声波透射法检测混凝土灌注桩桩身完整性课件.pptx

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1、声波透射法检测混凝土灌声波透射法检测混凝土灌注桩桩身完整性注桩桩身完整性 n第一部分第一部分 桩基检测技术综述桩基检测技术综述n第二部分第二部分 声波透射法检测桩身完整性检测仪器声波透射法检测桩身完整性检测仪器 n第三部分第三部分 判断桩身完整性的声学参量与测试判断桩身完整性的声学参量与测试n第四部分第四部分 现场检测技术现场检测技术n第五部分第五部分 数据处理技术与判定方法数据处理技术与判定方法n第六部分第六部分 声波透射法检测桩身完整性工程实例声波透射法检测桩身完整性工程实例n第七部分第七部分 桩基完整性声波三维测试方法桩基完整性声波三维测试方法n第八部分第八部分 桩基的相关声波检测技术桩

2、基的相关声波检测技术目录第一部分第一部分桩基检测技术综述桩基检测技术综述 一、桩式基础与分类一、桩式基础与分类n桩式基础桩式基础深入土层中的柱型构件，建筑基础的重要深入土层中的柱型构件，建筑基础的重要模式，我国每年用桩量超过模式，我国每年用桩量超过500500万根万根 作用：穿过软弱的可压缩土层，将来自上部结构的荷作用：穿过软弱的可压缩土层，将来自上部结构的荷载传递到深层较坚实的、压缩性小的地基上，以保证载传递到深层较坚实的、压缩性小的地基上，以保证上部建筑结构的稳定和安全使用。上部建筑结构的稳定和安全使用。n数根桩或数十根桩由系梁、承台或底板联结构成一个数根桩或数十根桩由系梁、承台或底板联结

3、构成一个整体基础结构，称为桩基础。也有单桩单柱形式的桩整体基础结构，称为桩基础。也有单桩单柱形式的桩基。构成桩基的每根单桩称为基桩。基。构成桩基的每根单桩称为基桩。n桩在工作时要承受上部结构的竖向荷载，以及上部结桩在工作时要承受上部结构的竖向荷载，以及上部结构因风力、水流、撞击等横向推力产生的侧向荷载或构因风力、水流、撞击等横向推力产生的侧向荷载或弯矩，承受在地震状态下的复杂应力弯矩，承受在地震状态下的复杂应力 一、桩式基础与分类一、桩式基础与分类n桩质量对建筑结构物的安全起决定性作用桩质量对建筑结构物的安全起决定性作用n工程桩工程桩隐蔽工程，不确定因素很多：复杂地隐蔽工程，不确定因素很多：复

4、杂地层，技层，技 术水平、施工中人为因素等造成桩身术水平、施工中人为因素等造成桩身完整性难于保证，桩基工程质量影响建筑结构完整性难于保证，桩基工程质量影响建筑结构正常安全使用正常安全使用n根据我单位近几年在公路工程检测工作统计结根据我单位近几年在公路工程检测工作统计结果，一般工程三类以上缺陷桩所占的比例约为果，一般工程三类以上缺陷桩所占的比例约为5 5左右，经过处理后可以继续使用的约左右，经过处理后可以继续使用的约3 34 4。四类桩所占比例约为。四类桩所占比例约为1 1左右，需要重新左右，需要重新打桩或加固处理打桩或加固处理一、桩式基础与分类一、桩式基础与分类n按桩身材料类型分：按桩身材料类

5、型分： 木桩、混凝土桩木桩、混凝土桩 、钢桩、预应力管桩、钢桩、预应力管桩n按桩的功能分：按桩的功能分： 抗压桩、抗剪桩、抗拔桩抗压桩、抗剪桩、抗拔桩n按成桩工艺分：按成桩工艺分： 预制桩、原地灌注桩预制桩、原地灌注桩 n按桩土相互作用形式：按桩土相互作用形式： 摩擦桩、端承桩、摩擦摩擦桩、端承桩、摩擦- -端承桩端承桩二、二、 灌注桩的承载模式灌注桩的承载模式n竖向抗压承载力：竖向受压荷载作用下的最大荷载，竖向抗压承载力：竖向受压荷载作用下的最大荷载，决定于桩身材料强度和地基对桩的极限支承力（主要决定于桩身材料强度和地基对桩的极限支承力（主要因素）因素）p 端承桩端承桩桩尖嵌入基岩，将上部压

6、力通过桩身传桩尖嵌入基岩，将上部压力通过桩身传入基岩，一般不考虑桩侧摩阻力入基岩，一般不考虑桩侧摩阻力p 摩擦桩摩擦桩依靠桩壁与土层的摩擦力，将上部压力依靠桩壁与土层的摩擦力，将上部压力逐渐分散传递给土层，桩尖部分承受荷载很小，一逐渐分散传递给土层，桩尖部分承受荷载很小，一般不超过般不超过10%p 端承摩擦桩端承摩擦桩侧壁摩擦力先发挥，先达到极限，侧壁摩擦力先发挥，先达到极限，桩端阻力后发挥，后达到极限，最常见桩端阻力后发挥，后达到极限，最常见n竖向抗拔承载力竖向抗拔承载力n水平荷载承载力水平荷载承载力三、桩的施工方法与缺陷类型三、桩的施工方法与缺陷类型1 1、预制桩预制桩 预制桩身，击打或振

