基樁的聲波透射法檢測

1、基樁的聲波透射法檢測報告一、工程概況橋梁長度約1140km,占正線長度86.5%;隧道長度約16km,占正 線長度1.2%;路基長度162kni占正線長度12.3%;全線鋪設(shè)無延正線 約1268公里，占線路長度的96.2%。有延軌道正線約50公里，占線路 長度的3.8%。全線用地總計5000km2鐵路橋梁基樁 進行聲波透射法 檢測。二、檢測依據(jù)1 .工程設(shè)計文件及施工圖；2 .鐵路工程基樁無損檢測規(guī)程 TB10218-99、檢測方法和適用范圍檢測方法檢測目的適用范圍橋梁基樁檢測聲波透射法檢測混凝土灌注樁樁身缺陷及其位置、范圍和程度，判定樁身完整性類別一般樁長50域樁彳2m勺基樁；特 殊結(jié)構(gòu)橋梁

2、的基樁；地質(zhì)條件復(fù)雜的基 樁；設(shè)計有特殊要求的基樁或抗滑樁。1 .聲波透射法檢測聲波透射法檢測基樁結(jié)構(gòu)完整性的基本原理是：由超聲脈沖發(fā)射源在混凝土 內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過 程中表現(xiàn)的波動特征；當(dāng)混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時， 缺陷面形成波阻抗 界面，波到達該界面時，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低； 當(dāng)混凝土內(nèi)存在松散、蜂窩、孔洞等缺陷時，將產(chǎn)生波的散射和繞射；根據(jù)波的 初至到達時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，可以獲得 測區(qū)范圍內(nèi)混凝土的聲學(xué)參數(shù)。測試記錄不同測試剖面、不同高度上的超聲波動 特征，經(jīng)過處理分析

3、就能判別測區(qū)內(nèi)混凝土的參考強度和內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、 大小及空間位置。在基樁施工前，根據(jù)樁直徑的大小預(yù)埋一定數(shù)量的聲測管， 作為換能器的通 道。測試時每兩根聲測管為一組，通過水的耦合，超聲脈沖信號從一根聲測管中 的換能器發(fā)射出去，在另一根聲測管中的聲測管接收信號， 聲波檢測儀測定有關(guān) 參數(shù)并采集記錄儲存。換能器由樁底同時從下往上依次檢測， 遍及各個截面。聲 波透射法測樁的特點：檢測全面、細致，現(xiàn)場操作簡便，迅速，不受樁長、 長徑比的限制，一般也不受場地限制。聲波透射法基樁質(zhì)量檢測工作程序框圖12345信號輸入例設(shè)定數(shù)據(jù)處理結(jié)果輸出計算機2 .檢測儀器1）聲波發(fā)射與接收換能器應(yīng)符合下列要求：圓柱

4、狀徑向振動，沿徑向無指向性；外徑小于聲測管內(nèi)徑，有效工作面軸向長度不大于 150mm諧振頻率宜為3060kHz;水密性滿足iMPaK壓不滲水。2）聲波檢測儀應(yīng)符合下列要求：具有實時顯示和記錄接收信號的時程曲線以及頻率測量或頻譜分析功能；聲時測量分辨力優(yōu)于或等于0.5 pS,聲波幅值測量相對誤差小于5%,系統(tǒng) 頻帶寬度為1200kHz,系統(tǒng)最大動態(tài)范圍不小于100dB聲波檢測儀應(yīng)采用具有自動記錄功能的儀器。3 .聲測管埋設(shè)樁基施工單位必須高度重視和嚴格聲測管埋設(shè)工作，監(jiān)理要加強事前教育和過程 檢查，檢測單位要向施工單位進行事先提示。確保聲測管埋設(shè)一次合格。杜 絕聲測管堵塞現(xiàn)象。1上海沿直徑布置呈

5、三角形布置呈四方形布置DW 800mm800mm <D< 2000mmD>2000mrffl2-5聲測管布置示意圖（注：圖中陰影為聲波的有效檢測范圍示意）1）材質(zhì)與埋設(shè)聲測管應(yīng)采用金屬管，內(nèi)徑不宜小于40mm管壁厚不應(yīng)小于3.0mm聲測管應(yīng)下端封閉，上端加蓋，管內(nèi)無異物；聲測管采用綁扎方式與鋼筋 籠連接牢固（不得焊接）；每節(jié)聲測管連接應(yīng)積極采用絲扣（套筒）連接（不宜焊接），連接處應(yīng)光滑過渡，不漏水；管口應(yīng)高出樁頂 100mm以上, 且各聲測管管高度應(yīng)一致。2）保證聲測管在成樁后相互平行。聲測管應(yīng)沿樁截面外測呈對稱形狀布置，如圖 2-5布置并編號：沿直徑布置 呈三角形布置 呈四

