声波透射法检测分析

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1、1概述超声波（简称声波）透射法测试是弹性波测试方法的一种，其理论基础建立在固体介质中弹性波的传播理论上，以人工激振的方法向介质（岩石、岩体、混凝土构筑物）发射声波，在一定的空间距离上接收介质物理物性调制的声波，通过观测和分析声波在不同介质中的传播速度、振幅、频率等声学参数，解决i系列岩土工程中的有关问题。某高速公路桥梁的基桩验收过程中，全部某桩都采用超声波进行桩身质量检测，评价桩身介质的完整性。笔者长期从事检测工作，对声波透射法检测桥基桩质量的测试方法和判别规定进行了分析、研究，积累了一些工程经验。2测试原理声波在桩体桧中的传播

2、特性反映了栓材料的结构、密度及应力应变关系。根据波动理论，知跨孔对穿测试其弹性波的波速可近似为:-FjuXl-Zju)(1)式中：E—介质的动态弹性模量；P—密度；卩一泊桑比。声波在桩体碗中的传播参数（声时、声速、波幅、频率等）与混凝土介质的物理丿J学指标（动弹模、密度、强度等）Z间的相联关系就是声波透射法检测的理论依据。当混凝土介质的构成材料、均匀度、养护方法、施T-条件等因素基本一致时，声波在桩体传播中运动学特征和动力学特征一致；反之在施工中由于塌孔、离析、夹泥等现象出现,声波在传播中，必将在运动学特征和动力学特征上发牛变化

3、。3测试方法某高速公路的小小桥一般采用l・2n）的桩径，大桥特大桥一般采用1.5m的桩径，哄至2.Om以上的桩径。施工时，在桩体屮预埋3根孔径50mm的钢管做声测管，预埋管绑扎在钢筋笼的内测，且沿棊桩平行设置，管底密封，管内注满清水。桩棊混凝土养护期超过7天，方可进行跨孔对穿测试。检测前将三根测管按顺序进行编号（A、B、C）,得到A—B、A-C、B-C三条测线（也称为剖面），量测两测管屮心之间的距离，然后分别对A—B、A—C、B—C剖面进行同高程对测。测试时由上而下,每次测距40mm,当发现桩体异常时,测距加密为10mm测读一次

4、。声波透射测试方法有平测法、斜测法和扇面测法三种，一般采用平测和斜测两种方法（见图1）O平测法是将发射和接收两换能器始终保持在同一标高上，进行测试，通过平测可知道缺陷在垂直方向上的区域大小和严重程度，但不能确定缺陷在水平方向上的人概部位。斜测法是发射和接收两个换能器不在同一标高上，进行测试。在斜测过程中，采用固定的相差高程（即高差同步），几同一剖面进行两次单独的测试。一•般來说高程相差越大,越能缩小缺陷在水平方面的范围，但是高程相差越大，测试信号就越弱，各种干扰信号就越强，就越容易形成误判。所以测试时在保证信号较好的悄况下，可适

5、当增人两换能器间的高程差。斜测法常作为平测法的补充测试方法，一个测线一般需测两次，即第一次发射换能器比接收换能器标高高，第二次使发射换能器比接收换能器标高低。但高差绝对值保持一致。通过斜测，可以缩小缺陷在水平方向上的范围。扇形测法即固定某一固定换能器，将另一换能器等间距移动，两换能器高程差不停变换,形能一扇面。该方法比斜测法操作复杂且数据处理较麻烦，只针对可能有较严重缺陷的桩采用这一测试方法。声波透射测试方法具有能判断缺陷在垂直方向上具体部位、在水平方向上的大致范围等优点，是反射波法，钻孔取芯无法比拟的，但不足Z处在于：①对竖向

6、缺陷范I韦【比水平方向缺陷范I韦I容易更准确的确定。②采用平测法时，容易将水平向（如桩横截面方向）较大而竖向（如沿桩身方向）很小的缺陷给漏掉。①存在一定范围的测试盲区，即只能测出声测管之间一定范围内栓是否有缺陷，不能准确测出桩身整个断而是否有缺陷。例如桩中心是否有较小缺陷，桩周是否有局部缩径、扩颈等缺陷。（a）平测法（b）斜测法（第1次）（c）斜测法（第2次）（d）缺陷分析图1声波透射测试方法4测试数据处理及缺陷判定测试数据的分析处理及缺陷判定严格按照《中华人民共和国行业标准基桩低应变动力检测规程（JGJ/T93-95）》的相关

7、规定进行,即根据声时曲线、3"曲线和声幅曲线等三条曲线來判定缺陷的部位和大小。声波波形能直观反映某测点絵是否有缺陷。用反射波法评价基桩完整性时，可按波形好坏宜接判断某桩是否有缺陷，是否有严璽的缺陷。同理，在声波透射法检测过程中，检测人员检测时而对■单一测点的波形，而后根据波形才确定声时值和声幅值，若桩基碇是均质的，声波波形有两头小、中间人、同频率（如图2所示）等特征，若声波经过缺陷,声波波形就会明显变化，当缺陷特别严重时表现在波形上为声幅很低、首波不易确认，频率变小且同一波形屮冇不同频率成分，比较容易直接判断（如图3）•、一VV

8、图3缺陷波波形图图2完好波标准波形在检测时，声时、声幅和波形三种1111线常出现后面三种情况：（1）某一测点声时超判据，而声幅未超判据，且波形完好时；（2）声时未超判据，声幅超判据，波形除首波外其它正常（3）声时未超判据，声幅未超判据，波形不正常（整个波形幅值较