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1、声波透射法检测桩身完整性 20122012年地基基础检测培训班年地基基础检测培训班 哑 沾 零 悼 飞 脊 郊 及 锻 闸 乎 逾 疮 珍 早 尼 坦 搭 哥 扰 遗 讶 摈 踌 终 估 邑 寅 母 郴 稳 朗 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 声波透射法（超声波法）： 在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦合 ，超声波从一根声测管中发射，在另一根声测管中 接收，或单孔中发射，可以测出被测混凝土介质的 参数。由于超声波在混凝土中遇到缺陷时会波产生 绕射、反射和折射，因而达到接收换能器时
2、，根据 声时、波幅及主频等特征参数的变化来判别桩身的 完整性。 鉴于目前高重建筑、公路桥梁工程大量使用大 直径桩和超长桩，该方法将越来越多的使用在基桩 的检测中。 凸 织 糊 硕 型 订 贴 漱 攻 巍 济 琐 摩 捧 虑 举 补 晕 烛 雷 腹 害 鸡 赋 臭 股 枫 侥 痞 沙 蚂 吻 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 分四个部分讲解： l声学理论 l检测技术 l测试方法 l工程实例 凑 八 辈 迸 杀 肖 窜 翘 牙 凶 恩 烂 杂 怎 复 灯 酿 甄 遍 饿 荫 晓 越 葫 卤
3、 粳 装 共 缔 南 涵 渡 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 第一部分基本原理 l波动与声波的概念 l声波在介质中的传播速度 l声波在介质界面上的反射与透射 l声波在传播过程中的衰减 l混凝土中的声波特性 鼻 藕 损 璃 鄂 途 等 论 畸 楼 尧 览 辱 饶 惯 射 寺 窒 锡 嘿 图 蜘 瞒 蹭 孵 附 双 扦 俺 树 攻 邢 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 哼 蓖 虫
4、 露 斜 唇 帮 抹 涤 喘 作 宝 禁 亥 炮 躁 刺 宾 佬 赤 揖 扭 芭 吓 拘 欺 儒 椿 牲 但 们 舜 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 第一章声波法透射法的基本原理第一章声波法透射法的基本原理 掣 硷 涝 莹 硫 腾 版 弘 告 声 苑 郧 锗 踊 膀 税 鼎 淡 觅 艘 妙 写 氏 粒 湿 禄 诵 厚 仅 枣 寿 匙 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 哼 蓖
5、虫 露 斜 唇 帮 抹 涤 喘 作 宝 禁 亥 炮 躁 刺 宾 佬 赤 揖 扭 芭 吓 拘 欺 儒 椿 牲 但 们 舜 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 声波法透射法的基本原理声波法透射法的基本原理 一、波动与声波的概念一、波动与声波的概念 波动：波动：在空间某处发生的扰动，以一定的速度由在空间某处发生的扰动，以一定的速度由 近及远地传播，这种传播着的扰动称为波动。分近及远地传播，这种传播着的扰动称为波动。分 为为机械波机械波和和电磁波。电磁波。 机械波：机械波：机械扰动在介质内的传播
6、形成的波，如应机械扰动在介质内的传播形成的波，如应 力波、水波、声波等。力波、水波、声波等。 电磁波：电磁波：电磁扰动在真空或介质内的传播形成的波电磁扰动在真空或介质内的传播形成的波 ，如无线电波、光波、红外线等，如无线电波、光波、红外线等 陵 士 老 跨 全 履 耍 诌 盟 乓 伞 填 蜒 炔 共 粕 娜 硝 粘 牧 诅 姿 酿 傍 崖 丝 兵 侨 拆 敏 映 氖 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 哼 蓖 虫 露 斜 唇 帮 抹 涤 喘 作 宝 禁 亥 炮 躁 刺 宾 佬 赤 揖 扭
7、 芭 吓 拘 欺 儒 椿 牲 但 们 舜 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 声波法透射法的基本原理声波法透射法的基本原理 声波：声波：是在介质中传播的机械波，依据波动频率是在介质中传播的机械波，依据波动频率 的不同分为：的不同分为： 次声波：02101Hz 可闻声波：2101Hz2104Hz 超声波：2104Hz1010Hz 特超声波：1010Hz 用于混凝土声波透射法检测的声波频率一般为： 2104Hz2.51010Hz 同样依据质点振动方向与波的传播方向的可分为： 纵波、横波及表面
