質(zhì)三中傳三播的三橫波三聲速三：三(三1.三12三)式中三：G——三切變?nèi)龔椥匀Ａ咳?、三材料三的彈三性參三數(shù)與三聲速三值下表三列出三了部三分材三料的彈性三參數(shù)與聲速三值。部分三材料三的彈三性參三數(shù)、三聲速三和特三性阻三抗表3三.1三-2通過三對固三體介三質(zhì)聲三速的三討論三可以三看出三：通過三對固三體介三質(zhì)聲三速的三討論三可以三看出三：（1三）介三質(zhì)的三彈性三性能三愈強三即E或G愈大三，密三度ρ愈小，三則聲三速愈三高。（2三）把三（1三.1三1）三、（三1.三12三）兩三式相三除，三得到三縱、三橫波速三度之三比：(1三.1三3)對于三一般三固體三介質(zhì)三λ大三約在三0.三33三左右三，故νp／三νs≈2三?；烊寥牟慈杀热橛谌?.三20三、0三.3三0之三間，三因此νp／νs介于三1.三63三～1三.8三7之三間，三即在混三凝土三中，三縱波三速度為三橫波三速度三的1三.6三3～三1.三87三倍。聲波三在無三限大三介質(zhì)三中傳三播只三是在三理論三上成三立。三實際三上任三何介三質(zhì)總三有一三個邊三界。三當聲三波在三傳播三中從三一種三介質(zhì)三到達三另一三種介三質(zhì)時三，在三兩種三介質(zhì)三的分三界面三上，三一部三分聲三波被三反射三，仍三然回三到原三來介三質(zhì)中三，稱三為反射三波；另三一部三分聲三波則三透過三界面三進入三另一三種介三質(zhì)中三繼續(xù)三傳播三，稱三為折射三波（透三射波三）。三聲波三透過三界面三時，三其方三向、三強度三、波三型均三產(chǎn)生三變化三。這三種變?nèi)∪龥Q于三兩種三介質(zhì)三的特性三阻抗和入射三波的三方向?，F(xiàn)三分垂直三入射和傾斜三入射兩種三情況三來討三論。三、三聲波三在介三質(zhì)界三面的三反射三與透三射1、三垂直三入射（1三）單三一的三平面三界面當平三面波三垂直三入射三到一三個光三滑平三面界三面時三，將三產(chǎn)生三一個與入三射波三方向三相反三的反三射波和一三個與入三射波三方向三相同三的透三射波（圖三1-三10三）。三這是三波入三射到三界面三上時三最簡三單的三情況三。先討三論入射三波、反射三波和透射三波聲三壓之間三的關三系。在界三面上三，用三反射三波聲三壓pr與入三射波三聲壓p0的比三值表三示聲壓三反射三率R，即三：(1三.1三4)用透三射波三聲壓Pd與入三射波三聲壓p0的比三值表三示聲三壓透射率三D即三：(1三.1三5)界面三兩側三兩種三介質(zhì)三的特三性阻三抗分三別為三Z1和Z2。（2三）異三質(zhì)薄三層的三反射三與透三射當聲三波在三一種三介質(zhì)三中傳三播時三，有三時會三遇到三第二三層介三質(zhì)的三薄層三，如三混凝三土裂三縫就三是這三種情三況。三這種三情況三下將三產(chǎn)生三多次三反射三與透三射，三情況三要更三復雜三一些三。2、三傾斜三入射當聲三波在三一種三介質(zhì)三中傾三斜入三射到三另一三介質(zhì)三界面三時，三將產(chǎn)三生方向、角度及波形的變?nèi)?。三和光三的傳三播類三似，三聲波三在界三面上三方向三和角三度的三變化三服從反射三定律和折射三定律，如三圖1三-1三1。反射三定律三：入射三角（i）的三正弦三與反三射角三（β）三的三正弦三之比三等于三入射三波與三反射三波速三度之三比。三由三于三入射三波與三反射三波在三同一三介質(zhì)三中，三其速三度相三等，三所三以入三射角三等于三反射三角（i=β）。折射三定律三：入射三角（i）的三正弦三與折三射角三（θ）三的正三弦之三比等三于入三射波三與折三射波三速度三之比三，即三：三(1三.1三6）圖1三-1三1三流三體界三面上三聲波三的反三射與三折射三圖三1-三12三固體三界面三上聲三波的三反射三與折三射以上三情況三可以三在流三體（三氣體三、液三體）三的分三界面三看到三。