7、动或静压方法打入地层至设计标高预制桩身，击打或振动或静压方法打入地层至设计标高 ( (方桩、预应力圆管桩方桩、预应力圆管桩) )2 2、原地灌注桩、原地灌注桩 在桩位打出灌注孔后浇筑，在桩位打出灌注孔后浇筑， 打孔方式：打孔方式： n沉管灌注桩沉管灌注桩- -无缝钢管作为桩管，以落锤或振动锤将其打入土层至设计深度的无缝钢管作为桩管，以落锤或振动锤将其打入土层至设计深度的持力层后，然后灌注混凝土，灌注过程中边锤击或边振动边拔管，至最后成桩。持力层后，然后灌注混凝土，灌注过程中边锤击或边振动边拔管，至最后成桩。（直径一般在（直径一般在377377，426 426 长度在长度在40m40m以内）以内

8、）n钻（冲）孔灌注桩钻（冲）孔灌注桩- -机械成孔，泥浆护壁，放置钢筋笼，灌注混凝土机械成孔，泥浆护壁，放置钢筋笼，灌注混凝土 n人工挖孔灌注桩人工挖孔灌注桩人工成孔，砖护壁或不护壁，放置钢筋笼，短粗桩人工成孔，砖护壁或不护壁，放置钢筋笼，短粗桩 n其他方式（静压桩、碎石桩、搅拌桩等）其他方式（静压桩、碎石桩、搅拌桩等）钻孔灌注桩是常用的基桩模式钻孔灌注桩是常用的基桩模式承载力高、沉降均匀、水平荷载较大、抗震承载力高、沉降均匀、水平荷载较大、抗震能力较好；但施工过程不易控制，易出现质量问题，速度慢，工期长能力较好；但施工过程不易控制，易出现质量问题，速度慢，工期长 灌注方式灌注方式1 水下灌注

9、水下灌注施工程序：施工程序： 钻孔、排渣、成孔钻孔、排渣、成孔, , 泥浆护壁泥浆护壁 第一次清孔、移走钻机第一次清孔、移走钻机 放置钢筋笼放置钢筋笼 插入导管插入导管 第二次清孔第二次清孔 水下灌注混凝土成桩水下灌注混凝土成桩水下灌注桩的缺陷类型水下灌注桩的缺陷类型p断桩：全断面夹泥或夹砂：浇注混凝土时，断桩：全断面夹泥或夹砂：浇注混凝土时，导管下口离开混凝土表面或浇注不连续导管下口离开混凝土表面或浇注不连续p局部截面缩颈或夹泥：泥浆密度配置不当，局部截面缩颈或夹泥：泥浆密度配置不当，地层松散，孔壁出现塌孔等地层松散，孔壁出现塌孔等p离析：分散性泥团、蜂窝、集中性气孔，离析：分散性泥团、蜂窝

10、、集中性气孔，混凝土搅拌不均，水灰比过大，导管漏水混凝土搅拌不均，水灰比过大，导管漏水等等p桩底沉渣：桩底沉渣与孔壁泥皮过厚导致桩底沉渣：桩底沉渣与孔壁泥皮过厚导致承载力大幅下降，清孔后孔底沉渣厚度要承载力大幅下降，清孔后孔底沉渣厚度要求端承桩求端承桩50mm50mm，摩擦桩摩擦桩300mm300mm，摩，摩擦端承和端承摩擦桩擦端承和端承摩擦桩100mm100mmp桩头混凝土低强度区桩头混凝土低强度区p钢筋笼错位：上浮或偏靠孔壁钢筋笼错位：上浮或偏靠孔壁水下灌注桩的缺陷成因水下灌注桩的缺陷成因1. 1. 停电或其他原因，浇灌混凝土没有连续进行，时间间断造成隔水层混停电或其他原因，浇灌混凝土没有

11、连续进行，时间间断造成隔水层混凝土凝固，后续混凝土无法下灌，只能上拔导管，一旦泥浆进入管内凝土凝固，后续混凝土无法下灌，只能上拔导管，一旦泥浆进入管内必然形成断桩；而如用增大管内混凝土压力等办法，冲破隔水层，形必然形成断桩；而如用增大管内混凝土压力等办法，冲破隔水层，形成新的隔水层，破碎的老隔水层混凝土必将残留在桩身中，造成桩身成新的隔水层，破碎的老隔水层混凝土必将残留在桩身中，造成桩身局部低劣混凝土。局部低劣混凝土。2. 2. 桩径不宜小于桩径不宜小于600mm600mm，桩径过小，由于导管和钢筋笼占据一定空间，加，桩径过小，由于导管和钢筋笼占据一定空间，加上孔壁摩阻作用，混凝土上升不畅容易

