声波幻灯片课件

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1、基桩超声波法检测,中南大学,雪飞胜,2012年湖南基桩检测培训,基桩超声波法检测,中南大学 雪飞胜 Email: ,基桩超声波法检测,基本理论 仪器设备 检测技术 数据分析及判定,基桩超声波法检测,基本理论 仪器设备 检测技术 数据分析及判定,基本理论,波动与声波 波的类型 波在混凝土中的传播规律,基本理论,波动与声波 声波检测一般是以人为激励的方式向介质（被测对象）发射声波，在一定距离上接收经介质理特性调制的声波（反射波、透射波或散射波），通过观测和分析声波在介质中传播时声学参数和波形的变化，对被测对象的宏观缺陷、几何特征、组织结构、力学性质进行推断和表征。而声波透射法则是以穿透介质和透射声

2、波为测试和研究对象的。,基本理论,声波种类和对应的频率范围 名 称 频率范围 次 声 波 020Hz 可闻声波 20Hz20kHz 超 声 波 20kHz1000万kHz 特超声波 1000万kHz,基本理论,用于混凝土声波透射法检测的声波主频度一般为3050kHz。,基本理论,波的类型： 1.纵波 质点的振动方向与波的传播方向平行 P (压缩波) 2.横波 质点的振动方向与波的传播方向垂直 S（剪切波） 3.表面波 质点两种振动的合成振动 R,基本理论,波在混凝土中的传播规律 固体中传播的声波遇到界面时会有反射和折射，而且情况较复杂，因为固体中可以传播纵波和横波，界面上反射和折射时会有振动模

3、式的转换，即入射纵波的部分能量会变成反射、折射的横波能量，入射横波的部分能量会变成反射、折射的纵波能量。 波在介质中传播时，其质点的振动幅度会随着距离的增加而减小这种现象称为声波的衰减。造成衰减的主要原因是介质对声波波动的能量吸收称吸收衰减。此外声波在介质中颗粒结构上要发生散射，也会形成衰减称散射衰减。上述两种衰减均服从指数规律。,基桩超声波法检测,基本理论 仪器设备 检测技术 数据分析及判定,基桩超声波法检测,仪器设备,声波发射和接收换能器应符合下列条件： 1.沿径向无指向性 2.频率宜在3050 KHz 3.长度不大于150mm 4.水密性满足1Mpa水压不渗水,基桩超声波法检测,基本理论

4、 仪器设备 检测技术 数据分析及判定,检测技术,1.声测管的埋设 桩径不同时声测管的埋设数量不等，如图所示。桩径D800mm埋设2根管；800mmD2000mm埋设不少于3根管；桩径D2000mm不少于4根管。声测管宜采用钢管、塑料管或钢质波纹管，内径宜在5060mm。声测管必须保持平行，用钢管时声测管可代替钢筋笼的竖筋，其管底应封死，检测时管内注满清水，作为声波耦合介质。,检测技术,2.检测前的准备 1）标定仪器系统延迟时间： t=t.+b.l 2) 按下式计算声时修正值： 3）测量管距： 4）注满清水 。,检测技术,例：换能器直径D为30mm，将发收换能器置于清水中，在换能器表面净距离d1

5、=600mm、d2=300mm时测得仪器声时读数分别为t1 =380s、t2 =194s， 1.请计算仪器系统延迟时间（即仪器零读数）t0 ？ 2.将上述换能器放入钢管（内径1=55mm，外径2=60mm）的声测管中进行测桩，请列出算式并计算出该测试中的声时初读数（已知：水的声速为1480m/s，钢的声速为5980m/s）？,检测技术,答： 194600-300380 仪器系统延迟时间（即仪器零读）t0=8.0（s） 600-300 55-30 声波在耦合介质（水）中的传播时间tw=16.89（s） 1.480 60-55 声波的声测管壁中的传播时间ts=0.84（s） 5.980 声时初读数

6、 t=8.0+16.89+0.84=25.73（s）,检测技术,3.现场检测,检测技术,测量时两换能器可置于同一标高（水平同步）或相差一定高程（高差同步），测点间距不宜大于250mm.在桩身质量可疑点周围，应加密测点，或采用斜测。,基桩超声波法检测,基本理论 仪器设备 检测技术 数据分析及判定,数据分析及判定,声波透视法检测需要分析和处理的主要声学参数是声速、波幅、主频，同时实测波列也很重要。声速的变化规律性较强，在一定程度上反映了桩身混凝土的均匀性，而波幅的变化较灵敏，主要在保持测试条件一致的前提下也有规律。PSD判据可作为辅助异常点判据。,数据分析及判定,混凝土是由多种材料组成的多相非匀质