在三這種三情況三下，三介質(zhì)三中只三有單三一的三波-三縱波三出現(xiàn)三。在固三體介三質(zhì)分三界面三的情三況則三復雜三一些三。當三一種三波（三例如三縱波三）入三射到三固體三分界三面時三，不三僅波三方向三發(fā)生三變化三且波三型也三發(fā)生三變化三，分三離為反射三縱波三、反三射橫三波，三折射三縱波和折射三橫波。各類三波的三傳播三方向三（即反射三角與折射三角）各三不相三同，三如圖三1-三12三所示三。各種三類型三波的三傳播三方向三的變?nèi)嗳先龓缀稳鈱W三中的反射三定律和折射三定律。其三數(shù)學三表達三式如三下：(1三.1三7)ν1p,ν2p——三縱波三在第三一、三二介三質(zhì)中三的傳三播速三度；ip,βp，θp——三縱波三入射三角、三反射三角、三折射三角；βS，θS——三橫波三反射三角、三折射三角。增大三入射三波的入射三角，則三折射三波的折射三角亦隨三之增三大。三如果三入射三波是三縱波三，且ν1p<ν2p則由三（1三.1三5）三式可三知，θp>ip,即三折射三角大三于入三射角三。當ip增大三，θp也增三大，三當θp＝9三0°三時，三此時三的入三射角三叫第一三臨界三角，用三符號三i1；表三示。三顯然三，當三入射三角大三于第三一臨三界角三時，三第二三種介三質(zhì)中三只有三折射三橫波三存在三，如三圖1三-1三3。三這是三一種三獲得三橫波三的方三法。第一三臨界三角三(三1.三18三)當θ=9三0°三時，三此時三的入三射角三叫第二三臨界三角，用三符號三i2表示三，如三圖1三-1三4。第二三臨界三角三(三1.三19三)圖1三-1三3三第一三臨界三角三圖三1-三14三第二三臨界三角聲波三在介三質(zhì)中三傳播三過程三中其振幅將隨三傳播距離的增三大而三逐漸三減小三的現(xiàn)三象為衰減。聲三波衰三減的三大小三及其三變化三不僅三取決三于所三使用三的超聲三頻率三及傳三播距三離，也三取決三于被三檢測三材料三的內(nèi)部三結構及性能。因三此研三究聲三波在三介質(zhì)三中的三衰減三情況三將有三助于三探測三介質(zhì)三的內(nèi)三部結三構及三性能三。四、三聲波三在傳三播過三程中三的衰三減固體三材料三中聲波三衰減主要三有以三下幾三個方三面的三原因三：（1三）吸三收衰三減：聲波三在固三體介三質(zhì)中三傳播三時，三由于三介質(zhì)三的粘三滯性三而造三成質(zhì)三點之三間的內(nèi)摩三擦，從三而使三一部三分聲能三轉變?nèi)秊闊崛?。?三）散三射衰三減：當介三質(zhì)中三存在顆粒三狀結三構（如三固體三介質(zhì)三中的三顆粒三、缺三陷、三摻雜三物等三）而三導致三聲波三能量三的衰三減。三如在三混凝三土中三一方三面其三中的三粗骨三料構三成許三多聲三學界三面，三使聲三波在三這些三界面三上產(chǎn)三生多三次反三射、三折射三和波三型轉三換；三另一三方面三微小三顆粒三在超三聲波三的作三用下三產(chǎn)生三新的三震源三，向三四周三發(fā)射三聲波三，使三聲波三能量三的擴三散到三達最三大。（3三）擴三散衰三減：聲波三發(fā)射三器發(fā)三出的三超聲三波束三都有三一定三的擴散三角。波三束的三擴散三，導三致能三量的三逐漸三分散三，從三而使三單位三面積三的能三量隨三傳播三距離三的增三加而三減弱三。致密三、強三度高的混三凝土三聲衰三減系三數(shù)小三，相三對接三收波三幅大三；強度三低或存在三缺陷混凝三土衰三減系三數(shù)大三，相三對接三收波三幅小三。當三混凝三土質(zhì)量三差或存在三缺陷時接三收到三的聲三信號三中高三頻已損失，頻三率變?nèi)汀Ｎ?、三混凝三土中三的聲三波特三性聲學三原理三中所三討論三的聲三波指三的都三是連三續(xù)的余弦三波，而三實際三上超三聲儀三發(fā)射三換能三器所三發(fā)射三的超三聲波三卻是脈沖三超聲三波。脈沖三超聲三波有以三下特三點：（1三）重三復間三斷發(fā)三射。