《市政工程智慧检测》课件-声波透射波法检测桩身缺陷

声波透射法检测桩身缺陷目录CONTENTS现场检测4结果分析5检测原理1仪器设备2声测管埋设3检测原理

11.检测原理

声波透射法检测桩身缺陷的原理是在预埋声测管之间发射并接收声波，通过实测声波在混凝土介质中的传播时间、频率和波幅衰减、波形崎变等声学参数的变化，对桩身完整性进行检测。基桩深度计 超声波仪声测管缺陷缺陷接收换能器发射换能器检测阴影图

发射换能器发射超声波，如果混凝土中有缺陷或裂缝，则波形参数有以下变化：声时s：强度变低，声时延长；振幅A：波被反射，振幅变小；频率f：高频被吸收，频率偏低；波形：波的迭加会使波形畸变。1.检测原理发射换能器接收换能器yAOAvxT/f/λ仪器设备22.仪器设备深度计绕线轮超声波仪换能器2.仪器设备（1）深度计

深度计为计数滑轮，内置角度传感器。滑轮半径为r，则导线绕滑轮转动弧长l=r×θ，当导线提升或下降一定高度(一般设定为10cm或20cm)时，超声波仪自动采集波速和振幅等数据，以及相应的深度位置。计数轮三角架换能器导线输出导线2.仪器设备（2）超声波仪

1）模拟式超声波仪

模拟式超声仪是将接收放大后的信号（模拟信号）直接送到显示系统，以示波器直接显示。

2）数字式超声波仪

数字式超声波仪是将接收信号转化为数字量，便于对信号（包括测试结果和整个波形）存储、重现和分析、自动判读。模拟式超声波仪数字式超声波仪2.仪器设备（2）超声波仪2）数字式超声波仪

数字式超声波仪应满足以下技术要求：①接收放大器的频带宽度为5~200kHz，其下限不宜降低，否则不利于滤去因换能器绝缘性能降低而产生的低频信号，造成自动判读时丢波和错判现象。增益不应小于100dB，放大器的噪声有效值不大于2μV；波幅测量范围不小于80dB，测量误差小于1dB。②声时显示范围应大于2000μs，精度优于0.5μs，计时误差不应大于2%。③采集器模-数转换精度不应低于8bit，采样频率不应小于10MHz，最大采样长度不应小于32kB。2.仪器设备（2）超声波仪

3）多跨孔全自动超声波仪

多跨孔全自动超声波仪是通过手工或步进电机驱动同步提升发射和接收换能器，仪器每隔一定间距自动采集信号，读取声学参数，自动保存波形及参数。多跨孔全自动超声波仪最多可一次检测4个声测管，效率高，定位准确。多跨孔全自动超声波仪2.仪器设备（3）换能器

换能器是产生和接收超声波的仪器，分为发射换能器和接收换能器。发射换能器是将电能转换为超声波，接收换能器是将超声能量转换为电量。发 接射 收换

换能 能器 器换能器横波换能器纵波换能器平面换能器径向换能器表面波换能器普通平面换能器夹心式平面换能器弯曲式平面换能器宽带平面换能器增压式径向换能器圆环式径向换能器一发双收换能器2.仪器设备（3）换能器

1）平面换能器

平面换能器的幅射面是平面，发收平面波，用在结构表面上的测量，以黄油等膏体作耦合剂。2）径向换能器

径向换能器利用压电体的径向振动，发收柱面波，用在钻孔和管中测量，通常以水作耦合剂。2.仪器设备（3）换能器

2）径向换能器

径向换能器应满足以下技术指标：

①径向水平面无指向性；谐振频率宜大于25kHz；在lMPa水压下能正常工作。②接收换能器宜带有前置放大器，频带宽度宜为5~60kHz（一般是50kHz）。③单孔检测采用一发双收一体型换能器，其发射换能器至接收换能器的最近距离不应小于30cm，两接收换能器的间距宜为20cm。④收、发换能器的导线均应有长度标注，其标注允许偏差不应大于10mm（导线外皮材料为树脂，长时间使用会收缩，现大多数仪器可用深度计对导线长度进行标定）。声测管埋设33.声测管埋设（1）材料及尺寸

声测管材料要求有足够的机械强度，保证在混凝土浇注过程中不会变形，与混凝土粘结良好，不致在声测管和混凝土间产生剥离缝，影响测试。

焊接钢管（有缝钢管）刚度大，便于安装，声阻抗大，又可代替部分钢筋，是最合适的声测管材料。焊接钢管基桩深度(m)声测管壁厚(mm)基桩深度(m)声测管壁厚(mm)<50≥1.070～90≥1.550～70≥1.290～120≥1.8不同桩基深度对应的声测管壁厚3.声测管埋设（2）数量及布置

《公路工程基桩动测技术规程》（JTG/TF81-01-2004）规定：D≤1500mm3管×3个测面D>1500mm4管×6个测面3.声测管埋设（3）连接方式

螺纹连接

焊接连接

钳压式连接3.声测管埋设（3）连接方式

声测管连接好以后，还需要用电焊将套筒与声测管上下两端焊接起来。

注意：不能对焊，防止有焊瘤卡换能器，保证不漏水，又不要将声测管焊穿。套筒套筒焊接声测管3.声测管埋设（4）基本要求

1）当桩径不大于1500mm时，应埋设三根管；当桩径大于1500mm时，应埋设四根管。2）声测管宜采用金属管，

其内径应比换能器外径大15mm，管的连接宜采用螺纹连接，且不漏水。3）声测管应牢固焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，且互相平行、