12、堵管，形成夹渣、断桩或钢筋上孔壁摩阻作用，混凝土上升不畅容易堵管，形成夹渣、断桩或钢筋笼上浮。笼上浮。3. 3. 泥浆护壁成孔，不同土层泥浆应按相应比例配置，否则孔壁容易坍塌，泥浆护壁成孔，不同土层泥浆应按相应比例配置，否则孔壁容易坍塌，形成夹渣、扩径。形成夹渣、扩径。4. 4. 混凝土浇灌过程中埋管深度不够，易使桩身中夹渣或断桩；埋管深度混凝土浇灌过程中埋管深度不够，易使桩身中夹渣或断桩；埋管深度过深，则易堵管或导管不易拔出，造成停工，断桩，或接桩。过深，则易堵管或导管不易拔出，造成停工，断桩，或接桩。5. 5. 混凝土灌注近桩顶时，灌注压力不够，易使混凝土局部不密实和夹渣。混凝土灌注近桩顶

13、时，灌注压力不够，易使混凝土局部不密实和夹渣。6. 6. 正循环法清孔时，应根据孔的深浅，控制洗孔时间或孔口泥浆比重，正循环法清孔时，应根据孔的深浅，控制洗孔时间或孔口泥浆比重，清孔时间过短，孔底沉渣太厚，将影响桩端承载力发挥。清孔时间过短，孔底沉渣太厚，将影响桩端承载力发挥。7. 7. 水下混凝土必须具备良好的和易性，否则易产生离析现象。水下混凝土必须具备良好的和易性，否则易产生离析现象。8. 8. 导管连接密封要好，一旦漏水将形成断桩。导管连接密封要好，一旦漏水将形成断桩。灌注方式灌注方式2 干孔灌注干孔灌注成孔后混凝土由升降机或溜管送到浇成孔后混凝土由升降机或溜管送到浇注面注面n层状离析

14、或断桩（地下水涌入孔层状离析或断桩（地下水涌入孔中造成离析，砂石层状堆积，地中造成离析，砂石层状堆积，地层稳定性差塌孔，形成断桩）层稳定性差塌孔，形成断桩）n局部夹泥或蜂窝（孔壁护筒渗漏局部夹泥或蜂窝（孔壁护筒渗漏涌入泥水或振捣不实）涌入泥水或振捣不实）n局部严重离析（注入高度不当）局部严重离析（注入高度不当）n桩底沉渣（桩底虚土过多，清孔桩底沉渣（桩底虚土过多，清孔不净）不净）四、灌注桩质量检测内容灌注桩质量检测内容 （1）桩身完整性桩身完整性桩身混凝土质量不均匀，存在断面断裂桩身混凝土质量不均匀，存在断面断裂或影响断面承载面积的缺陷，以及导致钢筋外露的缺陷等或影响断面承载面积的缺陷，以及导

15、致钢筋外露的缺陷等 （2 2）承载力承载力用无损方法难于准确测量，完整性合格的桩用无损方法难于准确测量，完整性合格的桩其承载力一般能满足要求其承载力一般能满足要求 （3 3）桩的耐久性桩的耐久性地下无明显腐蚀性介质而且桩身完整时地下无明显腐蚀性介质而且桩身完整时未见有因耐久性破坏的报导未见有因耐久性破坏的报导完整性不合格的概率高于承载力不合格的概率完整性不合格的概率高于承载力不合格的概率n完整性合格完整性合格-承载力一般合格承载力一般合格n承载力合格承载力合格 完整性合格，耐久性也不一定合格完整性合格，耐久性也不一定合格n 桩身完整性是灌注桩质量的主要指标桩身完整性是灌注桩质量的主要指标 五、

16、桩身完整性检测方法五、桩身完整性检测方法1、低应变法低应变法PITPIT（声波反射法）（声波反射法）2、声波透射法声波透射法3、取芯法取芯法六、声波透射法检测桩身完整性六、声波透射法检测桩身完整性n声波透射法检测，是在预埋在桩身内成对的检测管内，分别放入声声波透射法检测，是在预埋在桩身内成对的检测管内，分别放入声波发射换能器和接收换能器，发射换能器发射的声波穿透桩身混凝波发射换能器和接收换能器，发射换能器发射的声波穿透桩身混凝土后，被接收换能器接收，自下而上（自上而下土后，被接收换能器接收，自下而上（自上而下 ）逐点扫描；）逐点扫描；n声波透射法检测基桩完整性是根据接收换能器接收到的声参量的变

17、声波透射法检测基桩完整性是根据接收换能器接收到的声参量的变化对混凝土灌注桩桩身缺陷和桩身完整性进行评价的一种有效方法。化对混凝土灌注桩桩身缺陷和桩身完整性进行评价的一种有效方法。当有缺陷存在时，超声脉冲波穿越被测混凝土时声参量发生变化。当有缺陷存在时，超声脉冲波穿越被测混凝土时声参量发生变化。p声时加长，声速降低声时加长，声速降低p波幅降低波幅降低p接收波主频向低频偏移接收波主频向低频偏移p波形畸变波形畸变测试原理与混凝土上部结构的超声探伤类同测试原理与混凝土上部结构的超声探伤类同声波透射法检测桩身完整性声波透射法检测桩身完整性n检测目的：检测目的： 桩身缺陷及其位置，判定桩身完整性桩身缺陷及