發(fā)射三換能三器發(fā)三出的三超聲三波不三是連三續(xù)不三斷的三，而三是以三一定三重復三頻率三（1三00三Hz三或5三0H三z）三間斷三地發(fā)三射出三一組三組超三聲脈三沖波三，如三圖1三-1三5所三示。三這就三是所三謂超聲三脈沖三波。三雖然三脈沖三波與三連續(xù)三波不三一樣三，但三是前三面所三推導三的單三一界三面的三反射三率和三透射三率公三式仍三然能三適用三。至三于異三質(zhì)薄三層的三反射三率和三透射三率的三公式三只有三在異三質(zhì)薄三層相三對于三脈沖三寬度三很窄三時（三例如三裂縫三），三脈沖三波相三當于三連續(xù)三波時三，該三式才三適用三。（2三）脈三沖超三聲波三不具三有單三一頻三率而三是所三謂復三頻波三。也就三是說三，這三一組三超聲三波由三許多三不同三頻率三的余三弦波三組成三。當三然，三它也三有其三固有三的主三頻率三，這三就是三換能三器上三的標三稱頻率。這三種復頻三超聲三波在有三頻散三現(xiàn)象三的介三質(zhì)中三傳播三時，三各種三頻率三成分三的波三將以三不同三速度三傳播三，這三就使三得脈三沖波三形將三隨傳三播距三離的三增大三而發(fā)三生畸彎，變?nèi)扇缛龍D1三-1三6所三示，三脈沖三開始三部分三的頻三率比三后面三部分三要高三，后三面愈三來愈三平坦三變寬三。圖1三-1三5超三聲脈三沖波三圖三1-三16三脈沖三傳播三過程三中的三畸變由于三聲波三的衰三減與三頻率三有關三，頻三率越三高衰三減越三大，三因此三在脈三沖超三聲波三傳播三時由三于衰三減將三引起三主頻三率向三低步三側的三漂移三，即三所謂頻漂。第二三部分三檢測三技術超聲三波檢三測混三凝土三缺陷三的基三本原三理超聲三波檢三測混三凝土三灌注三樁完三整性三方法三的適三用范三圍超聲三波檢三測儀三器與三設備采用三超聲三脈沖三檢測三混凝三土缺三陷的三基本三依據(jù)三是，三利用三脈沖三波在三技術三條件三相同三（指三混凝三土的三原材三料、三配合三比、三齡期三和測三試距三離一三致）三的混三凝土三中傳播的時間（或速度）、三接收三波的振幅和頻率等聲三學參三數(shù)的三相對三變化三來判三定混凝三土的三缺陷。一、三超聲三波法三檢測三混凝三土缺三陷的三基本三原理超聲三脈沖三波在三混凝三土中三傳播三速度三的快三慢，三與混三凝土三的密實三度有直三接關三系，三對于三原材三料、三配合三比、三齡期三及測三試距三離一三定的三混凝三土來三說，聲速三高則三混凝三土密三實，相三反則三混凝三土不三密實三。當三有空洞三或裂三縫存在三時，三便破三壞了三混凝三土的三整體三性，三超聲三脈沖三波只三能繞過空洞三或裂三縫傳三播到三接收三換能三器，三因此三傳播三的路程三增大，測三得的聲時必然偏長或聲速三降低。另三外，三由于三空氣三的聲三阻抗三率遠三小于三混凝三土的三聲阻三抗率三，脈三沖波三在混三凝土三中傳三播時三，遇三到蜂窩三、空三洞或裂縫等缺三陷，三便在三缺陷三界面三發(fā)生反射和散射，聲三能被三衰減三，其三中頻三率較三高的三成分三衰減三更快三，因三此接三收信三號的波幅明顯三降低三，頻率明顯三減小三或頻三率譜三中高三頻成三分明三顯減三少。三再者三經(jīng)過三缺陷三反射三或繞三過缺三陷傳三播的三脈沖三波信三號與三直達三波信三號之三間存三在聲三程和三相位三差，三疊加三后互三相干三擾，三致使三接收三信號三的波三形發(fā)三生畸變。根據(jù)三上述三原理三，可三以利三用混三凝土聲學三參數(shù)三測量三值和相對三變化綜合三分析三，判三別其三缺陷三的位置和范圍，或三估算三缺陷三的尺寸。二、三超聲三波檢三測混三凝土三灌注三樁完整三性方三法的三適用三范圍基樁三聲波三透射三法是一三種檢三測混三凝土灌注三樁完三整性的有三效手三段，三它是三利用聲波三的透三射原三理對樁三身混三凝土介質(zhì)三狀況進行三檢測三，因三此僅三適用三于在三灌注三成型三過程三中已三經(jīng)埋三了兩根三或兩三根以三上聲三測管的基三樁。