《4.高频地震波检测砼构件完整性-单娜琳.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《4.高频地震波检测砼构件完整性-单娜琳.doc（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、利用高频地震波检测混凝土构件完整性的方法单娜琳 朱德兵 黄锡柳（桂林工学院资源与环境工程系 541004）0 前言 高层建筑地下室的地梁、桩承台等许多钢筋混凝土构件，在施工过程中如振动不足或其它原因，则会在构件中形成空洞或蜂窝，或构件结合部位造成离析，使混凝土构件强度下降。但构件施工之后，却不容易判断其内部的质量情况。为了达到不损坏混凝土构件，检测混凝土构件内部质量的目的，采用地震映像法(又称为共偏移距法，工作时激发点和接收点保持固定的距离沿剖面逐点测量)，对已知有不均匀体存在的构件进行试验，对资料的几何学和动力学特征进行了对比分析，得到解决问题的方法，在实际测试工作中取得了较好的效果。但由于
2、有限尺寸构件波场的复杂性，这种检测方法还需要进一步在理论上和实践中探讨和研究。1 混凝土构件质量检测的基本原理混凝土构件内部如有蜂窝或空洞存在，则介质的密度及弹性波的传播速度也随之变化，形成不均匀异常体，在异常处地震波的传播时间及地震波的波形会发生变化，据此检测出弹性性质异常的位置，根据异常特征推断混凝土内部的不均匀体的空间位置。混凝土构件一般为体积有限的几何体，以地梁为例，根据设计要求几何尺寸大约为长几十米；宽约0.3-0.5m；高约0.9-1.6m；桩承台长宽高的尺寸相差较小，可以看成是三维体。在混凝土构件的某一点激发，在混凝土内部及各界面上产生直达波、反射波、面波、，转换波等。在这样的几
3、何条件下，很难将其假设为一维或二维体，无法特定地利用某一种波进行测量。但如果采用地震映像(共偏移距法)进行检测，在介质均匀时，由于激发接收条件，混凝土构件条件相似，各种地震波的动力学特性也几乎相同，地震记录上的各种波特征相似。如构件内部有局部低速介质存在时，一些相应的波，例如反射波、面波、转换波的到达时间将延长，或波的动力学特征改变。因此，根据异常体处反射波、面波的波速降低、频率降低或波的传播方式改变，造成波形、到达时间和振幅的变化，或产生新的波等特征，并与无异常体存在的波形图进行比较，即可较精确的判断异常体的位置。2试验工作 根据以上的分析，对3种情况下的异常体进行了试验工作，证明方法的可行
4、性和了解异常体产生的波形特征。21 混凝土构件裂缝这是假设混凝土没有搅拌均匀，在局部形成低速薄层的情况。试验位置选在楼房预制板地面上，二块预制板板间用水泥填充，结合处下方为房屋的横梁。由于振动等原因，联接处的水泥已开裂，地面可见1-2mm的裂缝，连接处的水泥与预制板的强度有较大差异，为低速异常体。测线垂直于联接处布置，图1波形记录的试验参数为偏移距40cm、点距20cm，检波器频率100Hz，采样间隔50ms。记录中有2道记录可清楚地看到异常处直达波和其它波到达时间延迟，从图上可以看出房屋横梁产生的绕射波：图2波形记录的偏移距60cm、点距10cm，其它参数与图1相同，在图上有6道地震记录上出
5、现了明显的延迟反映，横梁产生的绕射波明显。根据不同偏移距离和点距变化的测试结果可知，反映水泥连接处的低速异常体存在的波形形态与偏移距离和点距有关，当激发点和接收点位于裂缝两侧时，波至时间增大。偏移距离为60cm，点距为10cm时，在连接处有6道异常，直达波到时明显晚于无低速介质的情况；而当偏移距离为40cm，点距为20cm时，在连接处有2道异常，直达波到时稍晚于无低速介质的情况。由图l和图2可知，当接收点和激发点位于裂缝两侧时，裂缝的影响即出现在地震记录上。异常体在地震记录上的长度不但与异常体本身的宽度有关还与偏移距离有关。根据地震映像的试验结果，可以得到确定异常位置和判断异常体尺寸的方法。2