18、其位置，判定桩身完整性 检测桩身混凝土均匀性检测桩身混凝土均匀性 估测桩身混凝土的抗压强度估测桩身混凝土的抗压强度n检测条件：预埋声测管检测条件：预埋声测管n检测仪器：检测仪器： 超声仪超声仪 圆管型径向换能器圆管型径向换能器声波透射法的优势声波透射法的优势不受桩长桩径限制；不受桩长桩径限制；n多种声参量综合判定，定量或半定量判多种声参量综合判定，定量或半定量判定缺陷类型；定缺陷类型；n可判定混凝土的匀质性可判定混凝土的匀质性 ，定性分析混，定性分析混凝土强度凝土强度 ； 多用于大中型桩（桩径不小于多用于大中型桩（桩径不小于0.60.6米）米）声波透射法的不足之处声波透射法的不足之处n需要预埋

19、声测管需要预埋声测管n一般性缩颈（桩身缩颈未超过声测管）检测不到；一般性缩颈（桩身缩颈未超过声测管）检测不到； 严重缩颈又可能误判；严重缩颈又可能误判；n声测管不平行或声测管被泥土包裹时可能误判。声测管不平行或声测管被泥土包裹时可能误判。七、基桩检测技术规程七、基桩检测技术规程 建筑基桩检测技术规范建筑基桩检测技术规范 （JGJ 106-2003JGJ 106-2003）20032003年建设部行业标准年建设部行业标准基桩低应变动力检测规程基桩低应变动力检测规程 （JGJ 93-95JGJ 93-95）地质矿产部和建设部联合颁发行业标准）地质矿产部和建设部联合颁发行业标准超声法检测混凝土内部缺

20、陷技术规程超声法检测混凝土内部缺陷技术规程 （CECS21CECS21：20002000） 2000 2000年中国工程建设标准化协会标准年中国工程建设标准化协会标准公路工程基桩动测技术规程公路工程基桩动测技术规程 （JTG/T F81-01-2004JTG/T F81-01-2004）部分省、市、自治区或行业内部制定的相关规程部分省、市、自治区或行业内部制定的相关规程建筑基桩检测技术规范（修订）建筑基桩检测技术规范（修订） （JGJ 106-JGJ 106-）征求意见稿）征求意见稿n中华人民共和国国家计量检定规程中华人民共和国国家计量检定规程声波检测仪声波检测仪（JJG 990-JJG 99

21、0-20042004） n中华人民共和国建筑工业标准中华人民共和国建筑工业标准混凝土超声波检测仪混凝土超声波检测仪（JG/T JG/T 500450049292）n中国工程建设标准化协会标准中国工程建设标准化协会标准超声回弹综合法检测混凝土强超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程度技术规程（CECS02CECS02：20052005）n交通部行业标准交通部行业标准水运工程混凝土试验规程水运工程混凝土试验规程（JTJ 270JTJ 2709898）n建设部与地矿部建设部与地矿部基桩低应变动力检测规程基桩低应变动力检测规程（JGJ/T 93-95JGJ/T 93-95）n一些地区性的声测技术规程一些

22、地区性的声测技术规程, ,如北京地方标准：如北京地方标准：回弹法、超声回弹法、超声回弹综合法检测泵送砼强度技术规程回弹综合法检测泵送砼强度技术规程（DBJ/T 01-78-2003DBJ/T 01-78-2003）n深圳市标准深圳市标准深圳地区基桩质量检测技术规程深圳地区基桩质量检测技术规程（SJG 09-99)SJG 09-99)n国家行业标准国家行业标准混凝土结构现场检测技术标准混凝土结构现场检测技术标准（GBT 50784-GBT 50784-2013)2013)八、与声波透射法检测桩身完八、与声波透射法检测桩身完整性相关的声测技术规程整性相关的声测技术规程第二部分第二部分 声波透射法检

23、测桩声波透射法检测桩身完整性检测仪器身完整性检测仪器 1、声波透射法自动检测仪、声波透射法自动检测仪超声检测仪，径向换能器超声检测仪，径向换能器2、超声仪用于测桩须具有的功能、超声仪用于测桩须具有的功能建筑基桩检测技术规程要求：建筑基桩检测技术规程要求：n声时最小分度声时最小分度0.1s0.1s，（采样频率高于，（采样频率高于2MHz2MHz）；）； 一般取一般取0.2s0.2s（采样频率（采样频率5MHz5MHz） 0.4s0.4s（采样频率（采样频率2.5MHz2.5MHz） 0.8s0.8s（采样频率（采样频率1.25MHz1.25MHz）n幅度测量相对误差小于幅度测量相对误差小于5%

24、5% ，测量精度优于，测量精度优于1dB1dB；n放大器频响范围放大器频响范围10-500kHz 10-500kHz ，总增益不小于，总增益不小于80dB80dB，n接收灵敏度（信噪比接收灵敏度（信噪比3:13:1）不大于）不大于5050vn实时显示与记录声时、幅度、高程实时显示与记录声时、幅度、高程n波形显示与存储波形显示与存储 3、声波透射法检测设备的发展、声波透射法检测设备的发展声波透射法因其优势得到广泛应用，声透法检测仪器不断声波透射法因其优势得到广泛应用，声透法检测仪器不断更新换代，实现测试过程全自动、多剖面、图像化更新换代，实现测试过程全自动、多剖面、图像化n提升系统的自动化提升系