在樁三身預三埋一三定數(shù)三量的聲測三管，通三過水的三耦合，超三聲波三從一三根聲三測管三中發(fā)射，在三另一三根聲三測管三中接收，或三單孔三中發(fā)三射并三接收三，可三以測三出被三測混三凝土三介質(zhì)三的聲學三參數(shù)。由三于超三聲波三在混三凝土三中遇三到缺三陷時三會產(chǎn)三生繞射三、反三射和折射，因三而到三達接三收換三能器三的聲時三、波三幅及主頻發(fā)生三改變?nèi)?。超三聲波三法就三是利三用這三些聲三波特三征參三數(shù)來三判別樁身三的完三整性三。對跨孔三透射三法，當三樁徑三較小三時，三聲測三管間三距也三較小三，其測試三誤差相對三較大三，同三時預三埋聲三測管三可能三引起三附加三的灌三注樁施工三質(zhì)量問題三。因三此，三超聲三波檢三測方三法適三用于三檢測直徑三不小三于8三00三mm的混三凝土三灌注三樁的三完整三性，三它包三括跨孔三透射三法和單孔三折射三法。單三孔折三射波三法是三根據(jù)三上部三結構三對基三樁的三質(zhì)量三要求三，檢三測鉆芯三孔孔三壁周三圍的混三凝土三質(zhì)量三。用超三聲波三法檢三測鉆三孔灌三注樁三完整三性的三優(yōu)點三在于結果三準確三可靠三，不三受樁三長、三樁徑三限制三，無三盲區(qū)（聲三測管三范圍三內(nèi)都三可檢三測）三，可測三樁頂三低強三區(qū)和樁底三沉渣三厚度三，樁三頂不三露出三地面即可三檢測三，方三便施三工，三也可粗略三估測三混凝三土強三度。1、三超聲三波儀超聲三波儀三是混三凝土三灌注三樁缺三陷檢三測的三基本三裝置三。它三的作三用是產(chǎn)生三重復三的電三脈沖三并激三勵發(fā)三射換三能器。發(fā)三射換三能器三發(fā)射三的超三聲波三經(jīng)耦三合進三入混三凝土三，在三混凝三土中三傳播三后被三接收三換能三器接三收并三轉換三為電三信號三，電三信號三送至三超聲三儀，三經(jīng)放三大后三顯示三在示三波屏三上。三自6三0年三代開三始生三產(chǎn)第三一代三電子三管超三聲儀三至今三已發(fā)三展為三第四三代智三能數(shù)三字式三超聲三儀，三見下三表：三、三超聲三波檢三測儀三器與三設備超聲三波儀三的發(fā)三展概三況超聲三波儀三的發(fā)三展概三況表3三.2三-1超聲三波儀三的發(fā)三展概三況表3三.2三-1超聲三檢測三系統(tǒng)三應包三括三三大部三分：三即接收三信號三放大三器，三數(shù)據(jù)三采集三及處三理存三儲器和徑向三振動三換能三器等。三為了三提高三現(xiàn)場三檢測三及室三內(nèi)數(shù)三據(jù)處三理的三工作三效率三，保三證檢三測結三果的三準確三性和三科學三性，三聲波三測試三儀器三必須三具有實時三顯示三波形三、分三析功三能及一發(fā)三雙收三等功三能。聲三波發(fā)三射應三采用三高壓三階躍三脈沖三或矩三形脈三沖，三其電三壓最三大值三不應三小于三10三00V，且三分檔三可調(diào)三。數(shù)三字式三超聲三波儀三的基三本工三作原三理框三圖見三圖2三-1三所示三。圖2三-1三數(shù)字三式超三聲儀三的基三本原三理超聲三波儀三除了產(chǎn)生三、接三收、三顯示超聲三波外三，還三必須三量測三超聲三波的三有關三參數(shù)三，如聲傳三播時三間、三接收三波振三幅、三頻率等。三其接三收放三大器三與數(shù)三據(jù)采三集器三的主三要技三術指三標要三求如三下：(1三)儀三器接三收放三大器三頻率三響應三范圍三（頻三帶）三應有足夠三寬度，一三般為三5～三20三0kH三z，其三下限三不宜三降低三，否三則不三利于三濾去三因換三能器三絕緣三性能三降低三而產(chǎn)三生的三低頻三信號三，造三成自三動判三讀時三丟波三和錯三判現(xiàn)三象。三增益三不應三小于三10三0dB，放三大器三的噪三聲有三效值三不大三于三2μs，波三幅測三量范三圍不三小于三8三0dB，測三量誤三差小三于1dB。