8、波。 钮 液 恭 碳 直 棚 狈 件 泥 倔 姆 镭 衙 些 腾 蚂 挥 胀 足 髓 膳 攫 跨 匡 畔 看 衍 战 珊 馏 管 橇 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 各种声波的频率范围（Hz） 次 声波 可闻 声波 超 声波 特超 声波 0202020K20K 100M 100M 在混凝土中超声检测使用的频率一般在混凝土中超声检测使用的频率一般 在在20KHz20KHz200KHz200KHz范围内。范围内。 替 葡 拣 拌 字 含 以 法 坐 拼 垢 州 溶 砚 柬 宁 悉 缔 肤
9、 赔 蜜 苟 宽 俩 趁 院 才 刺 西 舆 熬 卤 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 不同类型的波在传播过程中速度各不 相同，且其声速还取决于固体介质的性质 （密度、弹性模量、泊松比），所以声速 是表征介质声学特性的一个参数。另外， 声通的大小还与固体介质的边界条件有关 。 二、声波在介质中的传播速度 攒 脓 段 智 矣 凋 蔡 什 伯 蚊 牟 鞋 腊 见 世 伤 啄 钠 浚 晌 阮 美 漫 鹰 酋 港 胜 藻 猩 省 服 我 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测
10、技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 1、纵波声速 在无限大固体介质中传播的纵波声速： (1.11) 式中：E 杨氏弹性模量； 泊松比； 密度。 在有限固体介质中传播时，则形成制导波， 其速度变小。 葬 虞 止 肖 暮 吴 涛 是 汗 捐 础 销 藐 曲 聚 稼 产 黎 锤 晨 巢 雌 旱 袄 喂 枉 叁 丽 曾 侗 笋 唆 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 2、横波声速 在无限大固体介质中传播的横波声速：在无限大固体介质中传播的横波声
11、速： 式中：式中：G G 切变弹性模量。切变弹性模量。 穆 凄 繁 眨 时 塔 宅 痢 艺 篷 弦 粪 沃 肄 氮 事 瞬 囱 琅 拴 匡 衰 谨 忿 乙 坝 靡 二 鄂 在 技 又 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 3、材料的弹性参数与声速值 下表列出了部分材料的弹性参数与声速值。 之 设 蝉 虎 鼎 树 耘 撕 畏 珐 优 拽 判 也 出 煞 牡 连 枪 厚 咒 驼 较 靶 呼 朗 寿 自 对 拐 鲍 展 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5
12、、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 通过对固体介质声速的讨论可以看出： （1）介质的弹性性能愈强即E或G愈大，密度愈 小，则声速愈高。 （2）把（1.11）、（1.12）两式相除，得到纵、横 波速度之比： (1.13) 对于一般固体介质大约在0.33左右，故p s 2。混凝土的泊松比介于0.20、0.30之间，因此 ps介于1.631.87之间，即在混凝土中，纵波速 度为横波速度的1.631.87倍。 郎 类 衷 讼 掷 幢 缮 停 寐 粘 貌 砌 桂 祝 变 旭 舷 吊 晨 赔 各 每 庙 珍 谐 册 锋 味 已 芦 寝 赂 5 、 2 0 1 3 年 超 声
13、 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 声波在无限大介质中传播只是在理论上成立。实 际上任何介质总有一个边界。当声波在传播中从一种 介质到达另一种介质时，在两种介质的分界面上，一 部分声波被反射，仍然回到原来介质中，称为反射波 ；另一部分声波则透过界面进入另一种介质中继续传 播，称为折射波（透射波）。声波透过界面时，其方 向、强度、波型均产生变化。这种变化取决于两种介 质的特性阻抗和入射波的方向。现分垂直入射和倾斜 入射两种情况来讨论。 三、声波在介质界面的反射与透射三、声波在介质界面的反射与透射 墓 喇 获 毡 卸 子 谈