25、统的自动化连续提升，自动记录深度连续提升，自动记录深度n测试系统的自动化测试系统的自动化采集、判读、记录、存储的自动化采集、判读、记录、存储的自动化n处理分析的智能化处理分析的智能化数据处理软件、测试结果的图示数据处理软件、测试结果的图示n一次提升完成多个剖面一次提升完成多个剖面n剖面的二维测试与结果的三维分析剖面的二维测试与结果的三维分析声波透射法检测设备的发展声波透射法检测设备的发展单道超声仪单道超声仪单道自动测桩仪单道自动测桩仪多剖面自动测桩多剖面自动测桩仪仪三维成像自动测三维成像自动测桩仪桩仪孔中换孔中换能器数能器数量量单孔单探头单孔单探头单孔单探头单孔单探头单孔单探头单孔单探头单孔双

26、探头单孔双探头现场测现场测试基本试基本方式方式单剖面、人工测单剖面、人工测试、一维测试、试、一维测试、人工逐点提升人工逐点提升单剖面、自动测单剖面、自动测试、一维测试、试、一维测试、人工连续提升人工连续提升 多剖面、自动测多剖面、自动测试、一维测试、试、一维测试、人工连续提升人工连续提升多剖面、自动测多剖面、自动测试、二维测试试、二维测试人工连续提升人工连续提升后期数后期数据处理据处理与显示与显示显示单剖面、一显示单剖面、一维曲线图，人工维曲线图，人工进行多参数多剖进行多参数多剖面综合分析处理面综合分析处理显示单剖面、一显示单剖面、一维曲线图，人工维曲线图，人工进行多参数多剖进行多参数多剖面综

27、合分析处理面综合分析处理显示多剖面、一显示多剖面、一维曲线图，人工维曲线图，人工进行多参数多剖进行多参数多剖面综合分析处理面综合分析处理显示多剖面、二显示多剖面、二维色谱图和桩身维色谱图和桩身缺陷三维成像图缺陷三维成像图声波透射法自动检测系统声波透射法自动检测系统多通道声波透射法自动测桩仪多通道声波透射法自动测桩仪多通道声波透射多通道声波透射法自动测桩仪法自动测桩仪多通道声波透射法自动测桩仪多通道声波透射法自动测桩仪n一次提升完成六剖面全组合测试一次提升完成六剖面全组合测试 同时显示同时显示6 6个剖面的波形、数据等信息个剖面的波形、数据等信息三维成像声波透射法自动测桩仪三维成像声波透射法自动

28、测桩仪三维成像声波测桩仪三维成像声波测桩仪4、声波透射法自动检测仪的组、声波透射法自动检测仪的组成成 5、声波透射法自动检测仪、声波透射法自动检测仪关键技关键技术指标与性能术指标与性能1 1、高程误差和同步误差，、高程误差和同步误差，（尤其是积累误差）（尤其是积累误差） 高程误差、同步误差均高程误差、同步误差均不大于不大于5 5， 且且100100米内不大于米内不大于10cm10cm测点间距可任意设置，最测点间距可任意设置，最小测点间距小测点间距1cm1cm，建议常用建议常用10cm 10cm 或或20cm 20cm 2 2、 提升速度：决定于采样判读显示速度和测点间距，提升速度：决定于采样判

29、读显示速度和测点间距， 最快可达最快可达300300测点测点/ /分分 （测点间距（测点间距20cm20cm，每分钟，每分钟6060米以上）米以上）3 3、深度与声参量的自动测试、深度与声参量的自动测试 实时显示与测试，波形稳定，实时显示与测试，波形稳定， 电动提升提升速度由电动机控制，信号更加平稳，速度均匀，读数稳定电动提升提升速度由电动机控制，信号更加平稳，速度均匀，读数稳定4 4、异常情况自动报警，同时自动停止读数，手工干预后可继续工作、异常情况自动报警，同时自动停止读数，手工干预后可继续工作5 5、提升装置安装简单、操作方便，现场适应性高，可适用于各种现场条件、提升装置安装简单、操作方

30、便，现场适应性高，可适用于各种现场条件6 6、数据分析处理软件功能齐全、界面友好，现场出结果、数据分析处理软件功能齐全、界面友好，现场出结果7 7、交、直流供电，专用可充电电池，大容量电池可以实现设备全部直流供电、交、直流供电，专用可充电电池，大容量电池可以实现设备全部直流供电（主机、换能器、提升装置等），可连续工作（主机、换能器、提升装置等），可连续工作8 81010小时以上小时以上 声波透射法自动检测仪声波透射法自动检测仪关键技关键技术指标与性能术指标与性能 6 6、径向换能器、径向换能器 （圆管式换能器）（圆管式换能器）利用径向振动模式产生利用径向振动模式产生柱面波或接受柱面波柱面波或接

31、受柱面波的孔中专用换能器，的孔中专用换能器，辐射面是曲面辐射面是曲面通常用于结构或基础的通常用于结构或基础的钻孔中或导管中测试钻孔中或导管中测试、桩身检测以及水下、桩身检测以及水下检测。检测。收、发换能器分开，二收、发换能器分开，二孔间穿透测试，测孔孔间穿透测试，测孔间砼质量间砼质量径向换能器径向换能器 n全不锈钢外壳全不锈钢外壳+ +井中物探井中物探专用的电缆，避免运输专用的电缆，避免运输过程中的震动与撞击性过程中的震动与撞击性损坏，避免长期使用过损坏，避免长期使用过程中的老化与磨损，经程中的老化与磨损，经久耐用久耐用 n信号质量好振动模式单信号质量好振动模式单一一 ，频谱图中的主峰尖，频谱

