声波透射法测桩检测技术培训课件

声波透射法测桩检测技术

南京铭创测控科技有限公司主讲人：仇道刚电话信桩概述基本原理仪器设备检测技术及影响因素数据分析与判定工程实例目录内容包括以下5个部分第一部分基桩概述PowerPoint设计器根据幻灯片中的内容，为演示文稿提供专业的设计建议。设计器是订阅专属功能。如果你有Office365订阅，下一张幻灯片会介绍如何在新的演示文稿中使用此功能。桩基础，主要基础形式，地下隐蔽工程，承受建筑物的全部荷载并将其传递给地基，基桩质量的好坏直接关系到建筑物的安全。桩身缺陷会引起基础失稳。必须在结构施工前找出并处理缺陷桩。桩基分类挤土桩部分挤土桩非挤土桩按成桩方法对土层影响分木桩混凝土桩钢桩组合桩按桩材分按功能分抗轴压桩：摩擦桩、端承桩、端承摩擦桩抗剪桩抗拔桩打入桩就地灌注桩静压桩螺旋桩喷粉桩或搅拌桩按成桩工艺分水下混凝土灌桩的灌注过程灌注桩的成型混凝土通过导管注入，顶托封口混凝土或砂浆，排出孔中的水，逐渐灌满桩孔b.干孔灌注干孔混凝土灌注桩的灌注过程:混凝土通过导流管灌入，直至灌满。水下混凝土灌注桩的常见缺陷:

断桩（全断面夹泥或夹砂）局部截面夹泥或颈缩桩底沉渣集中性气孔分散性泥团及“蜂窝”状缺陷桩头低强区干孔灌注桩的常见缺陷:

因地下水涌入而形成的混凝土层状离析，严重时成断桩。混凝土局部严重离析。桩底沉渣。人为因素造成的质量缺陷总结缺陷成因浇灌砼不连续，隔水层凝固，后结砼无法下灌，上拔导管，泥浆进入形成断桩；若冲破隔水层，造成桩身局部低劣砼。泥浆比重不当，孔壁易坍塌清孔不干净，孔底沉渣太厚，影响桩端承载力发挥砼和易性不好，易离析导管连接处漏水，形成断桩成孔质量不合格成孔质质量不不合格格例如：：成孔孔垂直直度不不达标标，易易造成成钢筋筋保护护层缺缺失第二部部分基基本本原理理对声波波的一一般传传播规规律掌掌握的的不好好；不注重重掌握握施工工过程程的相相关资资料（（如对对灌注注桩的的成孔孔、成成桩工工艺及及工工艺过过程、、工程程地质质资料料、水水文地地质资资料等等）；；缺少经经验,多验证证，积积累经经验。。经常看看到从从事声声波透透射法法检测测基桩桩完整整性的的同志志，对对测试试声参参量的的分析析判断断，力力不从从心。。出现现这种种局面面的原原因可可归纳纳为：：（一）声声波的的性质质超声波波是一一种机机械波波。也也就是是弹性性介质质内质质点弹弹性振振动引引起的的波动动。分分纵波波，横横波，，表面面波。。混混凝土土声波波检测测主要要应用用纵波波，即即质点点振动动和传传播方方向相相同的的一种种波动动形式式（另另一种种是传传播方方向与与振动动方向向相垂垂直称称为横横波，，暂不不论述述）。。纵波波波速大大于横横波声学基基础声学理理论要要系统统学的的起来来，内内容太太多，，但把把它的的一些些重要要的、、结论论性的的内容容加以以掌握握和运运用，，还是是可以以解决决问题题的，，现在在就按按这样样一个个原则则来论论述（二））声波波的传传播速速度由理论论计算算，可可知无无限体体的纵纵波声声速VP如下式式（1）式中中E为弹性性模量量，σ为泊松松比，，ρ为密度度。一一般的的混凝凝土密密度大大约在在2400kg/m,泊松比比约为为0.23左右，，弹性性模量量约在在3.84×104MPa左右。灌注桩由于生产的的特殊性，其纵波波声速：水下灌注的在4000m/s上下;干作业灌注的在4000－4500m/s。一般情况:优质的、致密、坚坚硬的混凝土声速速高；振捣不匀、疏松的的、有缺陷的混凝凝土声速低；混凝土声速与混凝凝土强度的关系比比较复杂，国内有有关科研单位的研研究结果表明，其其影响因素与石子子的材质、粒径、、养护条件有关；；在基桩完整性检测测中，用声速直接接确定混凝土强度度是困难的，甚至至是不科学的。（三）声波在灌注注桩中的传播及特特点假设：混凝土是匀匀质性介质在均匀介质中,声波按着发射时的的方向，一往无前前的向前传播。当当遇到介质变化时时，会发生声波的折射、反射射、绕射、叠加等现象当介质不均匀，例例如混凝土中存在在一个夹层,如图1中的2。当纵波P由介质1入射到夹层2时，在1－2的分界面处会产生生折射纵波PP,夹层2内的纵波PP传播到另一个分界界面2－1时，同样要产生折折射波PPP,并进入介质1。