路橋工程檢測(cè)技術(shù) 課件 灌注樁質(zhì)量檢測(cè)

鉆孔灌注樁檢測(cè)項(xiàng)目10

鉆孔灌注樁檢測(cè)10.1

成孔質(zhì)量檢測(cè)10.2

超聲波檢測(cè)10.3

低應(yīng)變檢測(cè)鉆孔灌注樁檢測(cè)導(dǎo)入混凝土鉆孔灌注樁是橋梁及建筑結(jié)構(gòu)物常用的基樁形式之一，這主要是由于樁能將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深層穩(wěn)定的土層上去，從而大大減少基礎(chǔ)沉降和建筑物的不均勻沉降，實(shí)踐也證明它的確是一種極為有效、安全可靠的基礎(chǔ)形式。鉆孔灌注樁設(shè)計(jì)分類1、摩擦樁承載原理：主要考慮樁周土體摩擦承載。影響因素：樁周土層土質(zhì)、設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)及樁徑，樁底承載力一般僅考慮10%左右。2、端承樁承載原理：主要考慮樁底巖體支撐。影響因素：樁底巖層強(qiáng)度及嵌入深度、樁體自身強(qiáng)度、剛度。土基巖基摩擦樁嵌巖樁鉆孔灌注樁施工工藝泥漿1.鉆孔2.下鋼筋籠3.灌注混凝土鋼筋混凝土地基10.1成孔質(zhì)量檢測(cè)10.1成孔質(zhì)量檢測(cè)項(xiàng) 目允許偏差檢測(cè)方法孔的中心位置（mm）群樁：100

；單排樁：50全站儀孔徑（mm）不小于設(shè)計(jì)樁徑鋼筋籠檢測(cè)傘形孔徑儀檢測(cè)聲波法檢測(cè)傾斜度（%）鉆孔：小于1%；挖孔：小于0.5%孔深（m）摩擦樁：不小于設(shè)計(jì)規(guī)定；支承樁：比設(shè)計(jì)深度超深不小于50mm沉淀厚度（mm）摩擦樁：符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)，對(duì)于直徑≤1.5m的樁，小于等于200mm，對(duì)樁徑＞1.5m或樁長(zhǎng)＞40m或土質(zhì)較差的樁，小于等于300mm；支承樁：不大于設(shè)計(jì)規(guī)定，設(shè)計(jì)未規(guī)定時(shí)，小于等于50mm垂球法電阻率法電容法清孔后泥漿指標(biāo)相對(duì)密度：1.03~1.10；黏度：17~20Pa·s；含砂率：<2%；膠體率：>98%比重計(jì)、黏度計(jì)、含砂率計(jì)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T

F50-2011）一、樁位偏差檢查應(yīng)將其偏差繪制在樁位竣工平面圖中，檢測(cè)時(shí)可采用經(jīng)緯儀/全站儀對(duì)縱、橫方向進(jìn)行量測(cè)。后視項(xiàng) 目允許偏差檢測(cè)方法孔的中心位置（mm）群樁：100單排樁：50全站儀當(dāng)樁群中設(shè)置有斜樁時(shí)，應(yīng)以水平面的偏差值計(jì)算。二、孔徑和垂直度檢測(cè)基樁的垂直度，是衡量基樁能否有效地發(fā)揮作用的一個(gè)關(guān)鍵因素。檢測(cè)方法有：鋼筋籠、傘形孔徑儀、聲波法項(xiàng) 目允許偏差檢測(cè)方法孔的中心位置（mm）群樁：100

；單排樁：50全站儀孔徑（mm）不小于設(shè)計(jì)樁徑鋼筋籠傘形孔徑儀聲波法傾斜度（%）鉆孔：小于1%；挖孔：小于0.5%孔深（m）摩擦樁：不小于設(shè)計(jì)規(guī)定；支承樁：比設(shè)計(jì)深度超深不小于50mm放大器測(cè)頭記錄儀二、孔徑和垂直度檢測(cè)-傘形孔徑儀1、傘形孔徑儀傘形孔徑儀由測(cè)頭、放大器和記錄儀三部分組成。1-鎖腿架；2-測(cè)腿；3-密封桶；4-電纜；5-電纜絞車；6-放大器；7-記錄儀；8-樁孔；9

-測(cè)頭二、孔徑和垂直度檢測(cè)-傘形孔徑儀1、傘形孔徑儀傘形孔徑儀由測(cè)頭、放大器和記錄儀三部分組成。測(cè)頭為機(jī)械式的構(gòu)件，測(cè)頭放入測(cè)孔之前，將四條腿合攏并用彈簧鎖定，待測(cè)頭放入孔底后，四條腿即自動(dòng)張開。當(dāng)測(cè)頭緩緩上提時(shí)，在彈簧力作用下，四條腿端始終緊貼孔壁，隨著孔壁凹凸不平狀況相應(yīng)張開和收攏，帶動(dòng)測(cè)頭密封筒內(nèi)的活塞上下移動(dòng)，使四組串聯(lián)滑動(dòng)電阻來回滑動(dòng)，將電阻變化轉(zhuǎn)化為電壓變化，經(jīng)信號(hào)設(shè)調(diào)放大器放大，并由記錄儀記錄，即可繪出孔徑大小隨孔深的變化情況。二、孔徑和垂直度檢測(cè)-超聲波儀（1）測(cè)試原理把泥漿作為均勻介質(zhì)，則超聲波在泥漿介質(zhì)中傳播速度c是恒定的。若超聲波的發(fā)射探測(cè)器至孔壁的距離為L(zhǎng)，實(shí)測(cè)聲波發(fā)射至接收的時(shí)間差為△t，則按下式計(jì)算。二、孔徑和垂直度檢測(cè)-超聲波法（2）儀器設(shè)備超聲波孔壁測(cè)試儀，一般由主機(jī)（由超聲記錄儀、聲波發(fā)射和接收探頭組成）、繞線器和絞車三大部分組成。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)中，通過絞車將探測(cè)器自動(dòng)放入孔內(nèi)，并靠探測(cè)器自重保持測(cè)試探頭處于鉛垂位置。測(cè)試時(shí)，超聲振蕩器產(chǎn)生一定頻率的電脈沖，經(jīng)放大后由發(fā)射換能器轉(zhuǎn)換為聲波，并通過孔內(nèi)泥漿向孔壁方向傳播，由于泥漿與孔壁地層的聲阻抗差異很大，聲波到達(dá)孔壁后絕大部分被反射回來，經(jīng)接收換能器接收。聲波從發(fā)送到接收的時(shí)間，由計(jì)時(shí)門打開至關(guān)閉的時(shí)間差，即為聲波在孔內(nèi)泥漿中的傳播時(shí)間三、孔徑孔深檢測(cè)-鋼筋籠檢孔器鉆(挖)孔在終孔和清孔后，應(yīng)進(jìn)行孔位、孔深檢驗(yàn)。一般情況下孔徑、孔形和傾斜度宜采用上述專用儀器測(cè)定，當(dāng)缺乏專用儀器時(shí)，可采用外徑為鉆孔樁鋼筋籠直徑加100mm(不得大于鉆頭直徑)，長(zhǎng)度為4-6倍外徑的鋼筋籠檢孔器吊入鉆孔內(nèi)檢測(cè)。四、孔底沉淀土厚度檢查樁底沉淀土厚度的大小極大地影響樁端承載力的發(fā)揮，因此在施工過程中必須嚴(yán)格控制樁底的沉淀土厚度。根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范)(JTG