(2三)三為滿三足最三大測三距的三要求三，儀三器的三計時三顯示三范圍三應大三于2三00三0μs，保三證有三足夠三的掃三描延三遲時三間及三聲時三顯示三位數(shù)三，并三應具三有良三好的三穩(wěn)定三性，三聲時三顯示三調(diào)節(jié)三在2三0～三30μs范圍三內(nèi)，三2小三時內(nèi)三聲時三顯示三的漂三移應三不大三于±三0.三2μs，且三不允三許發(fā)三生間三隔跳三動。(3三)儀器三應有三較好三的接三收靈三敏度三（即三對微三弱信三號的三接收三分辨三能力三）。三一般三要求三接收三靈敏三度≤三50μν，該三參數(shù)三取決三于儀三器的三放大三能力三和信三噪比三水平三，提三高靈三敏度三可以三加大三穿透三距離三，提三高對三微弱三信號三的識三別能三力。三為滿三足混三凝土三試件三聲速三測量三精度三的要三求，三測時三最小三分辨三度為三0.三5μν，計三時誤三差不三大于三2％三。(4三)三采集三器模三數(shù)轉三換精三度不三應低三于8bi三t，采三樣頻三率不三應小三于1三0MH三z，最三大采三樣長三度不三應小三于3三2kB。(5三)三儀器三宜具三有示三波屏三顯示三波形三和游三標測三讀功三能，三以便三較準三確的三測讀三聲時三、振三幅及三頻率三等參數(shù)三。若三采用三整形三自動三測讀三時，三檢測三混凝三土測三距不三宜超三過l三m（三以軟三件判三別方三法自三動測三讀的三智能三超聲三儀除三外）三。(6三)三為了三提高三現(xiàn)場三測試三效率三，儀三器應三有自三動測三讀、三信號三采集三、存三儲和三處理三系統(tǒng)三，適三于一三般現(xiàn)三場測三試情三況下三的溫三度、三電源三變化三條件三。常用三換能三器按三波型三不同三分為縱波三換能三器與橫波三換能三器，分三別用三于縱三波與三橫波三的測三量。三目前三，一三般檢三測中三所用三的多三是縱波三換能三器。以三發(fā)射三和接三收縱三波為三目的三的換三能器三，又三分為平面三換能三器、三徑向三換能三器以及一發(fā)三多收三技能三器，見三圖2三-2三。2、三徑向三振動三換能三器圖三2-三2三換三能器三的分三類換能三器的三種類三需根三據(jù)被三測結三構物三的測三試要三求和三測試三條件三確定三。測三樁所三用的三換能三器應三是柱三狀徑三向換三能器三，其三主頻三宜為三25三～5三0k三HZ三，長三度宜三為2三0c三m。三收、三發(fā)換三能器三的導三線均三應有三長度三標注三，其三標注三允許三偏差不應三大于三10三mm。為三提高三接收三換能三器的三靈敏三度，三可在三換能三器中三安裝前置三放大三器。前三置放三大器三的頻三帶寬三度宜三為5三～5三0k三Hz三。由三于換三能器三在深三水中三工作三，其三水密三性應三滿足三在1M三Pa三水壓下不三漏水三。換能三器頻三率的三選擇三需綜三合考三慮測距三、聲三波的三衰減三程度三、測三試精三度等。三測距三越大三，衰三減越三大，三選用三換能三器的頻率三越低；混三凝土三質(zhì)量三越差三，強三度越三低，三齡期三越短三，對三聲波三的衰三減越三大，三使用頻率三越低；在三滿足首波三幅度三測讀三精度的條三件下三，宜三選用三較高三頻率三換能三器。三對于三一般三的正三?；烊寥瑩Q三能器三頻率三選擇三可參三見表三2-三2。表2三-2三換能三器的三分類單孔三檢測三采用一發(fā)三雙收三一體三型換三能器，其三發(fā)射三換能三器至三接收三換能三器的三最近三距離三不應三小于30三0m三m，兩三接收三換能三器的三間距三宜為20三0m三m。3、三聲測三管聲測三管是三進行三超聲三脈沖三法檢三測時三換能三器進三入樁三體的三通道三。它三是灌三注樁三超聲三脈沖三檢測三系統(tǒng)三的重三要組三成部三分。三它在三樁內(nèi)三的預三埋方三式及三其在三樁的三橫截三面上三的布三置形三式，三將直三接影三響檢三測結三果。三因此三，需三檢測三的樁三應在三設計三時將三聲測三管的三布置三和埋三置方三式標三入圖三紙，三在施三工時應嚴三格控三制埋三置的三質(zhì)量，以三確保三檢測三工作三順利三進行三。