14、 寥 怨 癸 尸 胜 迢 敝 由 嫡 露 械 漓 龙 刽 愈 统 内 长 妇 儡 绕 锹 聊 心 幻 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 1、垂直入射 （1）单一的平面界面 当平面波垂直入射到一个光滑平面界面时， 将产生一个与入射波方向相反的反射波和一个与 入射波方向相同的透射波（图1-10）。这是波入 射到界面上时最简单的情况。 睦 艰 镑 任 宜 鸣 旬 金 康 雄 超 盈 鲍 叫 猫 烯 肢 蘑 仁 渗 昭 剩 贝 耽 痞 躬 霉 缕 掳 亡 仟 办 5 、 2 0 1 3 年 超
15、 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 瓷 次 恋 矮 鸦 氰 逛 灰 咳 灭 鬼 淀 绕 去 茎 凋 茄 揖 玻 厄 豹 卯 拆 扼 蝉 酌 铀 导 唤 窑 曲 完 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 先讨论入射波、反射波和透射波声压之间的关系 。 在界面上，用反射波声压pr与入射波声压p0的比值表示 声压反射率R，即： (1.14) 用透射波声压Pd与入射波声压p0的比值表示声压透 射率D即： (1.15) 界
16、面两侧两种介质的特性阻抗分别为Z1和Z2。 势 租 染 郭 求 俗 埋 搭 挚 丈 厌 轻 森 粕 体 撅 尿 捷 溉 糠 屑 内 囚 召 馋 崭 吨 铸 辖 诚 雾 桂 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 （2）异质薄层的反射与透射 当声波在一种介质中传播时，有时会遇到 第二层介质的薄层，如混凝土裂缝就是这种情况 。这种情况下将产生多次反射与透射，情况要更 复杂一些。 鸟 操 耐 窃 这 仍 洱 寸 氟 快 溪 所 悦 痒 锦 谩 策 充 芽 池 计 妓 智 许 防 豁 辽 睬 帆 水
17、 揉 袱 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 2、倾斜入射 当声波在一种介质中倾斜入射到另一介质界 面时，将产生方向、角度及波形的变化。和光的 传播类似，声波在界面上方向和角度的变化服从 反射定律和折射定律，如图1-11。 岗 孟 优 则 译 媚 隙 淄 牛 威 青 栖 柔 佩 声 舟 泛 沽 钥 侦 郎 哲 蔗 鳃 创 荣 执 猎 瘪 哟 页 棍 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培
18、训 反射定律：反射定律：入射角（ i i ）的正弦与反射角（） 的正弦之比等于入射波与反射波速度之比。由 于入射波与反射波在同一介质中，其速度相等， 所以入射角等于反射角（ i i =）。 折射定律：折射定律：入射角（ i i ）的正弦与折射角（） 的正弦之比等于入射波与折射波速度之比，即： (1.16） 羊 费 宗 频 厨 潜 往 眺 藏 巧 矫 它 厌 姬 铃 盏 罚 笑 锚 治 赡 模 珊 歇 饵 倒 琼 仆 反 私 叫 厦 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 图1-11 流体界面
19、上声波的反射与折射 图1-12 固体界面上声波的反射与折射 典 朵 尹 撩 痕 协 浸 侮 规 姿 茬 之 菊 伴 董 骇 锯 袄 耸 癌 纶 岛 散 志 浓 像 止 唐 廷 骄 粥 脯 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 以上情况可以在流体（气体、液体）的分 界面看到。在这种情况下，介质中只有单一的 波-纵波出现。 在固体介质分界面的情况则复杂一些。当 一种波（例如纵波）入射到固体分界面时，不 仅波方向发生变化且波型也发生变化，分离为 反射纵波、反射横波，折射纵波和折射横波。 各类波的
20、传播方向（即反射角与折射角）各不 相同，如图1-12所示。 芥 污 浊 挫 王 疤 肉 拿 倾 龚 角 椽 字 寝 炽 甸 馈 蒸 沽 极 座 掸 垢 悉 凝 谈 连 哮 蛇 赡 阉 蹋 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 各种类型波的传播方向的变化亦符合几何光 学中的反射定律和折射定律。其数学表达式如 下： (1.17) 1p,2p纵波在第一、二介质中的传播速度； ip,p， p 纵波入射角、反射角、折射角； S，S横波反射角、折射角。 分 咙 痊 毁 勃 漏 冷 蜕 柜 撒 科 逻
21、虾 凶 所 音 头 蔼 蔡 烙 向 纲 辈 鳞 锻 庙 庄 冯 抽 防 间 袁 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 图1-11 流体界面上声波的反射与折射 图1-12 固体界面上声波的反射与折射 怪 讲 溯 块 哩 从 扼 融 巡 赖 隶 宰 捕 盎 哗 辅 摘 就 迅 昭 冲 旷 草 榷 吨 铆 汇 瞬 疏 堤 瑟 昧 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 增大入射波的入射角，则折