041—2011)規(guī)定，項(xiàng) 目允許偏差檢測(cè)方法沉淀厚度（mm）摩擦樁：符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)，對(duì)于直徑≤1.5m的樁，小于等于200mm，對(duì)樁徑＞1.5m或樁長(zhǎng)＞40m或土質(zhì)較差的樁，小于等于300mm；支承樁：不大于設(shè)計(jì)規(guī)定，設(shè)計(jì)未規(guī)定時(shí)，小于等于50mm垂球法電阻率法電容法測(cè)定沉淀土厚度的方法目前還不夠成熟，下面介紹幾種工程中常試用的方法。①垂球法垂球法是一種慣用的簡(jiǎn)易測(cè)定沉淀土厚度的方法。其將重約lkg的銅制錐體垂球，頂端系上測(cè)繩，把垂球慢慢沉入孔內(nèi)，憑手感判斷沉淀土頂面位置，其施工孔深和量測(cè)孔深之差值即為沉淀土厚度。四、孔底沉淀土厚度檢查②電阻率法電阻率法沉淀土測(cè)定儀由測(cè)頭、放大器和指示器組成。它是根據(jù)介質(zhì)不同，如水、泥漿和沉淀顆粒具有不同的導(dǎo)電性能，由電阻阻值變化來判斷沉淀土厚度。測(cè)試時(shí)將測(cè)頭慢慢沉入孔中，觀察表頭指針的變化，當(dāng)出現(xiàn)突變時(shí)記錄深度h1，繼續(xù)下沉測(cè)頭，指針再次突變記錄深度h2，直到測(cè)頭不能下沉為止，記錄深度h3，設(shè)施工深度為H，則各沉淀土厚度為(h2-h1)、(h3-h2)和(H-3)……。③電容法電容法沉淀土厚度測(cè)定原理是當(dāng)金屬兩極板間距和尺寸不變時(shí)，其電容量和介質(zhì)的電解率成正比關(guān)系，水、泥漿和沉淀土等介質(zhì)的電解率有較明顯差異，從而由電解率的變化量測(cè)定沉淀土的厚度。四、孔底沉淀土厚度檢查五、泥漿性能指標(biāo)檢測(cè)泥漿的三大功能：護(hù)壁、懸浮鉆碴、潤(rùn)滑鉆頭五、泥漿性能指標(biāo)檢測(cè)泥漿三大指標(biāo)1、相對(duì)密度γx

(density index)2、粘度η（friction

resistance）3、含砂率（sand

percentage）項(xiàng) 目允許偏差檢測(cè)方法清孔后泥漿指標(biāo)相對(duì)密度：1.03~1.10；黏度：17~20Pa·s；含砂率：<2%；膠體率：>98%比重計(jì)、黏度計(jì)、含砂率計(jì)1、相對(duì)密度檢測(cè)相對(duì)密度：泥漿與4℃時(shí)同體積水的質(zhì)量之比。泥漿的比重越大，對(duì)孔壁的靜壓力就越大，對(duì)孔壁的穩(wěn)定越有利。泥漿比重的大小決定于泥漿中固相含量和固相的比重,其次與泥漿液中可溶性鹽的數(shù)量有關(guān)。但是，比重過大的泥漿，其失水量亦大，孔壁泥皮增厚增加泥漿消耗，加大鉆具磨損，加大清孔、灌注砼的難度，降低鉆進(jìn)速度。ρ=1.2ρ=1.01、相對(duì)密度檢測(cè)1.主要儀器2.檢測(cè)步驟①校正比重稱：先在泥漿杯中裝滿清水，蓋好杯蓋，使多余清水從蓋上小孔溢出，擦干泥漿杯周圍的水珠，把游碼移到刻度1（1-2），如水平泡位于中間，則儀器是準(zhǔn)確的；如水平泡不在中間，則可在調(diào)重管內(nèi)取出或加入重物來調(diào)整。位于中間）。游碼左側(cè)所示刻度即為泥漿比重。1、相對(duì)密度檢測(cè)2.檢測(cè)步驟②泥漿比重檢測(cè)倒出清水，擦干，將待測(cè)泥漿注入杯中，蓋好杯蓋，讓多余泥漿溢出，擦凈泥漿杯周圍的泥漿，移動(dòng)游碼使橫梁成水平狀態(tài)（水平泡位于中間）。游碼左側(cè)所示刻度即為泥漿比重。1、相對(duì)密度檢測(cè)2、粘度檢測(cè)粘度η：液體或混合液體運(yùn)動(dòng)時(shí)各分子或顆粒之間產(chǎn)生的內(nèi)摩阻力（frictionresistance）。泥漿的粘度越大，懸浮鉆渣的能力越強(qiáng)，護(hù)壁的能力也越強(qiáng)，泥漿產(chǎn)生的孔壁泥皮厚，孔壁穩(wěn)定，但易“粘鉆”，影響鉆進(jìn)速度，增加泥漿凈化難度。一般地層泥漿粘度以16～22s為宜，松散宜塌地層以19～28s

為宜。2、粘度檢測(cè)1、主要儀器粘度計(jì)2、粘度檢測(cè)校正方法：漏斗中注入700mL清水，流出500mL，所需時(shí)間應(yīng)是15s，其偏差如超過±1s，測(cè)量泥漿時(shí)應(yīng)校正。檢測(cè)方法：用標(biāo)準(zhǔn)漏斗粘度計(jì)測(cè)定，用兩端開口量杯分別量取200mL和500mL泥漿，通過濾網(wǎng)濾去大砂礫后，將泥漿700mL均注入漏斗，然后使泥漿從漏斗流出，流滿500mL量杯所需時(shí)間（s），即為所測(cè)泥漿的粘度。3、含砂率（%）

sandpercentage含砂率定義：泥漿內(nèi)所含的砂和粘土顆粒的體積百分比。泥漿含砂率大時(shí)，會(huì)降低粘度，增加沉淀，容易磨損泥漿泵和水管搖頭、鉆錐等機(jī)具；停鉆時(shí)易造成埋鉆、卡鉆事故。常采用LNH型泥漿含砂量測(cè)定器測(cè)量：泥漿中不能通過200

號(hào)篩網(wǎng)（相當(dāng)于直徑大于0.075mm）砂子體積的百分比為泥漿含砂率。3、含砂率（%）

sandpercentage1、主要儀器3、含砂率（%）

sandpercentage2、檢測(cè)方法量測(cè)時(shí)，把調(diào)制好的泥漿50mL倒進(jìn)含砂率計(jì)，然后再倒450mL清水，使總體積為500mL，將儀器口塞緊，搖動(dòng)1min，使泥漿與水混合均勻，再將儀器豎直靜放3min，儀器下端沉淀物的體積（由儀器上刻度讀出）乘2即為含砂率（%）（有一種大型的含砂率計(jì)，容積1000mL。從刻度讀出的數(shù)不乘2即為含砂率）。1.加泥漿100ml2.過濾砂3.用水將砂沖入砂率計(jì)4.加水250ml，3分鐘后讀數(shù)3、含砂率-測(cè)試步驟4、失水量失水量（mL/30min）和泥皮厚（mm）定義：泥漿在鉆孔內(nèi)受內(nèi)外水頭壓力差的作用在一定時(shí)間內(nèi)滲入地層的水量，以mL/30min為單位。失水率小的泥漿有利于護(hù)壁；失水率過大的泥漿形成孔壁泥皮過厚，使鉆孔直徑縮小甚至坍孔。ρ泥漿=1.2ρ水=1.04、失水量檢測(cè)方法：（1）失水量檢測(cè)：用一張120mm×120mm的濾紙，置于水平玻璃板上，中央畫一個(gè)直徑30mm的圓圈，將2mL的泥漿滴于圓圈中心，30min后，量算濕潤(rùn)圓圈的平均半徑，減去泥漿坍平成為泥餅的平均半徑（mm）即失水量。（2）泥皮厚檢測(cè)：在濾紙上量出泥餅厚度（mm）即為泥皮厚。泥皮愈平坦、愈薄，則泥漿質(zhì)量愈高，一般不宜厚于2～3mm。5、膠體率膠體率（colloid