6、方形布置DW 800mm 800mm D< 2000mmD >2000mm圖25聲測管布置示意圖（注：圖中陰影為聲波的有效檢測范圍示意）檢測剖面編組分別為：1-2;1-2, 1-3, 2-3;1-2, 1-3, 1-4, 2-3, 2-4, 3-4。4 .現(xiàn)場檢測前準(zhǔn)備工作應(yīng)符合如下規(guī)定：調(diào)查、收集待檢工程及受檢樁的相關(guān)技術(shù)資料和施工記錄。包括：樁的類 型、尺寸、標(biāo)高、施工工藝、地質(zhì)狀況、設(shè)計參數(shù)、樁身混凝土參數(shù)、施 工過程及異常情況記錄等信息）。1） 將伸出樁頂?shù)穆暅y管切割到同一標(biāo)高，測量管標(biāo)高，作為計算各測點高測量管口標(biāo)高，作為計算各測點高程的基準(zhǔn)；2）將各聲測管內(nèi)注滿清水，封

7、口待檢；3）在放置換能器前，檢查聲測管暢通情況，以免換能器卡住或換能器電纜被拉斷，造成損失；4）準(zhǔn)確測量樁頂面相應(yīng)聲測管之間外壁凈距離，作為相應(yīng)的兩聲測管間管距精確至 1mm ;5）測試時徑向換能器宜配置扶正器，保證換能器在管中居中，又保護換能器在上下提升中不致與管壁碰撞，損壞 換能器。6）樁身強度應(yīng)達到混凝土設(shè)計強度的70 %且不少于15Mpa 005.現(xiàn)場檢測現(xiàn)場檢測過程宜分兩個步驟進行，首先是采用平測法對 全樁各個檢測剖面進行普查，找由聲學(xué)參數(shù)異常測點。 然后，對聲學(xué)參數(shù)異常的測點采用加密測試，必要時采用斜測或扇 形掃測等細測方法進一步檢測，這樣一方面可以驗證普查結(jié) 果，另一方面可以進一

8、步確定異常部位的范圍，為樁身完整 性類別的判定提供可靠依據(jù)。1）將發(fā)射與接收聲波換能器通過深度標(biāo)志分別置于兩 根聲測管中同一高度的測點處。2）設(shè)置好儀器參數(shù)，進行檢測。3）發(fā)射與接收聲波換能器應(yīng)以相同標(biāo)高或保持固定高 差同步升降，測點間距不宜大于250mm。4）實時顯示和記錄接收信號的時程曲線，讀取聲時、首波峰值和周期值，宜同時顯示頻譜曲線及主頻值。5）將多根聲測管以兩根為一個檢測剖面進行全組合，分別對所有檢測剖面完成檢測。6）在樁身質(zhì)量可疑的測點周圍，應(yīng)加密測點，或采用斜測、扇形掃測進行復(fù)測，進一步確定樁身缺陷的位置和范圍。7）在同一根樁的各檢測剖面的檢測過程中，聲波發(fā)射電壓和儀器設(shè)置參數(shù)應(yīng)

9、保持不變。8）當(dāng)聲測管由現(xiàn)堵管情況時，按以下規(guī)定執(zhí)行：埋有兩根或三根聲測管，當(dāng)莫一根聲測管樁底堵管采用斜測法時，兩個換能器中點連線的水平夾角不應(yīng)大于40o。埋有四根聲測管，當(dāng)對角線上兩根聲測管堵管采用 斜測法時，兩個換能器中點連線的水平夾角不應(yīng)大于40o ,可采用斜測法檢測。其它情況下，在所堵聲測管附近鉆芯，檢測樁身混 凝土完整性，并用鉆芯孔作為通道進行聲波透射法檢測。此 時應(yīng)注意鉆芯孔垂直度變化使發(fā)射和接受換能器間距變化 對檢測信號的影響。6.資料處理1）聲學(xué)參數(shù)的計算和波形記錄各測點的聲時tc、聲速V、波幅Ap及主頻f應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，按下列各式計算,并繪制聲速-深度（v-z）曲線和波幅