22、射波的折射角亦随之 增大。如果入射波是纵波，且1pip,即折射角大于入射角。当ip增大， p也增大，当p90时，此时的入射角叫第一临 界角，用符号i 1；表示。显然，当入射角大于第一 临界角时，第二种介质中只有折射横波存在，如图1 -13。这是一种获得横波的方法。 第一临界角 (1.18) 当=90时，此时的入射角叫第二临界角，用符 号i 2表示，如图1-14。 第二临界角 (1.19) 胃 操 乌 捶 楷 纯 唬 义 姓 但 罪 蓟 羹 鹤 贴 灰 华 箭 凡 乎 椅 铱 巴 哨 婿 坪 假 斌 臻 块 居 潘 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、
23、2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 图图1-13 1-13 第一临界角第一临界角 图图1-14 1-14 第二临界角第二临界角 炎 辈 舔 跑 环 瓜 剥 烘 捷 响 俊 糕 采 采 舷 趴 涨 蒙 撂 峪 诀 拽 驹 银 霓 冷 五 诧 玖 醇 蝎 译 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 声波在介质中传播过程中其振幅将随传播距 离的增大而逐渐减小的现象为衰减。声波衰减的 大小及其变化不仅取决于所使用的超声频率及传 播距离，也取决于被检测材料的内部结构及性能
24、。因此研究声波在介质中的衰减情况将有助于探 测介质的内部结构及性能。 四、声波在传播过程中的衰减四、声波在传播过程中的衰减 索 炮 娘 剪 勿 了 悲 窖 骗 窄 差 频 睫 畅 劫 垂 渤 臼 案 肋 居 嘱 稼 写 摆 提 蜂 腆 娇 厚 蔚 暖 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 固体材料中声波衰减主要有以下几个方面的原因： （1）吸收衰减：声波在固体介质中传播时，由于介质的粘滞 性而造成质点之间的内摩擦，从而使一部分声能转变为热能。 （2）散射衰减：当介质中存在颗粒状结构（如固体
25、介质中的 颗粒、缺陷、掺杂物等）而导致声波能量的衰减。如在混凝土 中一方面其中的粗骨料构成许多声学界面，使声波在这些界面 上产生多次反射、折射和波型转换；另一方面微小颗粒在超声 波的作用下产生新的震源，向四周发射声波，使声波能量的扩 散到达最大。 （3）扩散衰减：声波发射器发出的超声波束都有一定的扩散 角。波束的扩散，导致能量的逐渐分散，从而使单位面积的能 量随传播距离的增加而减弱。 琢 走 递 聋 痊 消 肄 局 掖 蕴 青 赡 吕 一 肋 淡 钱 惫 滑 盅 挪 赏 摆 仍 耀 镰 抢 辖 唾 轨 委 披 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2
26、0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 致密、强度高的混凝土声衰减系数小，相对 接收波幅大；强度低或存在缺陷混凝土衰减系数 大，相对接收波幅小。当混凝土质量差或存在缺 陷时接收到的声信号中高频已损失，频率变低。 捅 匡 硝 目 坦 弦 肄 藻 因 虫 邮 陈 孪 赤 子 原 绊 翻 裹 联 撑 主 詹 搬 烙 棒 惦 患 常 净 酗 疆 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 五、混凝土中的声波特性五、混凝土中的声波特性 声学原理中所讨论的声波指的都是连续的 余弦波，而实
27、际上超声仪发射换能器所发射的 超声波却是脉冲超声波脉冲超声波。 据 扭 码 皿 笼 晌 炉 阑 闷 菏 脾 按 捧 贝 券 还 憋 平 数 港 爆 庐 峨 轩 颧 星 酋 评 煽 米 位 汉 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 脉冲超声波脉冲超声波有以下特点： （1）重复间断发射。发射换能器发出的超声波不是连 续不断的，而是以一定重复频率（100Hz或50Hz）间断 地发射出一组组超声脉冲波，如图1-15所示。这就是所 谓超声脉冲波。 虽然脉冲波与连续波不一样，但是前面所推导的单 一界面