percentage）（%）定義：泥漿靜止后，其中呈懸浮狀態(tài)的粘土顆粒與水分離的程度，以百分比表示。反映泥漿中土粒保持懸浮狀態(tài)的性能

。檢測(cè)方法：將100mL的泥漿放入干凈的量杯中，用玻璃板蓋上，靜置24h后，量杯上部的泥漿可能澄清為透明的水，量杯底部可能有沉淀物。假如泥漿為41mL，則膠體率為41%。小結(jié)鉆孔灌注樁檢測(cè)項(xiàng)目10

鉆孔灌注樁檢測(cè)10.1

成孔質(zhì)量檢測(cè)10.2

超聲波檢測(cè)10.3

低應(yīng)變檢測(cè)鉆孔灌注樁檢測(cè)導(dǎo)入混凝土鉆孔灌注樁是橋梁及建筑結(jié)構(gòu)物常用的基樁形式之一，這主要是由于樁能將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深層穩(wěn)定的土層上去，從而大大減少基礎(chǔ)沉降和建筑物的不均勻沉降，實(shí)踐也證明它的確是一種極為有效、安全可靠的基礎(chǔ)形式。基樁完整性檢測(cè)方法《公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（JTG/T

F81-01-2004）規(guī)定：?公路工程基樁應(yīng)進(jìn)行100%的完整性檢測(cè)?重要工程的鉆孔灌注樁應(yīng)埋設(shè)聲測(cè)管，檢測(cè)的樁數(shù)不應(yīng)少于50%。低應(yīng)變檢測(cè)頻率：100%超聲波檢測(cè)頻率：50%聲波原理檢測(cè)原理基樁深度計(jì)超聲波儀聲測(cè)管缺陷缺陷接收換能器發(fā)射換能器檢測(cè)陰影圖超聲波檢測(cè)原理：聲波透射法一、聲波分類分類傳播方式介質(zhì)縱波（P波）振動(dòng)方向與波的傳播方向一致固體、液體、氣體橫波（S波）振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直固體表面波（R波）縱波和橫波組合固體vP＞vS≈vR1、機(jī)械波按傳播方式分為縱波、橫波和表面波縱波橫波表面波地震波波速vP=5.5~7km/svS≈vR=3.2~4.0km/svP＞vS≈vR一、聲波分類當(dāng)傳播物體為樁、立柱等細(xì)長(zhǎng)物體而P波波長(zhǎng)較長(zhǎng)時(shí)，其P波波速為1維速度：當(dāng)傳播物體為平板，而P波波長(zhǎng)較長(zhǎng)的場(chǎng)合，P波速度為2

維速度：當(dāng)物體的3維尺寸大于P波波長(zhǎng)時(shí)，P波的傳播速度為3維速度應(yīng)用：沖擊彈性波反射波法檢測(cè)基樁完整性錨桿長(zhǎng)度檢測(cè)護(hù)欄立柱檢測(cè)應(yīng)用：超聲波超聲波波檢測(cè)基樁完整性（缺陷）超聲波波檢測(cè)混凝土強(qiáng)度縱波在不同的形狀，傳播速度不同：VP3＞

VP2

＞

VP1VP3＞

VP2

＞

VP1一、聲波分類分類激振方式能量頻率波長(zhǎng)應(yīng)用超聲波壓電材料小高短超聲波測(cè)樁，超聲波測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和缺陷沖擊彈性波擊打大低長(zhǎng)反射波測(cè)樁、錨桿長(zhǎng)度、沖擊彈性波檢測(cè)結(jié)構(gòu)缺陷等超聲波與沖擊彈性波區(qū)別

頻率f ＝1/T，混凝土超聲檢測(cè)使用頻率20~200kHz。一般是50kHz。振幅A 波動(dòng)的幅度，表征波的強(qiáng)弱，以屏幕上波高度的毫米數(shù)、輸出電壓值或分貝（dB）表示。波長(zhǎng)λ 聲波波動(dòng)一次所傳播的距離。波速v 單位時(shí)間波傳播的距離，m/s。砼縱波：vp1≈3500，