（1三）聲三測管三的選三擇，三以透聲三率較三大、三便于三安裝三及費三用較三低為原三則。三考慮三到公三路基三樁大三多數(shù)三是大三樁、三長樁三，加三上混三凝土三的水三化熱三作用三及鋼三筋籠三安放三和混三凝土澆三注過三程中三存在三較大三的作三用力三，容三易造三成檢測三管變形三、斷三裂，從三而影三響檢三測工三作的三順利三進行三。因三此，三聲測三管應三采用強度三較高三的金三屬管。（2三）聲三測管三常用三的內(nèi)三徑規(guī)三格是50三～6三0m三m。為三了便三于換三能器三在管三中上三下移三動，三聲測三管的三內(nèi)徑三通常三比徑三向換三能器三的外三徑大1三0m三m；當三對換三能器三加設三定位三器時三，聲三測管三內(nèi)徑三應比三換能三器外三徑大2三0m三m。（3三）在三聲波三透射三法檢三測中三，超聲三波特三征值僅與三收、三發(fā)檢三測管三間連三線兩三邊窄三帶區(qū)三域三（聲三測剖三面）三的混凝三土質(zhì)三量密切三相關三。當三灌注三樁的三直徑三增大三時，三每組三聲測三管間三超聲三波的三混凝三土檢測三范圍三占樁三截面三積比三例減三小，不三能反三映樁三身截三面混三凝土三的整三體質(zhì)三量狀三況，三因此三，聲三測管三的數(shù)三量及三布置三方法三決定三了樁三身混三凝土三實際的三檢測三面積三和檢三測范三圍，三對直三徑大的三樁必三須增三加聲三測管三的數(shù)三量。三一般三樁徑三小于三80三0m三m時三，沿三直徑三布置三兩根三聲測三管，三構成一個三聲測三剖面；樁三徑為三8三00三～1三50三0m三m時三，應三按等三邊三三角形三均勻三布置三三根三聲測三管，三構成三個三聲測三剖面；樁三徑大三于1三50三0m三m時三，應三按正三方形三均勻三布置三四根三聲測三管，三構成六個三聲測三剖面，如三圖2三-3三圖中三的陰三影區(qū)三為檢三測的三控制三面積三。圖三2-三3三聲三測管三布置三方式（4三）由三于聲三測管三間距三隨深三度的三變化三難以三確定三，各三深度三處的三聲速三只能三采用三樁頂三二根三聲測三管的三距離三來計三算，三因此三，為三減少三偏差三必須三將聲三測管三牢固三焊接三或綁三扎在三鋼筋三籠的三內(nèi)側三，并三在相三鄰聲三測管三之間三焊接等長三水平三撐桿，保三持管三與管三之前三互相三平行三且定三位準三確。三為避三免產(chǎn)三生漏三漿、三漏水三和因三焊渣三造成三管內(nèi)三堵塞三問題三，聲三測管三不應三采用三對焊三方法三連接三，而三應采三用螺紋三連接，聲三測管三埋設三至樁底三并封三閉，管三口高三出樁三頂面三30三0m三m以三上并加蓋。（5三）根三據(jù)公三路工三程的三特點三和便三于了三解樁三身缺三陷存三在的三方位三，聲三測管三埋設三時宜三將其三中一三根對準三線路三前行三方向。以三路線三前進三方向三的頂三點為三起始三點，按順三時針三旋轉三方向三進行三編號三和分三組，三每二三根編三為一三組。第三三部分三測三試方三法測試三方法檢測三數(shù)據(jù)三分析三與評三定樁身三混凝三土質(zhì)三量評三價檢測三報告1、三檢測三前的三準備（1三）在三檢測三前應三進行三現(xiàn)場三調(diào)查三，多三方面三收集三基樁三的技三術資三料，三如工三程地質(zhì)三資料三、基三樁設三計圖三紙和施工三記錄三、監(jiān)三理日三志等，三了解施工三工藝及施三工過三程中三出現(xiàn)三的異常三情況，這三對判三定異三常信三號產(chǎn)三生的三真實三原因三十分三有益三。同三時還三應根三據(jù)調(diào)三查結三果和三檢測三的目三的，三制定三相應三的檢測三方案。檢三測方三案包三括：工程三概況三，目三的與三任務三，方三法與三技術三，儀三器設三備，三檢測三場地三要求三，檢三測人三員和三時間三安排三，檢三測報三告等。一、三測試三方法（2三）檢三測的三時間三應滿三足混凝三土強三度齡三期的要三求。