32、图中的主峰尖锐，干净，无旁峰锐，干净，无旁峰n前置放大器：发射信号前置放大器：发射信号能量大，接收灵敏度高能量大，接收灵敏度高n带有集流环的电缆绞盘带有集流环的电缆绞盘换能器的电缆连接n换能器电缆一端接换能器，换能器电缆一端接换能器，在电缆盘缠绕后另一端经短在电缆盘缠绕后另一端经短电缆接超声仪，电缆盘转动电缆接超声仪，电缆盘转动时，接超声仪的电缆会随之时，接超声仪的电缆会随之转动。所以升降工作时长电转动。所以升降工作时长电缆不能在电缆盘上缠绕。缆不能在电缆盘上缠绕。n在电缆盘的超声仪电缆接口在电缆盘的超声仪电缆接口装有装有集流环集流环，通过碳刷连接，通过碳刷连接，电缆盘转动时超声仪短电，电缆盘

33、转动时超声仪短电缆不会转动，工作时长电缆缆不会转动，工作时长电缆升降可由电缆盘完成，避免升降可由电缆盘完成，避免长电缆在地面拖放。长电缆在地面拖放。7、径向换能器主要技术性能、径向换能器主要技术性能n谐振频率：取决于单个压电陶瓷环谐振频率：取决于单个压电陶瓷环的谐振频率，主频宜为的谐振频率，主频宜为30-50 kHz30-50 kHz 主频与标称频率相差不大于主频与标称频率相差不大于10%n指向性：水平方向无指向性，铅垂指向性：水平方向无指向性，铅垂面上指向性（斜测），一般斜测角面上指向性（斜测），一般斜测角度取值为度取值为303040度度n密封性：在深水工作，水密性满足密封性：在深水工作，水

34、密性满足1MPa1MPa水压下不渗水（水深水压下不渗水（水深100100米）米）n外径：小于声测管内径外径：小于声测管内径径向换能器技术径向换能器技术要求要求n工作面轴向长度：不大于工作面轴向长度：不大于150mm150mmn外径：小于声测管内径外径：小于声测管内径n密封性：水密性满足密封性：水密性满足1MPa1MPa水压下不水压下不渗水（水深渗水（水深100100米）米）n扶正器：保证探头在声测管中居中扶正器：保证探头在声测管中居中n接收探头中有前置放大器，频带宽接收探头中有前置放大器，频带宽度为度为10-100kHz10-100kHz，提高接收灵敏度，提高接收灵敏度n信号电缆：带有深度刻度

35、，绝缘耐信号电缆：带有深度刻度，绝缘耐久，最好为井中专用电缆久，最好为井中专用电缆轴向长度轴向长度10cm 10cm 轴向长度轴向长度20cm20cm径向换能器的耦合径向换能器的耦合n在钻孔中使用时，用清水作耦合剂在钻孔中使用时，用清水作耦合剂n孔中水应尽可能不含悬浮物（泥浆，砂孔中水应尽可能不含悬浮物（泥浆，砂等），避免悬浮液对超声波较强的散射等），避免悬浮液对超声波较强的散射衰减，影响幅度的测量衰减，影响幅度的测量径向换能器维护径向换能器维护n切忌敲击，避免摔打、践踏切忌敲击，避免摔打、践踏 n不用时套筒保护，尤其是连接处水密性不用时套筒保护，尤其是连接处水密性n避免电缆的划伤避免电缆的划

36、伤第三部分第三部分 判断桩身完整性的声学参量与测判断桩身完整性的声学参量与测试试混凝土声学特性混凝土声学特性 (1)(1) 声速与混凝土物性关系声速与混凝土物性关系 由声速可以计算出混凝土的动弹性力学参数：泊松比由声速可以计算出混凝土的动弹性力学参数：泊松比、 弹性模量弹性模量E E、剪切模量、剪切模量G G 声速与混凝土密实度，强度存在相关性：当声波传播到有缺陷的部声速与混凝土密实度，强度存在相关性：当声波传播到有缺陷的部位，会产生折射、反射、绕射现象，使声线拉长，声时加大，视声速下位，会产生折射、反射、绕射现象，使声线拉长，声时加大，视声速下降。降。(2)(2)波幅（衰减）与混凝土物性关系

37、波幅（衰减）与混凝土物性关系 致密、强度高的混凝土波幅衰减少；强度低或存在缺陷的混凝土波幅衰致密、强度高的混凝土波幅衰减少；强度低或存在缺陷的混凝土波幅衰减大减大(3)(3)频率与混凝土物性关系频率与混凝土物性关系 在传播过程中高频成份容易衰减掉，使主频向低频侧漂移（频移），在传播过程中高频成份容易衰减掉，使主频向低频侧漂移（频移），主频率变低。混凝土质量差，存在缺陷时接收信号的频移较大，主频率主频率变低。混凝土质量差，存在缺陷时接收信号的频移较大，主频率明显变低。明显变低。透射法判断桩身完整性的声学透射法判断桩身完整性的声学参量参量混凝土缺陷造成声参量的变化混凝土缺陷造成声参量的变化n声时声