vp3

≈4500km/s二、波形參數(shù)測(cè)樁的4大聲學(xué)參數(shù)聲時(shí)s（波速v）振幅A頻率f（周期T

）波形周期T 相位相同的相鄰的波之間所經(jīng)歷的時(shí)間。f50

103

v

4500

9cmyAOAvxT/f/λ二、波形參數(shù)頻率越高，波長(zhǎng)越短，反射越多，分辨率越高，傳播距離越短f50

103

v

4500

9cm缺陷尺寸大于波長(zhǎng)缺陷尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)繞射和反射反射與透射繞射二、波形參數(shù)若混凝土內(nèi)部有缺陷(空洞、蜂窩體)，則該處的聲速將比正常部位低。當(dāng)超聲波穿過裂縫而傳播時(shí)，所測(cè)得的聲速也將比無裂縫處聲速有所降低。1.聲速：彈性模量越高，內(nèi)部越是致密，其聲速也越高，而混凝土的強(qiáng)度也與它的彈性模量、孔隙率(密實(shí)性)有密切關(guān)系，因此強(qiáng)度越高，其聲速也越高發(fā)射換能器接收換能器二、波形參數(shù)2.波幅接收波振幅通常指首波，即第一個(gè)半波前半波的幅值，接收波的振幅與接收換能器處被測(cè)聲壓成正比，所以接收波振幅反映了接收到的聲波的強(qiáng)弱。在發(fā)出的超聲波強(qiáng)度一定的情況下，振幅值的大小反應(yīng)了超聲波在混凝土中衰減的情況。衰減大小，即振幅高低也能在一定程度反映混凝土的強(qiáng)度；對(duì)于內(nèi)部有缺陷或裂縫的混凝土，缺陷、裂縫使超聲波反射或繞射，振幅也將明顯減小，因此，振幅值也是判斷缺陷與裂縫的重要指標(biāo)。首波缺陷尺寸大于波長(zhǎng)缺陷尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)缺陷尺寸約等于波長(zhǎng)反射與透射繞射二、波形參數(shù)3.頻率含有各種頻率成分的超聲波在傳播過程中，高頻成分首先衰減(被吸收、散射)，因此，可以把混凝土看作是一種類似高頻濾波器的介質(zhì)。主頻率下降的多少除與傳播距離有關(guān)外，主要取決于混凝土本身的性質(zhì)(質(zhì)量、強(qiáng)度)和內(nèi)部是否存在缺陷、裂縫等，因此，測(cè)量超聲波通過混凝土后頻率的變化可以判斷混凝土質(zhì)量和內(nèi)部缺陷、裂縫等情況。缺陷尺寸大于波長(zhǎng)缺陷尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)缺陷尺寸約等于波長(zhǎng)繞射和反射反射與透射二、波形參數(shù)4.波形當(dāng)超聲波在傳播過程中碰到混凝土內(nèi)部缺陷裂縫或異物時(shí)，由于超聲波的繞射、反射和傳播路徑的復(fù)雜化，直達(dá)波、反射波、繞射波等各類波相繼達(dá)到接收換能器，它們的頻率和相位各不相同，這些波的迭加會(huì)使波形畸變。鑒于波形的變化受各種因素的影響，目前對(duì)波形的研究只能做一般的觀察、記錄。通常的波形分析與研究大多集中在波形前部的縱波，而且最好是不受邊界影響的直達(dá)縱波。三、特性阻抗Z聲波在傳播過程中，由一種介質(zhì)到達(dá)另一種介質(zhì)，在兩種介質(zhì)的分界面（界面）上，聲波會(huì)發(fā)生方向和能量的變化：一部分聲波被反射回到原來介質(zhì)中，稱為反射波；另一部分聲波透過界面在另一種介質(zhì)中繼續(xù)傳播，稱為折射波。介質(zhì)1介質(zhì)2αβLαL’聲波透過接口時(shí)，其方向、強(qiáng)度、波形均產(chǎn)生變化。這種變化取決于兩種介質(zhì)的特性阻抗和入射波的方向。三、特性阻抗Z反射系數(shù)與透射系數(shù)的大小取決于兩種介質(zhì)的聲學(xué)特性，具體來說取決于介質(zhì)的特性阻抗Z。特性阻抗Z表征介質(zhì)的聲學(xué)特性，其值為介質(zhì)的密度和波速的乘積，即Z=ρ×v介質(zhì)1介質(zhì)2αβLαL’1RTZ1=ρ1×v1Z2=ρ2×v2① R+T=1，符合能量守恒定律；② Z1=

Z2時(shí)，R=0，T=1，即當(dāng)兩種介質(zhì)特性阻抗相等時(shí)，聲波全部透過界面，無反射；③ 兩種介質(zhì)特性阻抗相差懸殊時(shí)（Z1>>

Z2或Z1<<

Z2），R→1，T→0，即聲波能量在界面絕大部分被反射，難于進(jìn)入第二種介質(zhì)。2（Z2

Z1）2R

（Z2

Z1）4

Z1Z

2（Z

2

Z1）2T

單一的平面界面1RTZ1=ρ1×v1Z2=ρ2×v2當(dāng)聲波在一種介質(zhì)中傳播時(shí)，有時(shí)會(huì)遇到第二種介質(zhì)的薄層，如混凝土裂縫(1)裂隙越細(xì)，透射率越大，反射率越小；(2)裂隙充滿空氣時(shí)的透射率比充滿水時(shí)小得多；(3)聲頻率越向高頻，反射率越大：為了發(fā)現(xiàn)混凝土中細(xì)微的裂縫需提高反射率，這就希望以較高頻率的超聲波進(jìn)行檢測(cè)異質(zhì)薄層的反射與透射三、特性阻抗Z項(xiàng)目材料楊氏彈性模量（104MPa）泊松比σ密 度（g/cm3）聲速（m/s）特性阻抗ρv(104g/cm2.s)vPvS鋼21.00.297.859403220470玻璃7.00.252.558003350129陶瓷5.90.232.453003100130混凝土3.00.282.445002756108石灰石7.20.312.761303200166淡水

20℃——0.998148114.8空氣20

℃——0.00123430.004三、特性阻抗Z？為什么換能器和被測(cè)體之間需要耦合介質(zhì)（黃油、水等）？超聲波為什么可以探測(cè)裂縫！鋼、混凝土一類固體介質(zhì)特性阻抗較大，液體一類介質(zhì)次之，空氣的特性阻抗最小，因此，在空氣與固體介質(zhì)界面上，聲波很難通過，絕大部分被反射。2（Z2

Z1）2R

（Z2

Z1）4

Z1Z

2（Z

2

Z1）2T

四、波的衰減聲波在介質(zhì)中傳播過程中，其振幅將隨傳播距離的增大而逐漸減小，這種現(xiàn)象稱為衰減。聲波在任何介質(zhì)中傳播都有衰減存在。聲波衰減的大小決于：超聲頻率、傳播距離、被檢測(cè)材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能。衰減分為：吸收衰減、散射衰減

、擴(kuò)散衰減缺陷尺寸大于波長(zhǎng)缺陷尺寸遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)缺陷尺寸約等于波長(zhǎng)繞射和反射反射與透射繞射頻率波長(zhǎng)衰減傳播距離精度高頻短快短高低頻長(zhǎng)慢遠(yuǎn)低五、脈沖波脈沖超聲波是復(fù)頻波

由許多不同頻率的余弦波組成。其固有的主頻率就是換能器上的標(biāo)稱頻率。頻漂 由于聲波的衰減與頻率有關(guān)，頻率越高,衰減越大，脈沖超聲波傳播時(shí)由于衰減將引起主頻率向低頻側(cè)的漂移。發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波不是連續(xù)不斷的，而是以一定重復(fù)頻率(100Hz或50Hz)間斷地發(fā)射出一組組超聲脈沖波。脈沖頻率50Hz聲波頻率頻率不等標(biāo)稱頻率50kHz聲波原理-小結(jié)鉆孔灌注樁檢測(cè)項(xiàng)目10

鉆孔灌注樁檢測(cè)10.1

成孔質(zhì)量檢測(cè)10.2

超聲波檢測(cè)10.3

低應(yīng)變檢測(cè)鉆孔灌注樁檢測(cè)導(dǎo)入混凝土鉆孔灌注樁是橋梁及建筑結(jié)構(gòu)物常用的基樁形式之一，這主要是由于樁能將上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到深層穩(wěn)定的土層上去，從而大大減少基礎(chǔ)沉降和建筑物的不均勻沉降，實(shí)踐也證明它的確是一種極為有效、安全可靠的基礎(chǔ)形式?；鶚锻暾詸z測(cè)方法《公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（JTG/T

F81-01-2004）規(guī)定：?公路工程基樁應(yīng)進(jìn)行100%的完整性檢測(cè)?重要工程的鉆孔灌注樁應(yīng)埋設(shè)聲測(cè)管，檢測(cè)的樁數(shù)不應(yīng)少于50%。低應(yīng)變檢測(cè)頻率：100%超聲波檢測(cè)頻率：50%基樁完整性檢測(cè)方法（1）低應(yīng)變反射波法具有儀器輕便、操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)速度快、成本低等特點(diǎn)，可檢測(cè)樁身缺陷及位置，判定樁身完整性類別，但檢測(cè)深度有限，在樁基工程質(zhì)量普查中應(yīng)用較廣。（2）聲波透射法需預(yù)埋聲測(cè)管，測(cè)試操作較復(fù)雜，可檢測(cè)灌注樁樁身缺陷及其位置，較可靠地判定樁身完整性類別。經(jīng)上述兩種方法檢測(cè)后，對(duì)樁身缺陷仍存在疑慮時(shí)，可用鉆芯法進(jìn)行驗(yàn)證。（3）鉆芯法使用設(shè)備笨重、操作復(fù)雜、成本高，但檢驗(yàn)成果直觀可靠。它可以檢測(cè)樁長(zhǎng)、樁身混凝土強(qiáng)度、樁底沉渣厚度，鑒別樁底巖土性狀，準(zhǔn)確地判定樁身完整性類別。（4）高應(yīng)變法：常用于建筑基樁。10.2