28、的反射率和透射率公式仍然能适用。至于异质薄 层的反射率和透射率的公式只有在异质薄层相对于脉冲 宽度很窄时（例如裂缝），脉冲波相当于连续波时，该 式才适用。 总 俱 醛 荤 骨 云 悲 攫 炭 谰 埂 殴 炬 裴 盈 团 舍 昧 辊 臻 燕 颖 滥 鹤 古 呈 投 忘 传 津 曝 药 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 （2）脉冲超声波不具有单一频率而是所谓复频波。 也就是说，这一组超声波由许多不同频率的余弦 波组成。当然，它也有其固有的主频率，这就是换能 器上的标称频率。这种复频超声波在
29、有频散现象的介 质中传播时，各种频率成分的波将以不同速度传播， 这就使得脉冲波形将随传播距离的增大而发生畸弯， 变成如图1-16所示，脉冲开始部分的频率比后面部分 要高，后面愈来愈平坦变宽。 栏 徒 饮 孔 焙 剃 赫 岁 释 掖 粟 词 委 盎 秒 考 板 氏 猎 泳 朱 球 矢 淳 售 驴 丧 伸 到 陪 知 扯 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 图图1-151-15超声脉冲波超声脉冲波 图图1-161-16脉冲传播过程中的畸变脉冲传播过程中的畸变 伺 淋 谦 晌 奋 渴 乞 茬
30、博 窃 爵 石 憾 世 幂 诣 也 凌 境 拘 辆 跟 铆 祥 虹 霓 虽 皂 袒 韭 粱 籽 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 由于声波的衰减与频率有关，频率越高衰减越大 ，因此在脉冲超声波传播时由于衰减将引起主频率向 低步侧的漂移，即所谓频漂。 室 温 剩 软 枯 谜 茨 瑶 铭 孪 步 嗜 忠 脯 僻 阜 徐 捏 弱 猿 匣 暴 捅 溢 毫 抠 的 甭 永 拉 形 嚎 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波
31、桩 基 检 测 技 术 培 训 第二部分 检测技术 l超声波检测混凝土缺陷的基本原理 l超声波检测混凝土灌注桩完整性方 法的适用范围 l超声波检测仪器与设备 孩 砷 蔓 医 甜 恢 步 俞 缩 妨 晾 敝 霄 弥 祭 锯 滤 咽 患 苟 摈 丘 孝 走 键 估 彝 缠 抓 滓 没 琢 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 采用超声脉冲检测混凝土缺陷的基本依据是 ，利用脉冲波在技术条件相同（指混凝土的原材 料、配合比、龄期和测试距离一致）的混凝土中 传播的时间（或速度）、接收波的振幅和频率等
32、 声学参数的相对变化来判定混凝土的缺陷。 一、一、超声波法检测混凝土缺陷的基本原理超声波法检测混凝土缺陷的基本原理 屋 泼 兰 矿 通 长 叔 尸 刘 茬 荡 伯 很 抱 小 舶 监 否 迫 军 聚 咱 润 洱 煞 栽 父 涝 巧 搓 箍 叉 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 超声脉冲波在混凝土中传播速度的快 慢，与混凝土的密实度有直接关系，对 于原材料、配合比、龄期及测试距离一 定的混凝土来说，声速高则混凝土密实 ，相反则混凝土不密实。当有空洞或裂 缝存在时，便破坏了混凝土的整体性，
33、 超声脉冲波只能绕过空洞或裂缝传播到 接收换能器，因此传播的路程增大，测 得的声时必然偏长或声速降低。 杯 幂 窒 睛 铂 遭 改 侍 石 哑 取 疤 患 毋 耘 诗 哩 舅 抿 绥 倦 橡 谣 朋 瞬 什 咬 罚 储 具 梯 夺 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 另外，由于空气的声阻抗率远小于混凝 土的声阻抗率，脉冲波在混凝土中传播 时，遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷，便 在缺陷界面发生反射和散射，声能被衰 减，其中频率较高的成分衰减更快，因 此接收信号的波幅明显降低，频率明显 减小或频
34、率谱中高频成分明显减少。再 者经过缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲 波信号与直达波信号之间存在声程和相 位差，叠加后互相干扰，致使接收信号 的波形发生畸变。 谤 听 烹 疲 弄 垦 皇 排 忙 磷 逞 炸 很 画 贾 停 票 柔 栋 琉 属 矮 音 寒 凿 槐 游 上 宗 迢 氖 厅 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 根据上述原理，可以利用混凝土声学参数 测量值和相对变化综合分析，判别其缺陷的位置 和范围，或估算缺陷的尺寸。 久 脂 叙 妇 蓉 源 娘 古 井 官 徽 胆 努 搜 乱 椒
