声波透射法讲义

1、1 原理 由发射换能器（探头）在砼内激发高频 波，并用接收换能器记录波在砼内传播过程 中的波动特征当砼内存在不连续或破损界 面时如松散、蜂窝、孔洞、夹层时，将使波 产生散射、反射、透射及绕射；根据波的初 至到达时间和波的能量衰减特征、频率变化 及波形畸变程度等特性，经过处理分析就能 判别测区内砼的参考强度和内部存在缺陷的 性质、大小及空间位置 2 超声波频率 v次声波的频率小于20Hz； v人耳能听到的正常声波为20Hz-20000Hz; v超声波的频率大于20kHz 3 仪器设备 v主要包手三个部分：发射换能器、接收换能 及主机 4 传播路径 砼管壁水 发射 接收 管壁水 水水 砼 管壁管壁

2、 5 与低应变区别 v传播方向：低应变沿桩身纵截面传播，超声 波沿横截面传播； v波长：低应变的波长为米级的(0.5-2.0m)，超 声波的波长为厘米级的(4-8cm) v频率：低应变的频率从几百到几千Hz，超声 波一般为30-50kHz 6 低应变与超声波的互校 v如果某根桩动测定为 类，请问超声波一定能 测出或吗？ v答：不一定，因为二者 的测试方向不同，超声 波只能测出有一定宽度 的缺陷 低 应 变 超 声 波 7 波速比较 v检测中用到的三种方法：高应变、低应变及 声波透射法，它们波速之间的关系基本上是： 高应变波速低应变波速超声波波速 8 波束扩散角 v声波在平面上假定是可 以全方位

3、扩散，但是竖 直方向上，它的扩散受 到波长及换能器长度的 制约，计算公式如下： )22. 1 ( 1 sin2 D 9 波长计算 v假设超声波频率为40kHz，波速为4500m/s， 请问波长多少？ v假设动测波的频率为3kHz，波速为3600m/s， 请问波长多少？ 根据公式 m f v 11. 0 1000*40 4500 1 m f v 10. 1 1000*3 3300 2 10 常见介质波速 v通过了解常见介质的波 速，有助于对砼缺陷的 判断当砼内有空洞， 则波速会大幅度下降； 当测得声速很大，如大 于6000m/s，则一定是 管斜了；当声测位于 5000-6000之间时，有 可能上

4、粗骨料集中或管 斜了 钢筋5900m/s 砼4500m/s 水1500m/s 空气340m/s 石灰石6100m/s 11 波幅分析 v波幅的高低受到仪器、传感器灵敏度及发射 能量的影响，不能说90db的桩质量一定比 100db的桩身质量好不同厂家的换能器具 有不同的分贝初始值不同的换能器、不同 的桩径它们之间的波幅值是没有可比性的 v波幅的衰减性受到 桩材不均匀性 、声波传播 路径、点源距离 影响，所以，同一根桩，不 同的管距，其波幅是不一样的 12 波幅算例 v波幅本质上反映的是声压大小，规范规定， 当波幅小于平均值6db时，可定为异常点 v若平均波幅Am=90db，当A=84db时，测点

5、 声压比值为多少？ v据 13 管距计算 v受到各方因素的影响，声测管在桩头经常会 歪掉，使桩顶管距与实际偏离较大作为一 个检测人员，应该知道各种直径桩的标准管 距例如，对于1000mm径的管桩，当三个 管距的管距为800mm、 700mm及830mm时， 则明显是错误的 v请计算1000 1200 1500 及2000mm的标准管 距? 14 管距算例 v桩直径为1000mm，钢筋笼 内径900mm，声测管直径为 50mm，因为三根管夹角均 为120度（A B均表示声测管 园心位置）经计算可得： OB=425mm， AB=2*cos30*425=736mm， 再减掉管直径50mm，得到 管距

6、为686mm 15 声测线排水体积 v规范规定：管口应高出桩头10mm以上这 个规定只是个最小值，实际操作中不很不够 的 v例如，对于一根60m的长桩，声测管内径 50mm，声测线直径6.5mm，换能器的长度 为250mm，换能器直径30mm，若管口与桩 顶平，计算桩顶以下多少长度水会被排出， 导致测不到桩顶砼？ 16 声测线排水体积（续） 17 大直径桩检测 v大直径桩（如大于180cm)检测时，宜采用高 电压1000V，先保证发射能量足； v另外，应采用低频率因为高频率的波，穿 透能力弱，距离短，不利于大直径桩检测； v最后，波形分析时，因为大直径桩的能量衰 减大，波形较凌乱，波幅离散性大