超聲波檢測(cè)一、檢測(cè)原理檢測(cè)原理：聲波透射法在預(yù)埋聲測(cè)管之間發(fā)射并接收聲波，通過實(shí)測(cè)聲波在混凝土介質(zhì)中的傳播時(shí)間、頻率和波幅衰減、波形崎變等聲學(xué)參數(shù)的變化，對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)的方法。基樁深度計(jì)超聲波儀聲測(cè)管缺陷缺陷接收換能器發(fā)射換能器檢測(cè)陰影圖一、檢測(cè)原理檢測(cè)依據(jù)：發(fā)射換能器發(fā)射超聲波，如果混凝土中有缺陷或裂縫，則波形參數(shù)有以下變化聲時(shí)s：強(qiáng)度變低，聲時(shí)延長(zhǎng)振幅A：波被反射，振幅變小頻率f：高頻被吸收，頻率偏低波形：波的迭加會(huì)使波形畸變發(fā)射換能器接收換能器yAOAvxT/f/λ二、儀器設(shè)備主要設(shè)備超聲波儀換能器深度計(jì)深度計(jì)超聲波儀換能器繞線輪1、超聲波儀模擬式超聲儀是將接收放大后的信號(hào)（模擬信號(hào)）直接送到顯示系統(tǒng)，以示波器直接顯示。模擬式超聲波儀數(shù)字式超聲波儀接收信號(hào)被轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，便于對(duì)信號(hào)（包括測(cè)試結(jié)果和整個(gè)波形）的存儲(chǔ)、重現(xiàn)和分析、自動(dòng)判讀1、超聲波儀數(shù)字式超聲儀技術(shù)要求①接收放大器的頻帶寬度為5～200kHz，其下限不宜降低，否則不利于濾去因換能器絕緣性能降低而產(chǎn)生的低頻信號(hào)，造成自動(dòng)判讀時(shí)丟波和錯(cuò)判現(xiàn)象。增益不應(yīng)小于100dB，放大器的噪聲有效值不大于2μV；波幅測(cè)量范圍不小于80dB，測(cè)量誤差小于1dB；②聲時(shí)顯示范圍應(yīng)大于2000μs，精度優(yōu)于0.5μs，計(jì)時(shí)誤差不應(yīng)大于2％；③采集器模-數(shù)轉(zhuǎn)換精度不應(yīng)低于8bit，采樣頻率不應(yīng)小于10MHz，最大采樣長(zhǎng)度不應(yīng)小于32kB。多跨孔全自動(dòng)超聲波儀通過手工或步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步提升發(fā)射和接收換能器，儀器每隔一定間距自動(dòng)采集信號(hào)，讀取聲學(xué)參數(shù)，自動(dòng)保存波形及參數(shù)。最多可一次檢測(cè)4個(gè)聲測(cè)管。優(yōu)點(diǎn)：效率高，定位準(zhǔn)確。多跨孔全自動(dòng)超聲波儀換能器應(yīng)用超聲波檢測(cè)混凝土，首先要解決超聲波的產(chǎn)生和接收，再進(jìn)行測(cè)量。采用換能器產(chǎn)生和接收超聲波。發(fā)射換能器

電能→超聲波。接收換能器

超聲能量→電量。2、換能器發(fā) 接射 收換

換能 能器 器換能器橫波換能器表面波換能器縱波換能器徑向換能器平面換能器普通平面換能器夾心式平面換能器彎曲式平面換能器寬帶平面換能器增壓式徑向換能器圓環(huán)式徑向換能器一發(fā)雙收換能器換能器種類換能器種類平面換能器幅射面是平面，發(fā)收平面波，用在結(jié)構(gòu)表面上的測(cè)量，以黃油等膏體作耦合劑徑向換能器利用壓電體的徑向振動(dòng)，發(fā)收柱面波，用在鉆孔和管中測(cè)量，通常以水作耦合劑徑向振動(dòng)換能器技術(shù)指標(biāo)①?gòu)较蛩矫鏌o指向性。②諧振頻率宜大于25kHz。③在lMPa水壓下能正常工作。④收、發(fā)換能器的導(dǎo)線均應(yīng)有長(zhǎng)度標(biāo)注，其標(biāo)注允許偏差不應(yīng)大于10mm（導(dǎo)線外皮材料為樹脂，長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)收縮，現(xiàn)大多數(shù)儀器可用深度計(jì)對(duì)導(dǎo)線長(zhǎng)度進(jìn)行標(biāo)定）。⑤接收換能器宜帶有前置放大器，頻帶寬度宜為5～60kHz。（一般是50kHz）⑥單孔檢測(cè)采用一發(fā)雙收一體型換能器，其發(fā)射換能器至接收換能器的最近距離不應(yīng)小于30cm，兩接收換能器的間距宜為20cm。發(fā) 接射

收換 換能 能器 器3.雙向深度計(jì)數(shù)滑輪深度計(jì)為計(jì)數(shù)滑輪，內(nèi)置角度傳感器?；啺霃綖閞，則導(dǎo)線繞滑輪轉(zhuǎn)動(dòng)弧長(zhǎng)l=r×θ，當(dāng)導(dǎo)線提升或下降一定高度（一般設(shè)定為10cm或20cm）時(shí)，超聲波儀自動(dòng)采集波速和振幅等數(shù)據(jù)，以及相應(yīng)的深度位置。計(jì)數(shù)輪三角架

換能器導(dǎo)線輸出導(dǎo)線基樁深度計(jì) 超聲波儀聲測(cè)管檢測(cè)陰影圖檢測(cè)流程聲測(cè)管安裝聲測(cè)管灌水聲測(cè)管編號(hào)聲時(shí)修正記錄信息儀器準(zhǔn)備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)聲速管距修正缺陷分析基樁準(zhǔn)備現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果分析完整性判別聲波透射法：在預(yù)埋聲測(cè)管之間發(fā)射并接收聲波，通過實(shí)測(cè)聲波在混凝土介質(zhì)中的傳播時(shí)間、頻率和波幅衰減、波形畸變等聲學(xué)參數(shù)的變化，對(duì)樁身完整性進(jìn)行檢測(cè)的方法。三、聲測(cè)管埋設(shè)基樁深度計(jì) 超聲波儀聲測(cè)管缺陷缺陷接收換能器發(fā)射換能器檢測(cè)陰影圖（1）材料及尺寸聲測(cè)管材料要求有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，保證在混凝土澆注過程中不會(huì)變形，與混凝土粘結(jié)良好，不致在聲測(cè)管和混凝土間產(chǎn)生剝離縫，影響測(cè)試。焊接鋼管（有縫鋼管）剛度大，便于安裝，聲阻抗大，又可代替部分鋼筋，是最合適的聲測(cè)管材料。基樁深度（m）聲測(cè)管壁厚（mm）基樁深度（m）聲測(cè)管壁厚（mm）<50≥1.070～90≥1.550～70≥1.290～120≥1.8三、聲測(cè)管埋設(shè)焊接鋼管螺紋連結(jié)三、聲測(cè)管埋設(shè)-聲測(cè)管的連結(jié)焊接連接鉗壓式連接焊接連接套筒套筒焊接用電焊將套筒與聲測(cè)管上下兩端焊接起來。注意：不能對(duì)焊，防止有焊瘤卡換能器，保證不漏水，又不要將聲測(cè)管焊穿。三、聲測(cè)管埋設(shè)-聲測(cè)管數(shù)量及布置D≤