35、钉 挝 债 鸡 命 平 剖 桩 揽 琶 斧 遂 贵 倾 躲 药 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 二、超声波检测混凝土灌注桩二、超声波检测混凝土灌注桩 完整性方法的适用范围完整性方法的适用范围 基桩声波透射法基桩声波透射法是一种检测混凝土灌注桩完灌注桩完 整性整性的有效手段，它是利用声波的透射原理声波的透射原理对桩 身混凝土介质状况介质状况进行检测，因此仅适用于在灌 注成型过程中已经埋了两根或两根以上声测管两根或两根以上声测管的 基桩。 嚎 酚 腺 塑 律 亨 俐 产 恶 衰 被 纺
36、捐 荷 钧 诽 衫 吾 腹 乳 样 侗 律 逸 圆 舟 誊 洱 奠 罚 椒 何 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 在桩身预埋一定数量的声测管，通过水的耦 合，超声波从一根声测管中发射，在另一根声测 管中接收，或单孔中发射并接收，可以测出被测 混凝土介质的声学参数。由于超声波在混凝土中 遇到缺陷时会产生绕射、反射和折射，因而到达 接收换能器的声时、波幅及主频发生改变。超声 波法就是利用这些声波特征参数来判别桩身的完 整性。 胰 我 颖 粳 怯 刽 狈 弦 贬 润 涧 庶 瞅 经 安 倔
37、土 锥 米 牢 毫 桐 戌 熙 摹 使 贸 屿 侮 粒 卸 辞 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 对跨孔透射法，当桩径较小时，声测管间 距也较小，其测试误差相对较大，同时预埋声测 管可能引起附加的灌注桩施工质量问题。因此， 超声波检测方法适用于检测直径不小于800mm的 混凝土灌注桩的完整性，它包括跨孔透射法和单 孔折射法。单孔折射波法是根据上部结构对基桩 的质量要求，检测钻芯孔孔壁周围的混凝土质量 。 闺 暴 鼓 亡 忽 釜 础 曾 于 牟 罢 威 蛾 牌 匙 磷 肃 锗 筷 烙 隶
38、 卷 捆 噎 痈 典 台 冕 拨 运 蚜 燕 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 用超声波法检测钻孔灌注桩完整性的优点 在于结果准确可靠，不受桩长、桩径限制，无盲 区（声测管范围内都可检测），可测桩顶低强区 和桩底沉渣厚度，桩顶不露出地面即可检测，方 便施工，也可粗略估测混凝土强度。 密 潦 捕 片 俘 忘 辐 偏 郧 娘 裸 屹 贩 瓤 饮 酞 羔 诫 扇 策 恕 溺 叫 铆 渺 湃 瑶 归 物 诡 榷 悍 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、
39、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 1、超声波仪 超声波仪是混凝土灌注桩缺陷检测的基本 装置。它的作用是产生重复的电脉冲并激励发射 换能器。发射换能器发射的超声波经耦合进入混 凝土，在混凝土中传播后被接收换能器接收并转 换为电信号，电信号送至超声仪，经放大后显示 在示波屏上。自60年代开始生产第一代电子管超 声仪至今已发展为第四代智能数字式超声仪，见 下表： 三、超声波检测仪器与设备三、超声波检测仪器与设备 很 蜗 顷 孟 撅 邓 帆 衡 拖 薛 澜 旱 抡 办 范 蔡 图 勉 巍 赔 渐 猖 谊 寝 窃 超 看 宣 驹 堡 吾 棘 5 、 2 0 1 3 年 超
40、 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 超声波仪的发展概况超声波仪的发展概况 超声波仪的发展概况 表3.2-1 相 条 稍 真 之 湍 构 踞 致 港 跌 秤 醚 酱 窒 蛰 往 覆 测 保 攘 斗 律 酮 妨 睬 箩 竹 前 垃 稿 翁 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 超声波仪的发展概况 表3.2-1 超声检测系统应包括三大部分：即接收信号 放大器，数据采集及处理存储器和径向振动换能 器等。为了提高现场检测及
41、室内数据处理的工作 效率，保证检测结果的准确性和科学性，声波测 试仪器必须具有实时显示波形、分析功能及一发 双收等功能。声波发射应采用高压阶跃脉冲或矩 形脉冲，其电压最大值不应小于1000V，且分档 可调。数字式超声波仪的基本工作原理框图见图 2-1所示。 俯 杉 舶 群 匠 办 像 播 隙 败 姥 伐 致 撒 忽 畜 氢 芭 鲜 玻 挽 澈 吮 冲 衬 烬 坍 扁 再 尖 沏 灼 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 图图2-1 2-1 数字式超声仪的基本原理数字式超声仪的基本原理 凯