产生上述折射的先先决条件是：界面面两边介质的声速速C和介质的密度ρ的乘积不相等，这这就是Snell定律。图1声波的传播（1）声波的折射─关关于斯奈尔（Snell）定律（2）声波的反射当混凝土不均匀，，存在一个分界面面（如二次浇灌面面、振捣不均、漏漏振、完全没有振振捣、离析、夹泥泥、异物等与正常常混凝土的分界面面）如图2，界面两边的声速速C与密度ρ的乘积不相等时，，入射的P波，在界面处产生生反射波PP。（上层介质1的声速为C1，下层介质的声速速为C2）同样,根据Snell定律，可知入射角角与反射角是相等等的。图2声波的反射（3）声波的绕绕射—关于惠更斯斯原理惠更斯原理理说的是：：弹性介质质中，在某某一时刻t，声波波前前上的所有有点，均可可视为该时时刻开始振振动的新的的点振源，，各点振源源产生新的的球面波，，这些球面面波经t+∆t后，波前的的包络迭加加组合，形形成新的球球面波前，，如此循环环不已。图3声波的绕射（4）声波的叠叠加─叠加加定律在声波的传传播过程中中，有时从从不同路径径传播的声声波先后到到达接收点点，如图4中混凝土缺缺陷部位的的绕射、折折射、多次次反射的声声波。这些些不同路径径来的声波波脉冲，在在接收点将将按照到来来的先后时时间顺序，，叠加成新新的脉冲声声波，这就就是叠加定定律。不同同路径到来来的波，叠叠加的结果果，会使接接收波形复复杂、畸变变。图4声波的叠加加（四）声波波波幅的衰衰减在混凝土中中声波波幅幅与混凝土土内部结构构特征的相相关关系是是有一定规规律的，故故波幅成为为可用的声声参量。声波在传播播过程中，，质点振动动的幅度，，随着传播播距离的延延伸，而逐逐渐减小，，也就是波波幅的衰减减，其规律律如下：衰减系数α与介质的物物理性能有有关。由此可见，，声波是按按指数规律律衰减的。。1.致密的混凝凝土衰减小小；疏松的的混凝土衰衰减大；2.不均匀的混混凝土衰减减大；3.有缺陷的混混凝土，因因绕射、折折射、反射射因素衰减减大。Am——发射点的波波幅A——为传播了L距离后接收收点的波幅幅e——为自然对数数的底α——为声衰减系系数L——传播距离声波透射法法检测基桩桩完整性的的优点：检测细致，，结果准确确可靠；不受桩长、桩径径限制；不需桩顶露出地地面即可检测，，方便施工；正因为如此，虽虽然该方法需要要预埋声测管，，用较高，但仍仍然得到广泛的的采用，特别是是桥梁、高层建建筑的大型、特特大型灌注桩的的检测。1、不适合检测水水平裂缝、薄层层状缺陷；2、声测管外、桩径里的区域无无法检测；3、桩基是立体的的，声波透射法法简化成3个或者6个面来评定立体体的桩；声波透射法检测测基桩完整性的的缺点规范目前，超声法检检测灌注桩质量量的方法已列入入许多检测规范范中。作为全国性的规规范有：建设部行业标准准《建筑基桩检测技技术规程》JGJ106-2014中国工程建设标标准化协会标准准《超声法检测混凝凝土缺陷技术规规程》CECS21：2000交通部行业标准准《公路工程基桩动动测技术规程》JTG/T3512―2020铁路系统标准TB10218-2019铁路工程基桩检检测技术规程第三部分仪器设备仪器的组成1、主机2、径向换能器3、管口轮4、计数器5、三脚架1、主机发射高压压脉冲至发射换换能器，发射换换能器将电能转转换位声能传入入被测结构。2、接收换能器将将接收到的声波波信号转换为电电信号被主机系系统采集，声波波信号在传播过过程中携带了大大量被测介质的的声参量信息，，由于声参量与与被测介质的性性质具有一定的的相关性，通过过信号分析处理理评价被测介质质的性能。高压脉冲发射A/D转换显示屏系统总线键盘数据采集系统程控系统直流高压程控打印机专用计算机系统跟检测有关的几几个重要参数：：1、发射电压：50v250v500v1000v2、采样周期：0.5us，1us3、增益：信信号放大的倍数数4、声时：声声波传播的时间间5、波幅：声声波传播过程中中能量的衰减情情况首波：接收的超超声波的第一个个波谷(向下)或波峰(向上)。是声参量判读的的前提首波及其判定1、完整的接收波首波自动增大到到一定幅度（1/4波形区），后续续波削波。波形清晰。基线较干净、平平直。