1500mm3管*3個(gè)測(cè)面D>1500mm4管*6個(gè)測(cè)面《公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》（JTG/T

F81-01-2004）規(guī)定：三、聲測(cè)管埋設(shè)-基本要求聲測(cè)管的埋設(shè)應(yīng)符合下列規(guī)定1當(dāng)樁徑不大于1500mm時(shí)，應(yīng)埋設(shè)三根管;

當(dāng)樁徑大于1500mm時(shí)，應(yīng)埋設(shè)四根管。2聲測(cè)管宜采用金屬管，其內(nèi)徑應(yīng)比換能器外徑大15mm，管的連接宜采用螺紋連接，且不漏水。3聲測(cè)管應(yīng)牢固焊接或綁扎在鋼筋籠的內(nèi)側(cè)，

且互相平行、

定位準(zhǔn)確，并埋設(shè)至樁底，管口宜高出樁頂面300mm以上。聲測(cè)管管底應(yīng)封閉，管口應(yīng)加蓋。4聲測(cè)管的布置以路線前進(jìn)方向的頂點(diǎn)為起始點(diǎn)，按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行編號(hào)和分組，每?jī)筛帪橐唤M。123樁主筋架立鋼筋聲測(cè)管1檢測(cè)前準(zhǔn)備2現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)3數(shù)據(jù)分析四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-流程檢測(cè)前的準(zhǔn)備應(yīng)符合下列規(guī)定：1）

被檢樁的混凝土齡期應(yīng)大于14d；2）聲測(cè)管內(nèi)應(yīng)灌滿清水，且保證通暢；3）標(biāo)定超聲波檢測(cè)儀發(fā)射至接收的系統(tǒng)延遲時(shí)間t0；4）準(zhǔn)確量測(cè)聲測(cè)管的內(nèi)、外徑和兩相鄰聲測(cè)管外壁間的距離，量測(cè)精度為±1mm；5）取芯孔的垂直度誤差不應(yīng)大于0.5%，檢測(cè)前應(yīng)進(jìn)行孔內(nèi)清洗。四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-聲測(cè)管灌水項(xiàng)目材料密 度（g/cm3）聲速（m/s）vP鋼7.85940混凝土2.44500淡水

20℃0.9981481空氣20

℃0.00123432 1（Z

Z

）22R

（Z2

Z1）4

Z1Z

2（Z

2

Z1）2T

1、聲測(cè)管灌水① 注意所有聲測(cè)管管口高程應(yīng)一致。正式檢測(cè)前，建議用通孔器在每個(gè)聲測(cè)管中試走一遍，以確保聲測(cè)管暢通。② 即使聲測(cè)管在澆注混凝土?xí)r已灌滿水，水也會(huì)出現(xiàn)一些損耗，檢測(cè)前需要補(bǔ)水。③ 采用水泵灌水，由于充水很快，有時(shí)候空氣來不及排出，雖然管口已冒水但實(shí)際上聲測(cè)管并未充滿水。因此采用水泵灌水，應(yīng)提前灌水并靜置一段時(shí)間，或者使用通孔器或換能器在聲測(cè)管中預(yù)先走1遍，待管中空氣排出后再補(bǔ)水。四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)1、聲測(cè)管灌水四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)ABCD聲測(cè)管的布置以路線前進(jìn)方向的頂點(diǎn)為起始點(diǎn)，按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)方向進(jìn)行編號(hào)和分組，每?jī)筛帪橐唤M。若埋設(shè)4根聲測(cè)管先檢測(cè)對(duì)角在線的兩個(gè)剖面AC、BD，是因?yàn)檫@兩個(gè)剖面通過樁中心，首先檢測(cè)后就可大體了解樁身質(zhì)量，如果這兩個(gè)剖面未發(fā)現(xiàn)異常，則該樁不會(huì)出現(xiàn)大的問題。2、聲測(cè)管編號(hào)3、聲時(shí)修正t

ti

t0

tw

tt由超聲儀測(cè)得的聲時(shí)ti，除包括在混凝土中的傳播時(shí)間t外，還包括系統(tǒng)延遲時(shí)間t0、超聲波在管壁tw、管內(nèi)水中的傳播時(shí)間tt。因此應(yīng)進(jìn)行聲時(shí)修正，將這三個(gè)時(shí)間（有些規(guī)范或超聲儀生產(chǎn)廠家將這三個(gè)時(shí)間統(tǒng)稱為零聲時(shí)或聲時(shí)初讀數(shù)）減去，得到超聲波在混凝土中實(shí)際的傳播時(shí)間。四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè) d

d

`水 鋼管 l 測(cè)量間距

D

換能器測(cè)量間距tt+tw+tt0系統(tǒng)延遲時(shí)間t

取決于超聲儀、換能器、電纜，0三者確定后，t就是一個(gè)定值，t包括以下三部分

。0電延遲時(shí)間電聲轉(zhuǎn)換時(shí)間聲延遲時(shí)間四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-聲時(shí)修正l1

(t1)l2

(t2)長(zhǎng)短測(cè)距法直接相對(duì)法t0的標(biāo)定方法有線性回歸法：精度較高長(zhǎng)短測(cè)距法，精度能滿足測(cè)樁要求直接相對(duì)法：工地上常用線性回歸法①t0的標(biāo)定②tw測(cè)定t

ti

t0

tw

tt四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-聲時(shí)修正 d

d

`水 鋼管 l 測(cè)量間距

D

換能器vwd

d

tw

vw=1483m/s水的時(shí)間=管內(nèi)徑?換能器直徑水的波速四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-聲時(shí)修正③tt測(cè)定

v

t

D

d

tvt=5800m/s鐵的時(shí)間=管外徑?管內(nèi)徑鐵的波速t

ti

t0

tw

tt d

d

`水 鋼管 l 測(cè)量間距

D

換能器④管距l(xiāng)twt

t

t

t

ti

0vi

l t四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-聲時(shí)修正

D d

d

`鋼管水換能器l測(cè)量間距聲時(shí)修正可以在檢測(cè)時(shí)扣除，也可以在分析時(shí)扣除。檢測(cè)前，在超聲儀接口上提示輸入零聲時(shí)的框內(nèi)輸入三個(gè)時(shí)間的和，超聲儀將在聲時(shí)測(cè)值中自動(dòng)減去該值，最后顯示或存儲(chǔ)的聲時(shí)值就是在混凝土中的實(shí)際傳播時(shí)間。如果檢測(cè)時(shí)未進(jìn)行修正，則可以在室內(nèi)分析時(shí)扣除該修正值。 d