三為保三證檢三測結三果的三可靠三性，三同時三考慮三到混三凝土三在齡三期1三4天三后的三超聲三波波三速等三特性三參數(shù)三變化三已經(jīng)三趨于三平緩三，一三般要三求超三聲波三檢測混凝三土灌三注樁三的齡三期應三大于三14三天。（3三）檢三測前三應沖三洗聲三測管三，以三保證三換能三器在三全程三范圍三內(nèi)升降三順暢。聲三測管三內(nèi)灌滿三清水做為三偶合三劑，三因聲三測管三中的三渾濁三水將三明顯三甚至三嚴重三加大三聲波三衰減三和延三長傳三播時三間，三給聲三波檢三測結三果帶三來誤三差。三對利三用取三芯孔三進行三單孔三超聲三波混三凝土三質(zhì)量三檢測三，在三檢測三前也三應進三行孔內(nèi)三清洗，取三芯孔三的垂三直度三誤差不應三大于三0.三5％。（4三）標定超聲三波檢三測儀三從發(fā)三射至三接收三儀器三系統(tǒng)三產(chǎn)生三的系統(tǒng)三延遲三時間三t0。將三發(fā)、三收換三能器三平行三置于三清水三中的三同一三高度三，其三中心三間距三從4三00三mm三左右三開始三逐次三加大三兩換三能器三之間三的距三離，三同時三定幅三測量三與之三相應三的聲三時，三再分三別以三縱、三橫軸三表示三間距三和聲三時作三圖，在聲三時橫三軸上三的截三距即三為t0。為三保證三測試三精度三，兩三換能三器間三距的三測量三誤差三不應三大于三0.三5％三，測三量點三不應三少于三5個三點。（5三）用三直徑三明顯三大于三換能三器的三圓鋼三疏通三聲測三管，三并記三錄深三度，三準確三量測聲測三管的三內(nèi)、三外徑三和兩三相鄰三聲測三管外三壁間的距三離，三量測三精度三為±三1m三m。2、三測試三裝置三形式灌注三樁的三測試三裝置三形式三主要三有：1）水平三同步三平測，一三對換三能器三分別三置于三兩個三對應三聲測三管中三，位三于同一三高度進行三測試三；2）等差三同步三斜測，一三對換三能器三分別三置于三兩個三對應三聲測三管中三，但三不在三同一三高度三，保持三一定三高程三差進行三測試三；3）扇形三掃測，一三對換三能器三分別三置于三兩個三對應三聲測三管中三，保三持一三個換三能器三高度位置三固定，另三一個三換能三器以一定三的高三程差三上下三移動進行三測試三，如三圖3三-1三。圖三3-三1三測三試裝三置示三意3、三檢測三方法（1三）徑向三換能三器在三水平三方向三具有三一定三的指三向性三，為三了保三證測三點間三聲場三對樁三身混三凝土三的覆三蓋面三，防三止缺三陷的三漏檢三，上、三下相三鄰兩三測點三的間三距宜三為2三50三mm三。測試三時，三發(fā)射三與接三收換三能器三以相三同標三高同步三升降，測三試中三，對三收、三發(fā)換三能器三所在三的深三度隨三時校三準，三其累三計相對三高程三誤差三控制三在2三0m三m以三內(nèi)，避三免由三于過三大的三相對三高程三誤差三而產(chǎn)三生較三大的三測試三誤差三。（2三）聲三波透三射法三檢測三混凝三土灌三注樁三質(zhì)量三中，聲時和波幅是兩三個重三要指三標，三其中三波幅三對混三凝土三內(nèi)部三缺陷三的反三應往三往比三聲時三更具敏感三性。在三實際三檢測三中，波幅三是一三個相三對量，而三聲時三又是三根據(jù)三波形三的起跳三點來三確定的。三因此三，為三了使三不同三位置三處的三檢測三數(shù)據(jù)三具有三可比三性和三應用三價值三，在三同一三根樁三的檢三測過三程中三，聲三波發(fā)三射電壓三和放三大器三增益等參三數(shù)應保持三不變，并三進行等幅三測試。（3三）對三聲時三值和三波幅三值的可疑三點應三進行三復測。對三于聲三時值三和波三幅值三出現(xiàn)三異常三的部三位，三應采三用水平三加密三、等三差同三步或扇形三掃測等方三法進三行細測，結三合波三形分三析確三定樁三身混凝三土缺三陷的三位置三及其三嚴重三程度。其三中水三平加三密細三測是三基本三方法三，而三等差三同步三和扇三形掃三測主三要用三于確三定缺三陷位三置和三大小三，其三發(fā)、三收換三能器三連線三的水三平夾三角一三般為30三°～三40三°。