7、体。对于正常的混凝土，声波在其中传播的速度有一定的范围，当传播路径遇到混凝土有缺陷时，如断裂、裂缝、夹泥和密实度差等，声波要绕过缺陷或在传播速度较慢的介质中通过，声波将发生衰减，造成传播时间延长，使声时增大，计算声速降低，波幅减小，波形畸变，利用超声波在混凝土中传播的这些声学参数的变化，来分析判断桩身混凝土质量。,数据分析及判定,声波透射法检测桩身混凝土质量，是在桩身中预埋24根声测管。将超声波发射、接收探头分别置于2根导管中，进行声波发射和接收，使超声波在桩身混凝土中传播，用超声仪测出超声波的传播时间t、波幅A及频率f等物理量，以此判断桩身结构的完整性。,数据分析及判定,数据分析及判定,数据

8、分析及判定,桩身质量依据其完整性和混凝土强度划分为四类，其判别标准为： 类：测点声时、波幅均正常、无超判据现象； 类：测点波速偏低，单一测线局部超判据 类：测点波速偏低、两条测线在同一深度或一条测线较 长部位超判据； 类：测点波速严重偏低、桩身同一深度三条测线或两条测线较长部位有异常反映，超判据,数据分析及判定,几个主要问题： 1.基桩低应变反射法测试波速与声波透射法测试波速的比较 在基桩低应变检测和声波透射法检测中均采用纵波，两者波的类型是相同的，桩身材料是相同的，不同之处主要有以下三个方面： （1）波长和边界条件 低应变试验，应力波波长量级为米，应力波沿桩纵轴线传播，在垂直于波的传播方向上

9、的横向尺寸为桩径，纵向尺寸桩长较长，桩可视为杆件，声速v1近似杆件波速。 声波透射法试验中，波长量级为厘米，在垂直于波的传播方向上桩的横向尺寸为桩纵剖面，明显大于波长，声速v2接近体波波速。因此，v2明显大于v1。,数据分析及判定,（2）声波频率 低应变冲击脉冲主频在几百赫兹，声波脉冲主频高达3050kHz。 在相同介质中，高频声波波速高于低频声波波速，即存在所谓“频散”现象。 （3）测距 低应变若以桩底反射信号和桩长反算波速，则“测距”为2倍桩长。 声波透射法测距比桩径略小，明显小于桩长，声波在其传播过程中有“频漂”现象，即着传递距离的增加，主频降低，传播速度减慢，测试波速减小。因此测距的差

10、异也加大了反射波法波速与声波透射法波速的差异。 声波透射法波速大于低应变波速。,数据分析及判定,2.声测管埋设不平行检测结果分析 声波透射法检测桩身质量依据声波穿过预埋的两声测管间混凝土所耗时间，在灌注桩浇注后实施完整性检测时，声测管在桩中的实际间距已无法测量，只能测量暴露在桩顶的声测管外壁间距。如果声测管预埋时不平行，误差较大，对整个基桩测值的分析及均匀性评定都有较大影响，甚至造成误判。 由于声测管埋设不平行，用声波透射法检测的结果将发生变化，在同一工地，对编号为12-4#桩进行检测，检测结果曲线见图。,数据分析及判定,数据分析及判定,从图曲线中，可明显看到由于声测管埋设不平行，各测面波速平

11、均值相差较大，13管剖面波速平均值最大，23管剖面波速平均值最小，最大与最小剖面的波速相差达1539m/s，三个检测剖面的平均波速为4302 m/s，最大误差占平均值的35.68%。 这样的检测结果是不能使用的。应该说检测已失效。 但考虑到在同一工地对声测管预埋的情况进行了了解，且各测点实测波形较好，分析产生这种结果主要是声测管预埋不行造成的，故考虑可以对此桩的检测结果进行斜管校正后分析。,数据分析及判定,3.斜管校正与缺陷分析 当同一根桩各剖面出现波速变化较大，实测声速曲线变化较大时，我们应先对实测数据和实测曲线进行分析，可能是由于声测管斜弯引起的，也可能是由于桩身存在缺陷引起的，因此必须做

