钻孔灌注桩超声波检测

钻孔灌注桩超声波检测

成孔质量检测培训二〇一四年十一月课程内容：超声波透射法检测成孔（成槽）质量检测第一章声波透射法检测1.1声波的基本知识：波动是物质的一种运动形式，波动可分为两大类：一类是机械波，它由于机械振动在弹性介质中引起的波动过程。例如；水波、声波、超声波等；另一类是电磁波，它是由于电磁振荡所产生的变化电场和变化磁场在空间的转播过程，例如无线电波、红外线、紫外线、可见光、雷达波等。振动：质点运动的往复机械运动，周期性，持续性，内源性。（震动：非周期性，瞬时性，外源性）钻孔灌注桩超声波检测成孔质量检测培训一、超声波的基本知识及基本参数第二章声波透射法检测1.1声波的基本知识：纵波（P波）：介质中质点振动方向与波传播方向一致，即介质受拉伸压缩的交变应力。固体、液体、气体具有容变弹性，所以纵波能在固、液、汽介质中传播。横波（S波）：质质点的振动方向与波的传播方向相垂直，横波使介质产生剪切变形，液体、气体无一定形状。形变时不产生切变应力。故液、气中不能传播横向。表面波（R波）：固体介质表面受交变涨力，使介质表面发生相应的纵向和横向合成振动，围绕平衡位置作椭圆振动，表面波只能在固体中传播。钻孔灌注桩超声波检测成孔质量检测培训一、超声波的基本知识及基本参数第二章声波透射法检测1.1声波的基本知识：1. 纵波：质点运动方向平行与波的传播方向。钻孔灌注桩超声波检测成孔质量检测培训一、超声波的基本知识及基本参数第二章声波透射法检测1.1声波的基本知识：2.横波：质点运动方向垂直于波的传播方向。钻孔灌注桩超声波检测成孔质量检测培训一、超声波的基本知识及基本参数第二章声波透射法检测1.1声波的基本知识：3.表面波：固体介质表面受到交替变化的表面张力作用，介质表面质点发生相应的纵向振动和横向振动，结果使质点做这两种振动的合成运动，即绕其平衡位置作椭圆运动，该质点的运动又波及相邻质点，而在介质表面传播，这种波称为表面波，又称R波。表面波传播时，运动又质点振动的振幅随深度的增加迅速减少，当深度超过2倍的波长时，振幅已很小了。可认为仅存于固体介质表面二倍波长深度之内。钻孔灌注桩超声波检测成孔质量检测培训一、超声波的基本知识及基本参数第二章声波透射法检测1.1声波的基本知识：目前超声脉冲技术中广泛应用的是纵波，如：综合法测强、测缺（不密实区、裂缝深度、结合面质量、匀质性、损伤层厚度等）、基桩完整性检测，岩土工程单孔或跨孔纵波波速测试。声波是在介质中传播的机械波，依据波动频率的不同，声波可分为次声波、可闻声波、超声波、特超声波。如下表所示。钻孔灌注桩超声波检测成孔质量检测培训一、超声波的基本知识及基本参数名称频率范围次声波0～2×101Hz可闻声波2×101～2×104Hz超声波2×104～1010Hz特超声波>1010Hz

用于混凝土声波透射法检测的声波主频率一般为20KHz～200KHz。声波是在介质中传播的机械波第二章声声波透透射法检检测1.2声波的基基本参数数声波的四四个基本本物理量量：周期期T、频率f、声速C、波幅A、波长λ。周期T：质点完完成依次次完整的的振动所所需的时时间；频率f：单位时时间内完完成质点点振动的的次数；；波长λ：一个周周期内声声波在介介质中的的传播距距离；声速C：声波在在介质中中的传播播速度；；波幅A：声波的的振幅，，用仪器器读取的的电压值值换算成成分贝数数来表示示波幅的的大小。。钻孔灌注注桩超声声波检测测成孔质质量检测测培训一、超声声波的基基本知识识及基本本参数第二章声声波透透射法检检测1.2声波的基基本参数数声波的周周期与频频率取决决于振源源（换能能器）；；T=1/fλ=v×T=v/f钻孔灌注注桩超声声波检测测成孔质质量检测测培训一、超声声波的基基本知识识及基本本参数第二章声声波透透射法检检测1.1检测原理理超声脉冲冲波在混混凝土中中传播速速度的快快慢，与与混凝土土的密实实度有直直接关系系，声速速高则混混凝土密密实，相相反则混混凝土不不密实。。