d

`水 鋼管 l 測(cè)量間距

D

換能器四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-聲時(shí)修正四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-記錄信息4、記錄信息測(cè)量樁頂標(biāo)高和樁長(zhǎng)基準(zhǔn)標(biāo)高基準(zhǔn)標(biāo)高指基準(zhǔn)點(diǎn)的高程，以此作為檢測(cè)時(shí)的相對(duì)零點(diǎn)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)可選擇聲測(cè)管管口?，F(xiàn)在有很多儀器廠家將滑輪置于管口，換能器電纜經(jīng)由滑輪上下移動(dòng)，移動(dòng)方便還可以避免管口磨損電纜，管口加裝滑輪后應(yīng)以滑輪頂部作為基準(zhǔn)點(diǎn)。設(shè)計(jì)標(biāo)高基準(zhǔn)標(biāo)高樁底標(biāo)高5、刻度標(biāo)定手動(dòng)測(cè)樁儀管底以及聲側(cè)剖面底部及頂部讀尺由電纜上的刻度讀數(shù)，而自動(dòng)測(cè)樁儀由提升裝置自動(dòng)記錄換能器深度位置。自動(dòng)測(cè)樁儀提升裝置在出廠時(shí)進(jìn)行過標(biāo)定，儀器上顯示的深度和電纜提升的高度是相同的，設(shè)備使用一段時(shí)間，更換部分設(shè)備，或者環(huán)境溫度變化較大時(shí)，二者會(huì)有一定誤差，就需要標(biāo)定。自動(dòng)測(cè)樁儀提升裝置的距離標(biāo)定方法如下：將信號(hào)電纜線提升一定高度（比如50m），計(jì)算超聲儀上顯示的高度差，把兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入超聲儀內(nèi)，儀器自動(dòng)完成標(biāo)定。四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-記錄信息6、儀器準(zhǔn)備深度計(jì)超聲波儀換能器繞線輪其它：鋼卷尺卡尺水桶等四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-儀器準(zhǔn)備（1）儀器界面四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-儀器準(zhǔn)備（2）儀器界面四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-儀器準(zhǔn)備延遲時(shí)間約占1/3首波波幅大于判讀線四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-儀器準(zhǔn)備（2）儀器界面四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-儀器準(zhǔn)備（3）參數(shù)設(shè)置采樣間隔一般設(shè)置為0.4μs，大直徑樁可適當(dāng)增加聲波發(fā)射電壓應(yīng)保持不變，小直徑樁可設(shè)為500V，大直徑樁可設(shè)為1000V測(cè)點(diǎn)間距不宜大于250mm。若采用自動(dòng)測(cè)樁儀，測(cè)點(diǎn)間距一般設(shè)為100mm。其它：樁長(zhǎng)、樁徑、砼標(biāo)號(hào)等。1、換能器放置到樁底。2、自動(dòng)采樣，間隔：0.1或0.2m。3、緩慢提升，注意首波顯示。自動(dòng)測(cè)樁儀在電纜提升過程中，為防止電纜線打滑、跑偏，保證兩根電纜同步上升，采用雙壓輪或類似設(shè)計(jì)，因此必須從下往上檢測(cè)。從下往上檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)是可以保證檢測(cè)的連續(xù)性。四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-正常測(cè)試四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-缺陷測(cè)試若混凝土質(zhì)量較均勻，無異常，則測(cè)值變化不大，測(cè)試過程中不需要干預(yù)。若在測(cè)試過程中遇到異常，則聲時(shí)會(huì)變大，儀器屏幕上的波形會(huì)向右移動(dòng)，波幅變小，軟件自動(dòng)找首波出現(xiàn)困難。這時(shí)應(yīng)放慢提升速度必要時(shí)停止提升；應(yīng)加大延遲時(shí)間，使得波形往左移動(dòng)；應(yīng)放大波形信號(hào)，以便軟件能自動(dòng)找尋到首波，必要時(shí)手動(dòng)游標(biāo)確定首波。正常波形缺陷波形首波大于判讀線AB（1）局部加密對(duì)測(cè)S=100mm（2）A高B低斜測(cè)S=100mm（3）A低B高斜測(cè)S=100mm2、現(xiàn)場(chǎng)缺陷測(cè)試四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-缺陷測(cè)試S=100mm扇形掃測(cè)示意圖H（3）扇形掃測(cè)當(dāng)某一根聲測(cè)管的管底有一小段（2～3m以內(nèi)）出現(xiàn)堵塞，該檢測(cè)剖面的檢測(cè)范圍是從堵管高程H至樁頂。為大致了解堵管以下的樁身混凝土質(zhì)量，可以將一只換能器置于堵管處，另一只以堵管高程H為對(duì)稱軸作扇形掃測(cè)，對(duì)相同傳播距離的測(cè)線進(jìn)行比較。實(shí)際檢測(cè)中較少使用。四、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-缺陷測(cè)試t

ti

t0

tw

tt

vi

l

/

t系統(tǒng)延遲時(shí)間t0、超聲波在管壁中的傳播時(shí)間tt、超聲波在管內(nèi)水中的傳播時(shí)間tw后，按下式修正聲時(shí)：（1）聲速修正五、數(shù)據(jù)分析-修正 d

d

`鋼管水 l 測(cè)量間距

D

換能器五、數(shù)據(jù)分析（2）管距修正測(cè)樁時(shí)，在樁頂測(cè)量?jī)筛暅y(cè)管之間的凈距離，作為整個(gè)聲測(cè)剖面所有測(cè)點(diǎn)的管距。如果兩根聲測(cè)管不平行，局部出現(xiàn)偏斜，則超聲波在混凝土中的傳播距離與樁頂測(cè)量的管距是不同的，由此計(jì)算的聲速就會(huì)偏大或偏小，按概率法來判斷缺陷就失去了基礎(chǔ)。l0lit

ti

t0

tw

tt

vi

l

/

t3.缺陷分析方法3、缺陷分析方法可歸結(jié)為三個(gè)層次?異常測(cè)點(diǎn)判斷?異常范圍判斷?異常程度判斷（1）異常測(cè)點(diǎn)判斷異常測(cè)點(diǎn)的判斷可以采用概率法波幅判據(jù)，并輔以PSD判據(jù)。①聲速臨界值計(jì)算vl=vm-2s=109.9+2×1.71=113.3假設(shè)t16、……t20可疑，對(duì)t1

～t15統(tǒng)計(jì)：n=15，t=109.9，

t

=1.71，tD

t

2

tt15<tD說明t15為正常值。同樣計(jì)算得到t16也為正常值。（1）異常測(cè)點(diǎn)判斷-①概率法ci

1cii

1i

t

t

tz

zK

tci

tci

1PSD：聲參數(shù)-深度曲線相鄰兩點(diǎn)之間的斜率與差值之積。PSD

K

tz(cm)tc(us)PSD101770201750301803401790502606566025537023063801802509018101001810

2

656(260－179)

(260－179)50－40＝ci

1cizi

zi

1

t

t（1）異常測(cè)點(diǎn)判斷-②PSD判據(jù)（2）異常范圍判斷—陰影重疊法陰影重疊法原理BAC

將所有相交的缺陷陰影區(qū)進(jìn)行疊加，其交叉重疊所圍成的區(qū)域，稱為缺陷陰影區(qū)，即為缺陷的范圍。陰影重疊法實(shí)際缺陷正常測(cè)線缺陷陰影檢測(cè)缺陷范圍abdch異常測(cè)線 f聲測(cè)管周圍局部缺陷gei（2）缺陷區(qū)域判斷——陰影重疊法陰影重疊法聲測(cè)管之間局部缺陷efabijklcdgh（2）缺陷區(qū)域判斷——陰影重疊法陰影重疊法縮頸缺陷hfbgjidclkea（2）缺陷區(qū)域判斷——陰影重疊法陰影重疊法-11.5-12.5-13.5-14.5A管