10、一深度（Apz）曲線，需要時可繪制輔助的主頻一深度(f-z)曲線:tciti t0lV tuciApi201g 亙a01000fi T式中td 第i測點聲時（S）；ti 第i測點聲時測量值（S）;to 儀器系統(tǒng)延遲時間（S）;t 聲測管及耦合水層聲時修正值(s);l每檢測剖面相應(yīng)兩聲測管的外壁間凈距離（mm）;Vi 第i測點聲速（km/s）;Api 第i測點波幅值（dB）;ai 第i測點信號首波峰值（v）；a0零分貝信號幅值(v)；fi 第i測點信號主頻值(kHz),也可由信號頻譜的主頻求得;Ti 第i測點信號周期(s)o2)判定依據(jù)樁身混凝土缺陷應(yīng)根據(jù)下列方法綜合判定：聲速低限值判據(jù)當(dāng)實測混

11、凝土聲速值低于聲速臨界值時應(yīng)將其視為可疑缺陷區(qū)。Vi Vd式中 Vi 第i個測點聲速值(km/s);vD聲速臨界值(km/s)。聲速平均值與2倍聲速標(biāo)準(zhǔn)差之差,聲速臨界值采用正?；炷良矗好豠二,一 2d;式中V 正?；炷谅曀倨骄?km/s);V正?；炷谅曀贅?biāo)準(zhǔn)差；Vi 第i個測點聲速值(km/s);n測點數(shù)。當(dāng)檢測剖面n個測點的聲速值普遍偏低且離散性很小時，宜采用聲速低限值判據(jù)。即實測混凝土聲速值低于聲速低限值時，可直接判定為異常。ViVl式中 Vi 第i個測點聲速值（km/s）;Vl 聲速低限值（km/s）。結(jié)合本地區(qū)實聲速低限值應(yīng)由預(yù)留同條件混凝土試件的抗壓強度與聲速對比試驗結(jié)果,

12、 際經(jīng)驗確定。波幅判據(jù)波幅異常時的臨界值判據(jù)應(yīng)按下列公式計算:ApiAm6A1 n八A mA pin i 1式中Am 波幅平均值（dB）;n 檢測剖面測點數(shù)。當(dāng)式上述成立時，波幅可判定為異常。 PSD判據(jù)當(dāng)采用斜率法的PSD值作為輔助異常點判據(jù)時,PSD值應(yīng)按下列公式計算:K ci ul Zi Zi-PSD Kt tcitci 1式中 tci 第i測點聲時（s）;tci 1 第i-1測點聲時（s）；zi第i測點深度（m）；Z 1第i-1測點深度（m）;根據(jù)PSD值在某深度處的突變，結(jié)合波幅變化情況，進行異常點判定。當(dāng)采用信號主頻值作為輔助異常點判據(jù)時，主頻-深度曲線上主頻值明顯降低可判定為3）

13、樁身完整性類別應(yīng)結(jié)合樁身混凝土各聲學(xué)參數(shù)臨界 值、PSD判據(jù)、混凝土聲速低限值以及樁身可疑點加密測試 （包括斜測或扇形掃測）后確定的缺陷范圍按下表的特征進行 綜合判定。樁身完整性判定類別特性I各檢測剖面的聲學(xué)參數(shù)均無異常，無聲速低于低限值異常II某一檢測剖面?zhèn)€別測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常，無聲速低于低限值異常III某一檢測剖面連續(xù)多個測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常；兩個或兩個以上檢測剖面在同一深度測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常； 局部混凝土聲速出現(xiàn)彳氐于低限值異常IV某一檢測剖面連續(xù)多個測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)明顯異常；兩個或兩個以上檢測剖面在同一深度測點的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)明顯異常；樁身混凝土聲速出現(xiàn)普遍低于低限值異常或無

14、法檢測首波或聲波接收信號嚴 重畸父7.保證聲波透射檢測結(jié)果可靠性技術(shù)措施為保證本次聲波檢測結(jié)果準(zhǔn)確可靠，應(yīng)們采取以下措施：為保證各測點質(zhì)量，完成每組檢測管測試后，測試點必須隨機重復(fù)抽測10%-20% o應(yīng)特別注意聲時及波幅異常部 位的重復(fù)抽測。測量的相對標(biāo)準(zhǔn)差可按下式計算： n ti tji 2t '（）/2n:i 1 t mA(AAjiAm)2 /2nA AAAiAji八m八2一聲時相對標(biāo)準(zhǔn)差；-波幅相對標(biāo)準(zhǔn)差；tiAit Ji.Aji第i個測點聲時原始測試值(以s)；-第i個測點波幅原始測試值(dB)； -第i個測點第J次抽測聲時值(以s);-第i個測點第J次抽測波幅值(dB)。聲