（4三）常三規(guī)超三聲波三測試三方法三可以三得到三灌注三樁沿三樁長三方向三的粗三略質(zhì)三量分三布情三況。CT三層析三成像三技術配有三專門三的分三析軟三件，三適宜三于對三局部三可疑三區(qū)域三或重三要結三構進三行重三點加三密細三測，三并可三對樁三身缺三陷進三行定量三分析，其三方法三測試三流程三圖見三圖3三-2。（5三）同三一根三樁中三有三三根以三上聲三測管三時，三以每三兩個三管為三一個三測試三剖面三分別三測試三。并三在測三試過三程中保持三測試三系統(tǒng)三狀態(tài)三參數(shù)三不變。圖三3-三2三混三凝土三灌注三樁的三測試三流程目前三樁身三混凝三土缺三陷判三別主三要依三據(jù)于實測三聲速三、波三幅及其三隨深三度的變化三曲線并根三據(jù)聲速三判據(jù)三、波三幅判三據(jù)和PS三D判三據(jù)綜合三分析三樁身三質(zhì)量三及混三凝土缺陷三程度。二、三檢測三數(shù)據(jù)三分析三與評三定1、三判斷三樁內(nèi)三缺陷三的基三本物三理量在鉆三孔灌三注樁三的檢三測中三所依三據(jù)的三基本三物理三量有三以下三四個三：（1三）聲三速：超聲三波在三混凝三土中三傳波三的速三度。三當超三聲波三在傳三播過三程中三遇到三混凝三土缺三陷時三將產(chǎn)三生繞射，此三時超三聲波三在混三凝土三中傳三播的時間三加長，計三算出三的聲速三也降三低。一三般來三說聲三速指三標比較三穩(wěn)定三，重三復性三好，數(shù)三據(jù)有三可比三性，三但對三樁身三缺陷三反應不夠三敏感。（2三）波三幅：超聲三波在三缺陷三界面三產(chǎn)生反射三、散三射，三能量三衰減三，波三幅降三低。采三用波三幅指三標進三行缺三陷判三斷時三，要三求波三幅值三有可比三性。即三儀器三、換三能器三、信三號線三等測三試系三統(tǒng)不三變，三發(fā)射三電壓三、采三樣頻三率等三測試三參數(shù)三不變?nèi)?，測三距相三同，三測試三角度三相同三，這三樣的三測試三數(shù)值三才有三可比三性。三波幅三變化三受表三面耦三合狀三態(tài)的三影響三較大三，因三此應三保持三傳感三器與三混凝三土灌三注樁三之間三有良好三的耦三合狀三態(tài)。波三幅變?nèi)瘜θ龢渡砣毕萑姆慈龖捅容^三很敏三感。（3三）主三頻（三或頻三譜）三：超聲三脈沖三是復三頻波三，具三有多三種頻三率成三分，三當它三穿過三混凝三土后三，各三頻率三成分三在遇三到缺三陷時三衰減三程度三不同三，高三頻部三分比三低頻三部分三衰減三嚴重三，因三而使三接收三信號三的主三頻率三向低三頻端三漂移三（頻三移）三。（4三）波三形畸三變：由于三超聲三脈沖三在缺三陷界三面反三射和三折射三，形三成波三線不三同的三波束三，這三些波三束由三于傳播三路徑不同三，或三由于三界面三上產(chǎn)三生波型三轉換而形三成橫三波等三原因三，使三得到三達接三收換三能器三的時三間不三同，三因而使接三收波三成為三許多三同相三位或三不同三相位三波束三的疊三加波三，導三致波三形畸三變。實三踐證三明，三凡超三聲波三在傳三播過三程中三遇到三缺陷三，其三接收三波形三往往三產(chǎn)生三畸變?nèi)?、三聲時三修正三值的三計算當聲三波從三某一三聲測三管傳三播至三另一三聲測三管時三，將三通過三耦合三的水和金屬三聲測三管，因三此必三須進三行聲時三修正。其三聲時三修正三的計三算公三式：(3三.1三)式中三：t‘——聲時三修正三值（三μs三）；D——三聲測三管外三徑（三mm三）；d'—三—聲三測管三內(nèi)徑三（m三m）三；d'——三換能三器外三徑（三mm三）；νt——三預埋三聲測三管的三聲速三值（三km三/s三）；νw——三水的三聲速三值（三km三／s三）。對鋼三質(zhì)聲三測管三，波三速一三般可三取58三00三m／三s；三20三°C時水三的聲三速可三取14三80三m/三s。3、