2、不正常的波延时过小增益过小零声时电延迟时间(仪器内部电路及及信号线)电声转换时间(传感器)声延迟时间声波在声测管中中传播的时间声波在水中传播播的时间零声时t0的标定方法:时距曲线法：该该部分在规范中中已介绍t=t0+bl记录不少于4个点，t0为零时，b为斜率直接对测法：一一般认为，只要要将发射与接收收传感器直接耦耦合即可读出t0。即当测距为零零时，声时也应应当为零。举例说明：如桩径为1.5m，埋设三根声测测管，声测管管管距为1.126m，取混凝土声速速为4500m/s。此时，声波传传播时间约为250μs，水中声速V水＝1.5km/s钢材中声速V钢＝5.8km/s换能器直径d＝26mm声测管外径φ外＝60mm，内径φ内＝54mm水平面无指向性性。铅垂面指向性，，它的辐射声场实实际是以换能器器纵轴为回转轴轴的一个回转体体。因此斜测角角度要保证信号号有良好的接收收条件下，尽量量选大的斜测角角度。径向换能器常用频率50kHz，波长8~10cm计量为保证基桩检测测数据的可靠性，和可追溯性，检测所用的仪仪器必须送至省省级法定计量检检测单位进行检检定。证书在有有效期内。第四部分现场场检测技术方法法及影响因素现场检测原理声测线遇到缺陷陷会引起声参量量的突变为什么会突变？？因为介质发生生了变化具体表现为：1、Psd突变2、声速突变3、波幅突变声测管的根数依依据桩的直径而而定，目的是在在保证所有剖面面声场的覆盖范范围，占桩的截截面积一定比例例的前提下，尽尽可能节省费用用、提高检测效效率。建筑规范：桩径小于等于于800mm，两根声测管。。桩径大于800、小于等于1600mm，三根声测管。。桩径大于1600mm，四根声测管。。2、声测管布置示示意图3.声测管的安装检测管材质的选选择以透声率大大，便于安装，，费用较低为原原则。一般采用用钢管。管径大于换能器器的直径，一般般以内径Ф50~60mm为宜。管子一般采用与与钢筋笼架立筋筋焊接或绑扎的的方式固定。安装管子时应注注意管子接头应应不漏浆，内壁壁光滑平顺，管管底密封。管子之间力求平平行。4、声测管的联接联接方式主要有有：套筒联接、、螺纹联接、对对接焊联接三种种方式，最常用用的方式是套筒筒联接，效果比比较好。注意：管距测量量，声测管外边边缘到外边缘的的距离5、检测前的准备备工作收集资料，工程程地质资料、基基桩设计图纸和和施工记录、监监理日志等。了解工艺及施施工过程中出出现的异常情情况。制定相应的检检测方案。检测方案包括括：工程概况目的与任务方法与技术仪器设备检测场地要求求检测人员和时时间安排检测报告检测时间应满满足龄期要求；检测前应冲洗洗声测管，在在孔中注满清清水作为耦合合剂标定超声仪从从发射至接收收的系统零声声时；用直径大于换换能器的假探探头对声测管管疏通并记录录深度，以保保证换能器在在全程范围内内移动通畅；；准确测量并记记录声测管内内、外径和各各个声测剖面面两声测管外外壁间的距离离，精度为±1mm。测试方法依据收发换能能器的相对位位置关系，有有平测、斜测、、扇测1）平测法一般先用平测测法，一对换换能器分别置置于两个对应应的声测管中中，位于同一一高度；相邻邻两测点间距距不大于10Cm。平测法速度快快、效率高，，可作为是否否存在缺陷的的初步判断依依据；2）斜测法将一对换能器器分别置于两两个对应的声声测管中，换换能器保持一一定的高程差差。由于平测有局局限性，对于于缺陷范围及及其严重程度度进行判定时时，应至少结结合斜测加以以综合判定3）扇测法扇形扫测是将将一对换能器器分别置于两两个对应的声声测管中，保保持一个换能能器高度位置置固定，另一一个以一定的的高程差上下下移动进行测测试。扇测法工作量量大没有公认判据据4）平测斜测特特点平测只能分辨缺陷陷在桩轴向上的位置和大小小，无法分辨辨缺陷在桩径向上的位置和大小。斜测加平测，，近似一个二二维坐标，能能定位缺陷在在剖面（平面面）上大小和和位置。第五部分数数据分析与判判定数据分析处理理首波判定错误误的要重新改改判管斜的进行自自动纠偏，，严重管斜的的应改用其他他方法判定轻微管斜使用管斜修正正功能，并在报告上注注明修正的范范围严重管斜依据规范不能能采用声测的的方法评定判据主判据波速临界界值概念波幅临界界值概念辅助判决频谱主频是是否频散PSD是否突变波速临近值计算方法复杂，先先剔除异常值，再再计算平均值、标标准差波幅临近值平均值－6单位dbpsd值反映声速变化，比比声速