定位准确，埋设至桩底。管口宜高出桩顶面300mm以上。声测管管底应封闭，管口应加盖。4）声测管布置以路线前进方向顶点为起始点，按顺时针旋转方向进行编号和分组，每两根编为一组。123桩主筋架立钢筋声测管现场检测44.现场检测声测管安装声测管灌水声测管编号声时修正记录信息现场检测声速管距修正缺陷分析完整性判别仪器准备基桩准备现场检测结果分析4.现场检测（1）检测前准备规定

检测前准备应符合下列规定：

1）被检桩的混凝土龄期应大于14d。

2）声测管内应灌满清水，且保证通畅。

3）标定超声波检测仪发射至接收的系统延迟时间t0。4）准确量测声测管的内、外径和两相邻声测管外壁间的距离，量测精度为±1mm。5）取芯孔的垂直度误差不应大于0.5%，检测前应进行孔内清洗。4.现场检测（2）声测管灌水

声测管灌水应注意以下事项：1）所有声测管管口高程应一致。正式检测前，建议用通孔器在每个声测管中试走一遍，以确保声测管畅通。2）即使声测管在浇注混凝土时已灌满水，水也会出现一些损耗，检测前需要补水。3）采用水泵灌水，由于充水很快，有时候空气来不及排出，虽然管口已冒水但实际上声测管并未充满水。因此采用水泵灌水，应提前灌水并静置一段时间，或者使用通孔器或换能器在声测管中预先走1遍，待管中空气排出后再补水。4.现场检测（3）声测管编号

声测管的布置以路线前进方向的顶点为起始点，按顺时针旋转方向进行编号和分组，每两根编为一组。

若埋设4根声测管先检测对角在线的两个剖面AC、BD，是因为这两个剖面通过桩中心，首先检测后就可大体了解桩身质量，如果这两个剖面未发现异常，则该桩不会出现大的问题。ABCD4.现场检测（4）声时修正

由超声仪测得的声时ti，除包括在混凝土中的传播时间t外，还包括系统延迟时间t0、超声波在管壁tw、管内水中的传播时间tt。

因此应进行声时修正，将这三个时间（有些规范或超声仪生产厂家将这三个时间统称为零声时或声时初读数）减去，得到超声波在混凝土中实际的传播时间t。 d

d

`水 钢管 l 测量间距

D

换能器测量间距tt+tw+ttt

ti

t0

tw

tt4.现场检测（5）记录信息

测量桩顶标高、桩长和基准标高。基准标高指基准点的高程，以此作为检测时的相对零点。基准点可选择声测管管口，管口加装滑轮后应以滑轮顶部作为基准点。

手动测桩仪管底以及声测管剖面底部、顶部读尺由电缆上的刻度读数，而自动测桩仪由提升装置自动记录换能器深度位置。自动测桩仪提升装置将信号电缆线提升一定高度，计算超声仪上显示的高度差，把两个数据输入超声仪内，仪器自动完成标定。设计标高基准标高桩底标高4.现场检测（6）仪器准备

深度计超声波仪换能器绕线轮其他仪器设备：卡尺水桶钢卷尺等4.现场检测（7）现场检测1）正常测试顺序

①

换能器放置到桩底；

②

自动采样，间隔为0.1或0.2m；

③

缓慢提升，注意首波显示。

自动测桩仪在电缆提升过程中，为防止电缆线打滑、跑偏，保证两根电缆同步上升，采用双压轮或类似设计，因此必须从下往上检测，保证检测的连续性。4.现场检测（7）现场检测2）缺陷测试

若混凝土质量较均匀，无异常，则测值变化不大，测试过程中不需要干预。

若在测试过程中遇到异常，则声时会变大，仪器屏幕上的波形会向右移动，波幅变小。软件自动找首波出现困难，这时应放慢提升速度，必要时停止提升；加大延迟时间，使得波形往左移动；放大波形信号，以便软件能自动找寻到首波，必要时手动游标确定首波。首波大于判读线正常波形

c缺陷波形

4.现场检测（7）现场检测2）缺陷测试

ABS=100mmH①

局部加密对测S=100mm②

A高B低斜测S=100mm③

A低B高斜测S=100mm④

扇形扫测S=100mm结果分析55.结果分析（1）声速管距修正

1）声速修正

当系统延迟时间为t0、超声波在管壁中的传播时间为tt、超声波在管内水中的传播时间为tw时，按下式修正声时和声速：t

ti

t0

tw

tt

vi

l

/

t d

d

`钢管水 l 测量间距

D

换能器5.结果分析（1）声速管距修正

2）管距修正

测桩时，在桩顶测量两根声测管之间的净距离，作为整个声测管剖面所有测点的管距。如果两根声测管不平行，局部出现偏斜，则超声波在混凝土中的传播距离与桩顶测量的管距是不同的，由此计算的声速就会偏大或偏小，按概率法来判断缺陷就失去了基础。此时应修正管距。l0li5.结果分析（2）缺陷分析

1）异常测点判断

异常测点的判断可以采用概率法或波幅判据，并辅以PSD判据。

①

概率法序号12345678910t(μs)106.4107.2107.9109.2109.4109.6109.6109.6110.4110.4序号11121314151617181920t(μs)111.2111.4111.6111.8112.2112.4114.3114.6115.1115.8

不同测试次数对应的修正声时5.结果分析（2）缺陷分析

1）异常测点判断

②PSD判据PSD为声参数-深度曲线相邻两点之间的斜率与差值之积。ci

1ci

t

t

ti

1iz

zK

tci

tci

1PSD

K

tz(cm)tc(us)PSD1017702017503018034017905026065660255370230638018025090181010018102

656(260－179)

(260－179)50－40＝cizi

zi

1(t -t

)ci

1不同深度对应的声参数及PSD值5.结果分析（2）缺陷分析

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