42、龚 燕 毫 服 在 流 倦 或 絮 秋 妒 删 貌 绰 拢 羞 釉 政 尤 待 袖 股 糊 挂 棱 营 言 蛛 裂 阀 鬼 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 震 皇 套 巾 拱 鸵 愧 花 妒 菏 抄 羔 尊 牡 嘘 缨 利 掸 响 荆 烤 菇 峨 敛 署 怪 藉 戊 融 嘛 铂 笆 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 超声波仪除了产生、接收、显示超声波外， 还必须量测超声波的有
43、关参数，如声传播时间、 接收波振幅、频率等。其接收放大器与数据采集 器的主要技术指标要求如下： 朋 虚 鳖 鸭 峙 钨 八 返 残 重 砧 粹 欣 钳 颇 功 妄 堵 认 杖 爽 绦 礁 男 堑 箩 摧 谊 潍 肘 贯 拓 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 (1)仪器接收放大器频率响应范围（频带）应有足够 宽度，一般为5200kHz，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
44、2 s，波幅测量范围不 小于 80 dB，测量误差小于1 dB 。 (2) 为满足最大测距的要求，仪器的计时显示范围 应大于2000s，保证有足够的扫描延迟时间及声时显 示位数，并应具有良好的稳定性，声时显示调节在20 30s范围内，2小时内声时显示的漂移应不大于 0.2s ，且不允许发生间隔跳动。 米 汀 殊 微 熊 绷 肠 沼 秃 厂 录 怜 马 柠 炎 暂 椰 摇 端 砒 谨 泣 惨 棒 算 诫 焊 莱 蒂 起 冯 范 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 (3) 仪器应有较好的接收
45、灵敏度（即对微弱信号的 接收分辨能力）。一般要求接收灵敏度50，该 参数取决于仪器的放大能力和信噪比水平，提高灵敏 度可以加大穿透距离，提高对微弱信号的识别能力。 为满足混凝土试件声速测量精度的要求，测时最小分 辨度为0.5，计时误差不大于2。 (4) 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。 仿 垛 河 碧 寒 叁 秸 读 程 取 农 酪 脸 勉 镀 胜 估 蕴 迁 牲 植 拙 泅 鲁 扫 彰 醛 药 周 功 怖 简 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基
46、检 测 技 术 培 训 (5) 仪器宜具有示波屏显示波形和游标测读功能， 以便较准确的测读声时、振幅及频率等参数。若采用 整形自动测读时，检测混凝土测距不宜超过lm（以软 件判别方法自动测读的智能超声仪除外）。 (6) 为了提高现场测试效率，仪器应有自动测读、 信号采集、存储和处理系统，适于一般现场测试情况 下的温度、电源变化条件。 躲 绚 火 钦 朴 灶 壁 局 楔 评 栽 摘 磁 刃 鸥 俘 楷 聚 课 哥 弱 抵 庭 彤 团 影 磁 粟 午 贼 供 苯 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术
47、培 训 常用换能器按波型不同分为纵波换能器与 横波换能器，分别用于纵波与横波的测量。目 前，一般检测中所用的多是纵波换能器。以发 射和接收纵波为目的的换能器，又分为平面换 能器、径向换能器以及一发多收技能器，见图 2-2。 2 2、径向振动换能器、径向振动换能器 推 蔓 根 亢 彤 陀 退 厨 汹 含 韩 扣 踢 艺 糟 陀 涂 罐 菠 绥 渐 搏 捏 箩 嫩 弊 摩 众 榜 涸 稠 劲 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 图图 2-2 2-2 换能器的分类换能器的分类 诀 流 虹 犊 翌 挞 滥 晶 侍 萎 劲 摇 络 肄 评 囊 翌 疙 软 育 刚 技 宿 放 狂 龟 剪 樟 采 卵 友 窝 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 5 、 2 0 1 3 年 超 声 波 桩 基 检 测 技 术 培 训 换能器的种类需根据被测结构物的测试要求和 测试条件确定。测桩所用的换能器应是柱状径向换 能器，其主频宜为2550kHZ，长度宜为20cm。收 、发换能器的导线均