38、时加长（声速降低）加长（声速降低）n波幅波幅下降下降n主频主频下降下降n波形波形畸变畸变 正常混凝土波形特征：正常混凝土波形特征： 波形规则无畸变；波形规则无畸变； 首波陡峭，振幅大；首波陡峭，振幅大； 有缺陷混凝土波形特征：有缺陷混凝土波形特征： 波形畸变不规则；波形畸变不规则； 首波平缓，振幅小；首波平缓，振幅小； 缺陷严重且范围较大时，无法接收到波缺陷严重且范围较大时，无法接收到波形形一、声学参量之一：声时（声一、声学参量之一：声时（声速）速） 声时：声测管之间混凝土的传播时间，单位：声时：声测管之间混凝土的传播时间，单位：ss 声速声速4000m/s4000m/s，间距，间距2m2m，

39、 声时声时500 s500 s 间距间距1m1m， 声时声时250 s250 s 间距间距0.5m0.5m，声时，声时125 s 125 s 声速声速= =声测管间距声测管间距/ /声时声时 为声测管之间的平均声速为声测管之间的平均声速 实际传播距离可能不是直线，实际传播距离可能不是直线，“视声速视声速” 声测管平行（测距相同），声时与声速基本一致，声测管平行（测距相同），声时与声速基本一致， 若声测管不平行，声时变化，视声速变化若声测管不平行，声时变化，视声速变化 声速范围：声速范围： 水下灌注桩：水下灌注桩： 350035004000m/s4000m/s 干孔灌注桩：干孔灌注桩： 4000

40、40004500m/s4500m/s1 1、声时（声速）与混凝土密实性声时（声速）与混凝土密实性的关系的关系接收点信号为直达波、折射波、反射波、绕射接收点信号为直达波、折射波、反射波、绕射波的叠加，首波为最先到达的信号波的叠加，首波为最先到达的信号 1 1、混凝土内部存在离析、蜂窝、夹泥、异物、混凝土内部存在离析、蜂窝、夹泥、异物等缺陷，缺陷水、泥、空气等异物的声速远等缺陷，缺陷水、泥、空气等异物的声速远小于混凝土声速，在异物中的传播时间明显小于混凝土声速，在异物中的传播时间明显增大，使增大，使“视声速视声速”降低降低 混凝土声速混凝土声速4000m/s4000m/s 水声速水声速1400m/

41、s1400m/s 空气声速空气声速350m/s350m/s2 2、混凝土内部存在缺陷，形成声界面，声波、混凝土内部存在缺陷，形成声界面，声波在声界面将发生折射、反射、绕射，使声传在声界面将发生折射、反射、绕射，使声传播路径成折线状，使播路径成折线状，使“视声速视声速”降低降低 2 2、声时（声速）与混凝土强度的声时（声速）与混凝土强度的关系关系 声速与混凝土的弹性性质密切相关，弹性模量又与力学强声速与混凝土的弹性性质密切相关，弹性模量又与力学强度相关，定性的表述为强度越高，声速越高度相关，定性的表述为强度越高，声速越高 E E杨氏弹性模量杨氏弹性模量 混凝土：混凝土： E E2400kg/m3

42、 2400kg/m3 泊松比泊松比 0.230.23左右左右 密度密度 =38400 MPa =38400 MPa 左右左右混凝土强度还受到材料组分、结构状况等诸多因素的影响，包括粗骨料混凝土强度还受到材料组分、结构状况等诸多因素的影响，包括粗骨料的品种、粒径、养护条件、龄期等因素，因此混凝土声速与混凝土强的品种、粒径、养护条件、龄期等因素，因此混凝土声速与混凝土强度的关系比较复杂度的关系比较复杂 优质致密的、强度高的混凝土声速高优质致密的、强度高的混凝土声速高 有缺陷的、低强度的混凝土声速低有缺陷的、低强度的混凝土声速低1(1)(12 )Ev3、声时检测、声时检测 n声时单位：基本声参量，单

43、位声时单位：基本声参量，单位ss（微秒），有量纲，有绝（微秒），有量纲，有绝对可比性对可比性n声时检测精度：声时检测精度：1% 1% 以内以内 n声时测量精度取决于采样间隔（采样频率），采样间隔越小，声时测量精度取决于采样间隔（采样频率），采样间隔越小，声时精度越高，一般可取为采样间隔声时精度越高，一般可取为采样间隔0.4-1.6s0.4-1.6s（采样频率（采样频率2.5-0.625MHz2.5-0.625MHz）例：声测管例：声测管1 1米间距，声速米间距，声速4000m/s4000m/s， 声时声时250s250s，声时精度要求高于，声时精度要求高于2.5s2.5s，一般可取为，一般可取