当有空洞洞或裂缝缝存在时时，便破破坏了混混凝土的的整体性性，超声声脉冲波波只能绕绕过空洞洞或裂缝缝传播到到接收换换能器，，因此传传播的路路程增大大，测得得的声时时必然偏偏长或声声速降低低。另外外，由于于空气的的声阻抗抗率远小小于混凝凝土的声声阻抗率率，脉冲冲波在混混凝土中中传播时时，遇到到蜂窝、、空洞或或裂缝等等缺陷，，便在缺缺陷界面面发生反反射和散散射，声声能被衰衰减，其其中频率率较高的的成分衰衰减更快快，因此此接收信信号的波波幅明显显降低，，频率明明显减小小或频率率谱中高高频成分分明显减减少。再再者经过过缺陷反反射或绕绕过缺陷陷传播的的脉冲波波信号与与直达波波信号之之间存在在声程和和相位差差，叠加加后互相相干扰，，致使接接收信号号的波形形发生畸畸变。钻孔灌灌注桩桩超声声波检检测成成孔质质量检检测培培训二、超超声波波检测测第二章章声声波透透射法法检测测1.2检测方方法（桩内内跨孔孔透射射法）此法是一一种成成熟可可靠的的方法法，是是超声声波透透射法法检测测桩身身质量量的最最主要要形式式，其其方法法是在在桩内内预埋埋两根根或两两根以以上的的声测测管，，在管管中注注满清清水，，把发发射、、接收收换能能器分分别置置于两两管道道中。。检测测时超超声波波由发发射换换能器器出发发穿透透两管管间混混凝土土后被被接收收换能能器接接收，，实际际有效效检测测范围围为声声波脉脉冲从从发射射换能能器到到接收收换能能器所所扫过过的面面积。。根据据不同同的情情况，，采用用一种种或多多种测测试方方法，，采集集声学学参数数，根根据波波形的的变化化，来来判定定桩身身混凝凝土强强度，，判断断桩身身混凝凝土质质量，，跨孔孔法检检测根根据两两换能能器相相对高高程的的变化化，又又可分分为平平测、、斜测测、交交叉斜斜测、、扇形形扫描描测等等方式式，在在检测测时视视实际际需要要灵活活运用用。钻孔灌灌注桩桩超声声波检检测成成孔质质量检检测培培训二、超超声波波检测测第二章章声声波透透射法法检测测1.2检测方方法平测法：：桩长≤≤30m，宜采采用200测点间间距，，桩长长＞30m，宜采采用250mm点距，，发射射及接接受换换能器器以相相同的的标高高同步步升降降，完完成整整桩长长度范范围内内的测测量。钻孔灌灌注桩桩超声声波检检测成成孔质质量检检测培培训二、超超声波波检测测说明：：1—声测管管2—发射换换能器器3—接收换换能器器4—声波检检测仪仪第二章章声声波透透射法法检测测1.2检测方方法斜测：：将发射射换能能器和和接受受换能能器置置于不不同高高度上上同步步提升升，分分析两两次测测试的的声学学参数数异常常的测测线，，来进进一步步更精精确的的确定定缺陷陷范围围。两两探头头的水水平夹夹角一一般控控制在在30°～40°°。钻孔灌灌注桩桩超声声波检检测成成孔质质量检检测培培训二、超超声波波检测测第二章章声声波透透射法法检测测1.2检测方方法扇形扫测：：一只换换能器器固定定在某某高程程不动动，另另一只只换能能器逐逐点移移动，，测线线呈扇扇形分分布。。要注注意的的是，，扇形形测量量中各各测点点测距距是各各不相相同的的，虽虽然波波速可可以换换算，，相互互比较较，但但振幅幅测值值却没没有相相互可可比性性（波波幅除除与测测距有有关，，还与与方位位角有有关，，且不不是线线性变变化）），只只能根根据相相邻测测点测测值的的突变变来发发现测测线是是否遇遇到缺缺陷。。