15、時相對標(biāo)10% 。這時可性質(zhì)和大小以相對標(biāo)準(zhǔn)差作為評價測試可靠性的依據(jù), 準(zhǔn)差不應(yīng)大于5% ;波幅相對標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)大于 認為該次測試是有效的。在運用上述數(shù)值判定樁內(nèi)缺陷的大概位置、后，還應(yīng)在初定的缺陷區(qū)段內(nèi)采用聲陰影重疊法仔細判定缺 陷的確切位置、范圍和大小。所謂聲陰影重疊法，就是當(dāng)超聲脈沖波束穿過樁體并遇 到缺陷時，在缺陷背面的聲強減弱， 形成一個聲輻射陰影區(qū)。 在聲陰影區(qū)內(nèi)，接收信號的波幅明顯下降， 同時聲時值增大, 甚至波形畸變。若采用兩個方向檢測，分別劃由陰影區(qū)，則 兩個陰影區(qū)邊界線交叉即為缺陷的范圍?；炷凉嘧稒z測中，當(dāng)由現(xiàn)有缺陷的異常反應(yīng)時，按 上述方法排除偶然干擾后，對缺陷異常應(yīng)

16、采用各種測試方法 進行認真、細致的檢測，確切判定缺陷范圍的大小和缺陷的 性質(zhì)，為資料解釋和缺陷判斷提供可靠的第一手測試數(shù)據(jù)。 當(dāng)基樁的測試結(jié)果由現(xiàn)異?，F(xiàn)象后，應(yīng)采取以下步驟進行缺 陷檢測：(1)在大于異常區(qū)2-3倍范圍內(nèi)加密檢測點距，一般測 點點距由原來的 25cm ,改為5-l0cm ,以達到較準(zhǔn)確地確 定缺陷范圍的目的，即所謂縮小靶區(qū)。(2)采用不同的超聲透射方法，如高差同步法、扇形掃 測法、聲陰影重疊法等進行綜合檢測，其各類檢測方法對不 同的樁身中不同缺陷的應(yīng)用方法如下所述：a.斷樁位置的檢測對于下圖斷樁位置檢測結(jié)果是：當(dāng)發(fā)射換能器固定發(fā) 射，接收換能器在不同的。位置有不同的特征曲線：在

17、位置 1,接收的波形、波幅正常；位置 2,波形不正常，一般情況 下雜波干擾嚴重，波幅嚴重衰減；位置3當(dāng)為斷樁時，接收 器五接收信號由現(xiàn)。由此便判斷位置2可能為斷樁位置。但是為了精確判斷斷樁的可能性，還要將發(fā)射換能器固定于如 圖所示的不同的位置(發(fā)射換能器 -2)進行扇形掃測法進行 檢測。這樣，既可以判斷斷樁的位置，還可以判斷斷樁的范 圍。斷樁位置的判斷檢測方法：扇形掃測法b,厚夾層位置的確定對于厚夾層上下界的定位 ，也可以采用上述方法進行檢 測。如下圖厚夾層上下界面的定位，當(dāng)固定發(fā)射換能器時， 接收換能器位于位置 1、位置2、位置3時，其波形特點分 別為：在位置1,接收的波形、波幅正常；位置

18、2,波形不 正常，由現(xiàn)雜波干擾現(xiàn)象，波幅開始衰減；位置 3,波形由 現(xiàn)嚴重異?，F(xiàn)象，雜波干擾嚴重，波幅衰減，嚴重時無波形 由現(xiàn)。厚夾層上下界面的定位 檢測方法：扇形掃測法c.空洞、泥團、蜂窩等局部缺陷范圍的判斷對于空洞、泥團、蜂窩等局部基樁缺陷范圍的判斷，可 以采用扇形掃測法和高差同步法相結(jié)合的方法檢測。如下圖 空洞、泥團、蜂窩等局部缺陷的判斷中，圖a）為扇形掃測法;圖b）為高差同步法。根據(jù)一般的理論知識和檢測經(jīng)驗可以知 道：圖a）中上下兩接收換能器接收到的波形有輕微的減弱， 波幅有所降低，會由現(xiàn)一定的雜波干擾；而中間的接收換能 器接收到的波形和上下兩接收換能器相比較，波形波幅顯著降低，嚴重時甚至無波峰由現(xiàn)，波形雜亂無序。兩圖形綜合 分析可知異常是由如圖所示空洞、泥團、蜂窩等缺陷引起。空洞、泥團、蜂窩等局部缺陷范圍的判斷 檢測方法：a）扇形掃測法；b）高差同步法d.基樁縮徑的判斷基樁縮徑現(xiàn)象是基樁工程施工過程中常見的缺陷類型 之一，如何較準(zhǔn)確的判斷該類缺陷，也是基樁檢測工作中分 析難度較大的問題。根據(jù)鉆孔灌注樁施工的經(jīng)驗可知，由于 采用泥漿護壁工藝，在混凝土水下灌注過程中，由現(xiàn)基樁