44、为0.4- 0.4- 1.6s1.6s，（即采样频率，（即采样频率2.5-0.625MHz2.5-0.625MHz）4 4、声时检测误差与错误的主要原、声时检测误差与错误的主要原因因首波不明显或丢波首波不明显或丢波n声时检测误差声时检测误差首波起跳点不明显，首波起跳点不明显，幅度不够，需要加大增益幅度不够，需要加大增益n声时检测错误声时检测错误丢波丢波 丢波原因：换能器首次波比不佳；丢波原因：换能器首次波比不佳； 混凝土质量差；混凝土质量差； 仪器放大量不够；仪器放大量不够； 发、收距过大；发、收距过大； 克服办法：加大放大量后首波出现克服办法：加大放大量后首波出现n首波的相位判断首波的相位判

45、断发、收换能器置发、收换能器置于水桶中确认首波的相位是正起跳还于水桶中确认首波的相位是正起跳还是负起跳，并在在整个测试过程中，是负起跳，并在在整个测试过程中，对首波相位进行观察对首波相位进行观察 5、声时初读数（零声时）、声时初读数（零声时）t =tct =tc + +声时初读数声时初读数 = =tc+tc+（tg+tw+totg+tw+to）t t 测量时间测量时间tctc穿过混凝土的时间穿过混凝土的时间tgtg穿过声测管壁的时间穿过声测管壁的时间tw 穿过耦合水的时间穿过耦合水的时间toto声时总延时声时总延时tc = t tg tw to声时总延时声时总延时声时延时声时延时t t0 0的

46、产生原因的产生原因n声延迟声延迟t t1 1 换能器压电元件与被测体之间有幅射体和耦换能器压电元件与被测体之间有幅射体和耦合介质，声波通过这些介质的时间为声延迟合介质，声波通过这些介质的时间为声延迟n电延迟电延迟t t2 2 电路中的触发、转换过程以及电信号在电缆中电路中的触发、转换过程以及电信号在电缆中的传递时间为电延迟的传递时间为电延迟声时总延时声时总延时t t0 0=t=t1+ 1+ t t2 2 声延迟与电延迟造成测量声时与传播声时的差异，声延迟与电延迟造成测量声时与传播声时的差异，这个时间差统称为声时初读数这个时间差统称为声时初读数t0t0声时初读数的测试声时初读数的测试声时初读数声

47、时初读数= =tg+tw+totg+tw+tontg=(D-d)/V g Dtg=(D-d)/V g D声测管外径，声测管外径，mmmm d d声测管内径，声测管内径，mmmm Vg Vg声测管材料纵波声速声测管材料纵波声速 钢管钢管Vg=5800m/s=0.58mm/sVg=5800m/s=0.58mm/s PVC PVC管管Vg=2350m/s=0.235mm/sVg=2350m/s=0.235mm/sn tw= tw=（d d d d ）/ Vw / Vw d d声测管内径，声测管内径，mmmm d d换能器外径，换能器外径，mmmm Vw Vw耦合水声速耦合水声速 常温常温Vw=148

48、0 m/s=0.148mm/sVw=1480 m/s=0.148mm/s Vw Vw与水温有关与水温有关n to to 水中标定水中标定 二、声学参量之二：声波幅度二、声学参量之二：声波幅度n声波幅度：声波传播过程是声能的传播过程，在垂声波幅度：声波传播过程是声能的传播过程，在垂直于声波传播方向上的单位面积、单位时间内通过直于声波传播方向上的单位面积、单位时间内通过的声能为声强的声能为声强 声强与质点振动位移幅值声强与质点振动位移幅值A A成正比成正比n声波幅度声波幅度A A的变化表征了声波传播过程中能量的变的变化表征了声波传播过程中能量的变化，即声波穿过混凝土后的衰减程度化，即声波穿过混凝土

49、后的衰减程度 接收波幅接收波幅 A A 越低，声波的衰减越大。越低，声波的衰减越大。2212JvA1、波幅与混凝土密实性、波幅与混凝土密实性n在传播距离一定的条件下，混凝土质在传播距离一定的条件下，混凝土质量越差（疏松、蜂窝、孔洞、低强度量越差（疏松、蜂窝、孔洞、低强度等）衰减越大，接收信号幅度越小；等）衰减越大，接收信号幅度越小；产生绕射、折射和反射使声线产生绕射、折射和反射使声线L L 加大，加大，接收信号幅度减小接收信号幅度减小n在传播距离和测试条件一定的条件下在传播距离和测试条件一定的条件下 优质致密的、强度高的混凝土幅度高优质致密的、强度高的混凝土幅度高 有缺陷的、低强度的混凝土幅度

50、低有缺陷的、低强度的混凝土幅度低n波幅与混凝土的结构和性能有关，声波幅与混凝土的结构和性能有关，声波的幅度是检测混凝土质量的重要声波的幅度是检测混凝土质量的重要声参量参量声波衰减的原因：吸收衰减、散射衰减、扩散衰减声波衰减的原因：吸收衰减、散射衰减、扩散衰减n 吸收衰减吸收衰减- -声波传播过程中，质点之间的内摩擦使声波传播过程中，质点之间的内摩擦使得声能转变为热能，声能衰减得声能转变为热能，声能衰减n散射衰减散射衰减- -介质中在颗粒结构（骨料、气孔、缺陷等）介质中在颗粒结构（骨料、气孔、缺陷等）的声界面产生多次反射、折射、波形转换，声波散的声界面产生多次反射、折射、波形转换，声波散射导致衰