钻孔灌灌注桩桩超声声波检检测成成孔质质量检检测培培训二、超超声波波检测测第二章章声声波透透射法法检测测1.3检测仪仪器及及换能能器要要求（（略））见DGJ08-218-20039.2章节1.4监测数数量规规定：：1）建筑筑工程程：根根据实实际工工程量量确定定，若若有监监测要要求，，检测测数量量不宜宜少于于总桩桩数的的10%；2）市政政、公公路工工程：：重要要工程程检测测数量量不应应少于于50%。3）DGJ08-11-2010中要求求：对对大直直径水水上灌灌注桩桩、桩桩端后后注浆浆灌注注桩，，采用用声波波投射射法检检测数数量不不宜少少于总总桩数数的20%钻孔灌灌注桩桩超声声波检检测成成孔质质量检检测培培训二、超超声波波检测测第二章章声声波透透射法法检测测1.5声测管管的埋设要求：对灌注注桩，，当桩桩径≤≤800mm时，对对称埋埋设两两根管管，当当800mm﹤桩径≤≤2000mm时，按按等边边三角角形埋埋设三三跟管管，当当桩径径﹥2000mm时按正正方形形埋设设四跟跟管。。对地地下连连续墙墙，沿沿墙身身厚度方向对对称埋埋设两两根管管。钻孔灌灌注桩桩超声声波检检测成成孔质质量检检测培培训二、超超声波波检测测第二章章声声波透透射法法检测测1.5声测管管的埋埋深要要求：：声测管管宜采采用金金属管管，其其内径径宜比比换能能器外外径大大15mm以上，，采用用螺纹纹外套套管连连接，，应保保证不不漏水水。应应保证证成桩桩之后后相互互平行行。下下端埋埋设至至桩端端或槽槽底。。用作声测测管的的管材材一般般都不不长（（钢管管为6m长一根根）当当受检检桩较较长时时，需需把管管材一一段一一段地地联结结，接接口必必须满满足下下列要要求：：有足够的强强度和刚度度，保证声声测管不致致因受力而而弯折、脱脱开；有足足够的水密密性，在较较高的静水水压力下，，不漏浆；；接口内壁壁保持平整整通畅，不不应有焊渣渣、毛刺等等凸出物，，以免妨碍碍接头的上上、下移动动。通常有有两种联结结方式：螺螺纹联结和和套筒联结结。钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测第二章声声波透射法法检测1.5声测管的埋埋深要求：：钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测第二章声声波透射法法检测1.5声测管的埋埋深要求：：声测管一般般用焊接或或绑扎的方方式固定在在钢筋笼内内侧，在成成孔后，灌灌注混凝土土之前随钢钢筋笼一起起放置于桩桩孔中，声声测管应应一直埋到到桩底，声声测管底部部应密封，，如果受检检桩不是通通长配筋，，则在无钢钢筋笼处的的声测管间间应设加强强箍，以保保证声测管管的平行度度。安装完毕后后，声测管管的上端应应用螺纹盖盖或木塞封封口，以免免落入异物物，阻塞管管道。声测管的连连接和埋设设质量是保保证现场检检测工作顺顺利进行的的关键，也也是决定检检测数据的的可靠性以以及试验成成败的关键键环节，应应引起高度度重视。钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测第二章声声波透射法法检测1.6现场检测：：1）了解有有关技术资资料及施工工资料；2）打开声测测管塞子，，向管内注注满清水；；3）检查声测测管的畅通通情况及实实际深度；；4）量测声测测管的净距距；钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测第二章声声波透射法法检测1.6现场检测：：5）测量声时时初读数t00A仪器系统延延迟：仪器系统延延迟的原因因：电延迟时间:发出触发电电脉冲并开开始计时的的瞬间到电电脉冲开始始作用到压压电体的时时刻,电路的触发发、转换。。电声转换时间：：电脉冲加加到压电体体瞬间到产产生振动发发出声波瞬瞬间有电声声转换的延延迟。钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测第二章声声波透射法法检测1.6现场检测：：5）测量声时时初读数t00A仪器系统延延迟：仪器系统延延迟的原因因：电延迟时间:发出触发电电脉冲并开开始计时的的瞬间到电电脉冲开始始作用到压压电体的时时刻,电路的触发发、转换。。电声转换时间：：电脉冲加加到压电体体瞬间到产产生振动发发出声波瞬瞬间有电声声转换的延延迟。声延迟：声波波要通过换换能器壳体体或辐射体体。钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测第二章声声波透射法法检测1.6现场检测：：5）测量声时时初读数t00A仪器系统延延迟：径向发射探探头的值值可按下列列方法测量量：将两个径向向振动式换换能器置于于静止的清清水中，使使两换能器器轴线平行行，并置于于同一水平平高度，将将两换能器器内侧边缘缘间距先后后调节在L1(如200mm)，L2(如100mm)，分别读取取相应声时时值t1、t2。则该系统统的声时初初读数t0可按下式计计算：t0=（L1*t2-L2*t1）/(L1-L2)钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测第二章声声波透射法法检测1.6现场检测：：5）测量声时时初读数t00B检测前的测测量声时初初读数t00测定：DGJ08-218-20039.3.5条规定，检检测前测量量声时初读读数t00钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训测定方法：：t00=t0+（d1-d2）/Cg+（d2-d）/Cw式中：t0---仪器设备的的声时初读读数（us）d---径向振动式式换能器直直径（mm）d1---预埋声测管管的外径（（mm）d2---预埋声测管管的内径（（mm）Cw—水的声速（（km/s）,按水温关系系表取值。。Cg---预埋声测管管所用材料料的声速（（km/s），钢管取取5.90（km/s）注意：两根根声测管规规格不同的的情况。B检测前的测测量声时初初读数t00测定：DGJ08-218-20039.3.5条规定，检检测前测量量声时初读读数t00第二章声声波透射法法检测1.6现场检测：：5）测量声时时初读数t00B检测前的测测量声时初初读数t00测定：水温与水声波速速关系表钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测水温度（℃）51015202530水声速（km/s）1.451.461.471.481.491.50第二章声声波透射法法检测1.6现场检测：：6）选择合适的换能能器（桩径径小于1.5m宜选择60kHz换能器，桩桩径大于1.5m宜选择20-40kHz的换能器）），设定合合理仪器参参数，一经经选定，在在同批桩的的检测过程程中不得随随意改变。。7）换能器放到管底后后检查管口口深度是否否一致，与与设计深度度是否一致致。发射和和接收换能能器应同步步移动，逐逐点检测，，当相邻测测点的检测测数据存在在明显差异异时，应及及时检查换换能器的高高度。每个个测点的两两个探头高高差变化不不应超过20mm。钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测第二章声声波透射法法检测钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测第二章声声波透射法法检测钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训第二章声声波透射法法检测1.7检测数据处理（1）概率法：2）异常值的临界值按按下列两种种情况计算算：当统计数据据为声时值值时，X0=mx+λ1*Sx式中：X0——声时临界值值；mx——声时平均值值；Sx——声时标准差差；λ1——异常值判定定系数(按表9.4.2取值)。