6、2 混凝土构件表面的蜂窝 混凝土构件表面的蜂窝对地震映像的波形影响为构件表面的蜂窝改变了构件的几何尺寸，如尺寸较小时，对波形的改造作用并不明显。图3是在有蜂窝的预制墙体上进行的试验，墙体厚30cm，表面有几处直径约5cm，深度约lcm的蜂窝。试验结果如图3所示。试验参数为偏移距60cm、点距10cm。在过蜂窝处的波形记录上可看出，地震波的到达时间没有改变，但在激发点和接收点在蜂窝两侧时，有3道记录的波形振幅明显降低。现在还不能从理论上解释产生这种波形的原因，只是从实验中可知，构件的几何形态的微小改变，也会反映到波形记录中，在构件表面的蜂窝有异常，介质内部的蜂窝也会有明显的异常。23 混凝土构件
7、的局部不均匀体混凝土构件的局部不均匀体可能为构件中埋设的便于电缆等通过的铁管、塑料管或是混凝土没有均匀填充的蜂窝与空洞。因铁管、塑料管管壁虽然很薄，但与混凝土有明显的物性差异，所以表现出明显的绕射波异常。图4为在存在已知铁管的地梁上进行的试验测量，地梁宽30cm，高90cm、钢管直径15cm，距离地梁顶面20cm。从波形图上可以看到明显的双曲线形态的绕射波同相轴，由于有规则几何体存在，产生的绕射波易于识别。图5所示的是另一管道存在的波形记录，其参数为：钢管直径15cm，距离地梁顶面30cm。 (管径15cm，深度20cm) (管径15cm，深度30cmm) 从图4、图5可以看到，有物性差异较大
8、的物体存在时，会产生明显的绕射波，有明显的特征，易于识别。 从以上的试验工作可知，如果地梁中存在空洞、蜂窝等低速异常体，并具有一定的体积，则在波形记录上的形态应与管道产生的异常相似，并有低速体的异常特征(即波至的到达时间增大)。但由于空洞、蜂窝等几何形状不规则，物性差异相对较小，所以异常的幅度小于管道的异常，绕射波也不十分规则。因此利用地震映像法，考查各种波波形的变化，可以较精确地确定异常体的位置。3 检测实例 31 工作方法技术 广西玉林某高层建筑工地，监理人员对混凝土灌注质量提出质疑，因此采用不损害地梁等混凝土构件的方法检测构件的混凝土均匀性。检测工作采用SWS-1G型多功能面波仪进行，用
9、l00Hz检波器接收，采样间隔50ms，偏移距为60cm，点距l0cm。采用小铁锤作为震源，信号频率约为700-1000Hz。 32检测结果及解释检测的地梁，大多地震映像波形图如图7所示，波至时间和波形宽度基本一致，振幅衰减程度相似，这些地梁质量较好，混凝土灌注较均匀，无异常体(蜂窝或空洞)存在。地梁中有不均匀体存在的情况如图8、9所示，从图中可以看到明显的波至时间、波形宽度和振幅的变化。这些变化反映了异常体的存在及异常体大小。在异常解释中根据施工图等资料分析，在这些异常部位没有管道等物体存在。根据模型试验的结果推测图8、图9所示的波形异常反映的不均匀体的长度约5cm左右。由于条件限制没有对异
10、常部位进行验证，但通过检验证明利用这种方法可以探测混凝土构件中的局部异常体和低速体。4结论和讨论 在模型试验的基础上，利用地震映像记录中波形的变化判断混凝土构件内部的均匀性，取得了较好的效果。这种方法能利用改变偏移距、或点距来突出异常，使微小异常明显地反映出来。这种检测方法的实质是一种对比方法，各种检测条件不变，则异常反映了混凝土介质的不均匀性。 在试验工作中考虑了应用超声波检测法，但高频声波的能量衰减过快，无法得到令人满意的结果。利用地震映像法基本可以得到准确、清晰的信号，但如果要达到准确定量的目的，应该进一步研究波场的的特征，确定异常波至类型及其频谱特征，找出准确计算的方法。另外在检测技术中采用更高的频率、较小的采样间隔，可能会提高的分辨率，得到最佳效果。4