12、出准确的判断，否则可能引起误判。斜管的波形、曲线和桩身缺陷的波形、曲线是有区别的，总结如下： （1）从实测波形及实测曲线来看，测点实测波形较好，实测波速曲线呈渐变变化，波幅基本无明显变化，可判断该桩声测管存在斜弯现象，而非桩身存在明显缺陷，应先对声测管进行斜管校正，然后进行质量分析。图5就是这种情况，在对13管检测剖面、23管检测剖面进行斜管校正后，曲线如图6。从图6曲线中可看出，各测面波速平均值相差不大，图6曲线才较真实地反映了该桩混凝土的实际情况。 （2）从实测波形及实测曲线来看，测点实测波形较差，波幅衰减明显，实测曲线局部发生突变，声速和波幅变化较陡，一般情况下可认为该桩桩身存在缺陷。,

13、数据分析及判定,数据分析及判定,声测管的平行情况，对接收波形的衰减和畸变等物理量均有影响，特别对波速影响较大，而波速又是判断灌注桩桩身质量最重要指标。因此在分析桩身质量时必须做出准确判断。 施工单位应采取相关措施保证声测管之间的不平行度控制在一定范围内。在实际施工中，由于钢筋骨架刚度、声测管自身强度等因素，对声测管的平行性会造成一定的影响，产生误差。实践证明，施工中分段预制钢筋笼，现场接长，若将每节钢筋笼（约10m）两端管距误差控制在2cm，则声测管倾斜度可控制在1以内。 南京水利科学研究院的PCS程序是目前较为有效、方便解决声测管倾斜问题的方法。,数据分析及判定,4.后压浆技术处理大直径灌注

14、桩缺陷 处理桩底缺陷时具有胶结桩底沉渣、形成扩大头效应及加固桩底一定范围桩周土等作用，还可提高承载力，有效减少桩基建筑物不均匀沉降。采用后压浆工艺桩的单桩承载力，对于细粒土可提高30%70%，对于粗粒土增幅达60%120% 。 灌注桩后压浆处理包括桩端压力注浆处理及桩身缺陷处理。桩端后压浆主要体现在： 1）桩底缺陷加固。桩端压浆通过所压浆液对桩底沉渣的置换、挤密和固结作用，浆液渗透到最疏松的桩端沉渣间隙中，形成水泥凝结块，可改善或消除桩底沉渣对端承力发挥不良的影响；浆液进一步向桩端持力层中渗透，通过渗透、劈裂和机密胶结作用形成扩大头增大了桩端受力面积，并且压浆对持力层的加固又改善了其受力状态。

15、 2）改善持力层条件、提高桩的端承力。改善持力层的物理力学性能，恢复和提高持力层土体的强度，桩端压浆能使桩的端承力得到大幅度提高,数据分析及判定,3）提高桩侧摩阻力有关资料表明，桩底压浆时浆液通过渗入和劈裂作用压入桩底沉渣和周围一定范围的土体中，并沿桩土软弱界面上扩至桩底以上1020m甚至更高范围。 桩身缺陷压浆处理主要体现在： 在压力作用下，浆液渗透到桩身缺陷部位裂隙中，填充和挤密其中的空隙，在缺陷部位形成致密胶结物，提高缺陷部位桩身混凝土强度；随着浆液的持续压入，浆液沿纵向和横向渗透，置换桩周的泥皮及土层土颗粒，形成具一定强度的浆包，加大缺陷部位断面，达到桩身缺陷部位补强的目的。,数据分析

16、及判定,工程案例与处理效果分析 （1）局部缺陷处理 案例1：A-7#桩，桩长67.5m，钻孔灌注桩。9.259.75m段2个剖面波形严重衰减、1个剖面良好。,数据分析及判定,数据分析及判定,数据分析及判定,钻芯验证：局部在9.259.75m段离析 注 浆 前：波速2496m/s、波幅88.93dB PSD值282 us2/cm 注 浆 后：波速3750m/s、波幅94.08dB PSD值23us2/cm,数据分析及判定,5. 强度和波速关系,数据分析及判定,数据分析及判定,基桩高性能混凝土超声波波速参考值,数据分析及判定,谢 谢！,基桩超声波法检测,讲稿幻灯片文档在下列邮箱 密码：hn112233,