当统计数据为为声速、波波幅或频率率时，X0=mx-λ1*Sx式中：X0——声速、波幅幅或频率的的临界值；钻孔灌注桩桩超声波检检测成孔质质量检测培培训二、超声波波检测第二章声声波透射法法检测1.7检测数据处理（1）概概率率法法：：2）异异常常值值的临临界界值值按按下下列列两两种种情情况况计计算算：：在所所统统计计的的n个声声时时值值中中，，当当最最后后一一个个数数大大于于或或等等于于X0时，，则则及及排排列列于于其其后后的的声声时时值值均均为为异异常常值值。。若若小小于于X0则再再将将训训放放进进去去进进行行统统计计计计算算，，得得出出新新的的X0值进进行行判判断断。。在所统统计计的的n个声声速速、、波波幅幅或或频频率率值值中中，，当当最最后后—个数数小小于于或或等等于于X0时，，则则及及排排列列于于其其后后的的数数均均为为异异常常值值。。若若大大于于X0，则则再再将将，，放放进进去去进进行行统统计计计计算算，，得得出出新新的的X0值进进行行判判断断。。经上述述判判别别后后，，各各异异常常值值所所对对应应的的测测点点即即为为缺缺陷陷可可疑疑点点。。钻孔孔灌灌注注桩桩超超声声波波检检测测成成孔孔质质量量检检测测培培训训二、、超超声声波波检检测测第二二章章声声波波透透射射法法检检测测1.7检测测数据据处处理理（1）概概率率法法：：3）当当测测点点中中判判出出异异常常点点时时，，可可根根据据下下式式进进一一步步判判别别其其相相邻邻测测点点是是否否异异常常：：X0=mx-λλ3*Sx式中中入入，，可可从从下下表表中中查查得得，，其其余余各各项项同同前前。。钻孔孔灌灌注注桩桩超超声声波波检检测测成成孔孔质质量量检检测测培培训训二、、超超声声波波检检测测统计计数数的的个个数数n与对对应应的的值值统计计数数的的个个数数n与对对应应的的值值举例例：：桩桩长长10m，桩桩径径为为，，检检测测管管间间距距为为0.72m的灌灌注注桩桩的的实实测测数数据据为为例例。。Hi（m）Ti（us）Ai（dB）Hi（m）Ti（us）Ai（dB）Hi（m）Ti（us）Ai（dB）0.2183233.6182237.0177240.4183233.8182187.2175240.6183234.0204167.4180230.8183234.2180237.6179181184234.4180237.826061.2184234.6181238.0255101.4181244.8182238.223081.6181235.0181238.4180201.8182235.2180238.618122举例例：：桩桩长长10m，桩桩径径为为，，检检测测管管间间距距为为0.72m的灌灌注注桩桩的的实实测测数数据据为为例例。。Hi（m）Ti（us）Ai（dB）Hi（m）Ti（us）Ai（dB）Hi（m）Ti（us）Ai（dB）2181235.4177258.8181232.2181235.6175259.0180232.4181235.8175249.2178232.6183236.0175249.4214202.8181236.2174259.6208113183206.4175259.8230133.2186176.61782510.025393.4183236.818025