7、，应从宽 判定桩身完整性类别 18 声速、波幅与缺陷关系 v当声速较高，波幅下降，一般是因为砼离析、 粗骨料集中引起的因为石头的声速高，且 使声波绕射，能量损失大 v当声速较低，波幅较高时，一般是因为砼离 析、细骨料集中引起的因为砂子声速低， 且声波穿过时能量损失小 v当声速较低，粗骨料少；波幅较低，有空洞 蜂窝，该桩质量问题严重 19 龄期未到检测 v测得声速普谝较低，如正常波速为4500m/s， 有可能只测到3600m/s； v另外，波速虽然低，但离散性较小，即n个测 点的标准差很小 v因为强度不够，波幅也相应较低，且离散性 偏大 20 声速、频率与波幅与砼质量关系 v声速：若混凝土均匀，

8、各断面所测得声时值基本相 同；桩身有缺陷，缺陷部位对应的声时加大、声速 降低。 v频率：超声波脉冲穿过混凝土时，各频率成份声波 衰减程度不同，高频部分衰减大，因而接收信号的 主要频率向低频端漂移，桩身有缺陷，接收的频率 明显降低。 v波幅：桩身有缺陷，接收的波幅降低离散性大；没 有缺陷时，波幅均匀 21 未采到波形原因分析 v检测声测管内有没有水，无水时声波接收不 到，肯定没信号； v换能器工作不正常，如果发射端坏掉，则听 不到嗒嗒的发射声； v桩声砼严重离析，声波能量很弱使得接收端 接收不到信号； v接头损坏 22 经典波形 23 影响砼波速原因 v龄期：规范规定，强度应达到设计值的70%，

9、 且不小于15MPa； v粗细骨料属性：如果粗骨料的含量多且其波 速高，则砼的波速也较高； v砼强度等级 24 PSD计算 vPSD是判定桩类别的一个重要指标，它表示 声时变化的平方与距离之比 vPSD是一个非常敏感的指标，任何缺陷的变 化，都会使PSD发生大的变化 v使用PSD时可以克服由于管斜而造成声速无 法使用的情况，因为PSD对应的距离为测点 间距，管斜不会累加 v但是，对PSD变化多少，它相应的情况是怎 样？ 25 桩身夹层PSD计算 v假设在夹层中的 波速为3500m/s， 正常波速为 3800m/s，测点距 为20cm，管距为 0.8m，该处的 PSD? 测点Zi 测点Zi-1

10、L(声测管间距距） 桩身缺陷为夹层(波速v2) 正常砼(波速v1) 桩身缺陷为夹层的PSD计算图 26 桩身夹层PSD计算（续） 27 桩身空洞PSD计算 空洞半径15cm,测 点间距20cm， 管距0.8m，正 常砼波速 3800m/s，空洞 处声波绕形，按 图计算PSD? 桩身缺陷为空洞的PSD计算图 正常砼(波速v) 空洞砼(半径为R） L(声测管间距距） 测点Zi-1 测点Zi R 28 桩身空洞PSD计算（续） 29 桩身蜂窝PSD计算 v蜂窝直径15cm， 管距0.8m，测距 20cm，正常波速 3800m/s，在蜂窝 中波速为2500m/s， 假设波穿过蜂窝， 计算PSD? 测点

11、Zi 测点Zi-1 L(声测管间距距） 蜂窝砼(直径为D,波速v2） 正常砼(波速v) 桩身缺陷为蜂窝的PSD计算图 D 30 桩身蜂窝PSD计算（续） 31 波速临界值确定 v将所测得的声速vi按从大到小依次排列； v对从0开始遂一去掉vi序列中最小值后的数据 进行统计，当去掉最小数值后的数据个数为k 时，对余下v1vn-k按公式进行统计； v将vn-k与异常判断值v0进行比较，当vn-kv0 vVo即为异常值 32 波速临界值算例 33 34 去大值法 v旧规范讲的是去小值法，即明显小的波速给 予排除。 v新的规范里，采用双向剔除法，即异常大值 法也要去除。计算公式与去小值类似。 35 波

12、速计算 v若表格中将管距改成 800mm，声时不变， 计算各测点的声速值。 从中可以得到管距变化 对声速的影响。 t d v 测点声时us 声速m/s 1225.63546 2237.63367 3238.43356 4239.23344 5248.03226 6240.03333 36 波幅临界值 v计算平均值：Am=105； v最小值Amin=98 v根据公式 v所以，2点为异常点 9961056 mc AA 37 PSD计算 38 能量法计算 v能量法判别标准是将前面3-5个波幅相加，作 为波幅判别标准。 v常规的方法只是将首波的波幅作为评判标准， 这实际上不是很准的。 39 斜测 v单采用平测是发现某些测点附近声测线异常， 这时，应采用斜测进行复测。如果在同一标 高处