计算算：：声声时时按按由由小小到到大大排排列列，，204为明明显显声声时时增增大大，，n=43R1=1.99mx=180.81Sx=4.61X0=190208大于于190，说说明明204及比比204大的的声声时时均均为为异异常常点点，，可可以以取取186进行行验验证证：：r3=1.225，X0=mx+r3*Sx=186.46第二二章章声声波波透透射射法法检检测测1.7检测测数据据处处理理（2）PSD判据据(斜率率与与声声时时差差值值乘乘积积法法，，简简称称斜斜率率法法)鉴于于灌灌注注桩桩的的施施工工特特点点，，混混凝凝土土的的均均匀匀性性往往往往较较差差，，超超声声各各项项参参数数的的测测值值较较为为离离散散。。同同时时在在施施工工过过程程中中，，由由于于钢钢筋筋笼笼的的刚刚度度较较小小，，吊吊人人时时很很难难保保证证固固定定在在钢钢筋筋笼笼上上的的声声测测管管保保持持平平行行。。实实践践证证明明，，有有时时声声测测管管的的位位移移甚甚大大，，而而在在桩桩头头上上无无法法觉觉察察，，导导致致各各项项声声参参数数测测值值发发生生偏偏离离。。这这些些非非缺缺陷陷因因素素对对测测值值所所造造成成的的影影响响必必须须予予以以消消除除，，以以免免造造成成误误判判。。为为此此规规范范中中提提出出PSD判据，即斜率率法。钻孔灌注桩超超声波检测成成孔质量检测测培训二、超声波检检测第二章声波波透射法检测测1.7检测数据处理理（2）PSD判据(斜率与声时差差值乘积法，，简称斜率法法)用声时（tc）--深度（H）曲线相邻测测点的斜率K和相邻两点声声时差值△T的乘积（Z），绘制Z-H曲线，根据Z-H曲线的突变位位置，并结合合波幅值的变变化情况可判判定存在缺陷陷的可疑点或或可疑区域的的边界。K=（ti-ti-1）/（hi-hi-1）Z=（ti-ti-1）2/（hi-hi-1）ti-ti-1、hi-hi-1----分别代表相邻邻两测点的声声时差和深度度差。钻孔灌注桩超超声波检测成成孔质量检测测培训二、超声波检检测第二章声波波透射法检测测1.7检测数据处理（2）PSD判据(斜率与声时差差值乘积法，，简称斜率法法)显然，当第i点处相邻两点点的声时值没没有变化或变变化很小时，，等于或接接近于零。当当声时值有明明显变化或突突变时，Z与时差平方成成正比，因而将大大幅度变化。。实测证明，PSD判据对缺陷十十分敏感，而而对因声测管管不平行，或或因混凝土不不均匀等非缺缺陷原因所引引起的声时变变化，基本上上不予反映。。这是由于非非缺陷因素所所引起的声时时变化都是渐渐变过程，虽虽然总的声时时变化量可能能很大，但相相邻两测点间间的声时差值值却很小。所以，运用PSD判据基本上消消除了声测管管不平行或混混凝土不均匀匀等因素所造造成的声时变变化对缺陷判判断的影响。。钻孔灌注桩超超声波检测成成孔质量检测测培训二、超声波检检测第二章章声声波透透射法法检测测1.7检测数数据处处理（2）PSD判据(斜率与与声时时差值值乘积积法，，简称称斜率率法)为了对对全桩桩各测测点进进行判判别，，首先先应将将各测测点的的Ki值求出出，也也可绘绘成““判据据值线线。凡凡是在在值值较大大的地地方，，均可可列为为缺陷陷可疑疑点。。钻孔灌灌注桩桩超声声波检检测成成孔质质量检检测培培训二、超超声波波检测测例按PSD判据(斜率判判据)判断：：桩长长20m，桩径径1m，声测测管净净距0.72m。某一工工程桩桩的实实测数数据表A第二章章声声波透透射法法检测测1.7检测数数据处处理（2）PSD判据(斜率与与声时时差值值乘积积法，，简称称斜率率法)将表A中声时时值代代人公公式可可求出出各相相邻测测点的的PSD判据值值足(列于表表B中)，由各各点判判据可可描出出“一一深深度””曲线线(见图下下)钻孔灌灌注桩桩超声声波检检测成成孔质质量检检测培培训二、超超声波波检测测各测点点的PSD判据值值K表BHTZHT

ZHT

Z0.51.01.52.02.53.03.54.04.55.05.56.06.57.07.58.0

1831831831831