B管

C管A管J 缺陷輪廓缺陷區(qū)-13.00-13.25分析實(shí)例陰影重疊法（2）缺陷區(qū)域判斷——陰影重疊法（3）異常程度判斷-超聲波CT超聲波CTCT技術(shù)是指在不破壞物體結(jié)構(gòu)的前提下，根據(jù)在物體周邊所獲得的波速一維投影數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)運(yùn)算處理，重建物體特定層面上的二維圖像，并依據(jù)一系列二維圖像重構(gòu)該物體的三維圖像五、數(shù)據(jù)分析-判定原則類別特征（表10.4.7）特征（表3.5.1）Ⅰ各檢測(cè)剖面的聲學(xué)參數(shù)均無異常，無聲速低于低限值異常樁身完整Ⅱ某一檢測(cè)剖面?zhèn)€別測(cè)點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常，無聲速低于低限值異常樁身有輕微缺陷，不會(huì)影響樁身結(jié)構(gòu)承載力的正常發(fā)揮Ⅲ某一檢測(cè)剖面連續(xù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常；兩個(gè)或兩個(gè)以上檢測(cè)剖面在同一深度測(cè)點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)異常；局部混凝土聲速出現(xiàn)低限值異常樁身有明顯缺陷，對(duì)樁身結(jié)構(gòu)承載力有影響Ⅳ某一檢測(cè)剖面連續(xù)多個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲學(xué)參數(shù)出現(xiàn)明顯異常；兩個(gè)或兩個(gè)以上檢測(cè)剖面在同一深度測(cè)點(diǎn)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?；驘o法檢測(cè)首波或聲波接收信號(hào)嚴(yán)重畸變。樁身存在嚴(yán)重缺陷正常數(shù)據(jù)六、案例分析丟波，重找首波六、案例分析PSD異常丟波，重找首波六、案例分析重設(shè)首波后，波速基本正常，確定為無缺陷但是波幅還有些異常異常數(shù)據(jù)：波形放大，找首波，然后判斷缺陷六、案例分析重調(diào)首波后，PSD仍然異常，確定為缺陷六、案例分析打印輸出七、檢測(cè)報(bào)告（1）委托方名稱，工程名稱、地點(diǎn)，建設(shè)、勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位，基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)類型，設(shè)計(jì)要求，檢測(cè)目的，檢測(cè)依據(jù)，檢測(cè)數(shù)量，檢測(cè)日期；（2）地質(zhì)條件描述；（3）受檢樁的樁號(hào)、樁位和相關(guān)施工記錄；（4）檢測(cè)方法，檢測(cè)儀器設(shè)備，檢測(cè)過程敘述；（5）受檢樁檢測(cè)數(shù)據(jù)，實(shí)測(cè)與計(jì)算分析曲線、表格和匯總結(jié)果；（6）與檢測(cè)內(nèi)容相應(yīng)的檢測(cè)結(jié)論；七、檢測(cè)報(bào)告小結(jié)低應(yīng)變檢測(cè)基樁完整性檢測(cè)基樁完整性3.現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)1.基本原理2.儀器設(shè)備低應(yīng)變反射波法4.數(shù)據(jù)分析與判定低應(yīng)變反射波法檢測(cè)基樁完整性導(dǎo)入公路橋一般采用樁基礎(chǔ)，由鉆孔灌注樁和承臺(tái)組成。導(dǎo)入泥漿1.鉆孔2.下鋼筋籠3.灌注混凝土鋼筋混凝土鉆孔灌注樁施工工藝地基缺陷類型導(dǎo)入檢測(cè)頻率：100%檢測(cè)頻率：50%2.基樁完整性檢測(cè)方法(1)低應(yīng)變反射波法(簡(jiǎn)稱小應(yīng)變)(2)聲波透射法

(簡(jiǎn)稱超聲波法)(3)鉆芯法：驗(yàn)證1.檢測(cè)規(guī)范《公路工程基樁動(dòng)測(cè)技術(shù)規(guī)程》JTG/TF81-01-2004基本原理檢測(cè)方法類型物體形狀波長(zhǎng)頻率能量傳播距離低應(yīng)變彈性反射波一維桿長(zhǎng)低大遠(yuǎn)超聲波超聲透射波無限大短高小近低應(yīng)變反射波與超聲波均為機(jī)械波，縱波。超聲波低應(yīng)變基本原理一維桿Z3Z1Z2Z

EA/

c

cAZ--樁的廣義波阻抗（N·s/m）,c--樁的彈性波速度（m/s），E--樁的彈性模量（N/m2），ρ--樁的質(zhì)量密度（kg/m3)

，ρc--樁的波特性阻抗或波阻抗率（kg/m2·s）。A—桿件的面積（m2)低應(yīng)變理論：一維波動(dòng)理論線彈性樁-樁的長(zhǎng)度遠(yuǎn)大于直徑且入射波波長(zhǎng)λ大于樁的直徑樁阻抗是其橫截面積、材料密度和彈性模量的函數(shù)：基本原理一維桿Z3Z1Z2在樁頂錘擊力作用下，產(chǎn)生一壓縮波，此波以波速c沿樁向下傳播。截面的Z(ρ,c,A)任何變化都使部分入射波產(chǎn)生反射。樁阻抗是其橫截面積、材料密度和彈性模量的函數(shù)：Z

EA/

c

cA基本原理Z

EA

/c

cA假設(shè)樁中某處阻抗發(fā)生變化，當(dāng)應(yīng)力波從介質(zhì)I(阻抗為Z1)進(jìn)入介質(zhì)II(阻抗為Z2)時(shí)，將產(chǎn)生速度反射波和速度透射波。令：2 1樁身質(zhì)量完整性系數(shù)β=Z/Z

；反射系數(shù)為a；????

= =?? ??2????2??

??2??2??=??

??2

2??122 1??1

?

??2 1?

??2Τ??1 1?

??= = =?? +

?? 1+

??

Τ?? 1+

??①若β=1，Z1=Z2時(shí)，α=0說明界面無阻抗差異，即沒有反射波。②若β<1，Z1>Z2時(shí)，α>0說明界面阻抗變小，出現(xiàn)與入射波同相的反射波。③若β>1，Z1<Z2時(shí)，α<0說明界面阻抗變大，出現(xiàn)與入射波反相的反射波。Z1

Z2

Z3入射波反射波At檢測(cè)儀器與設(shè)備主要儀器設(shè)備1.信號(hào)采集及處理儀2.傳感器3.激振設(shè)備檢測(cè)儀器與設(shè)備1.信號(hào)采集及處理儀（1）數(shù)據(jù)采集裝置的模-數(shù)轉(zhuǎn)換器不得低于12bit。（2）采樣間隔宜為10～500μs,可調(diào)。（3）單通道采樣點(diǎn)不少于1024點(diǎn)。（4）放大器增益宜大于60dB，可調(diào)，線性度良好，其頻響范圍應(yīng)滿足5Hz～5kHz。檢測(cè)儀器與設(shè)備2.

傳感器（1）傳感器宜選用壓電式加速度傳感器或磁電式速度傳感器，頻響曲線的有效范圍應(yīng)覆蓋整個(gè)測(cè)試信號(hào)的頻帶范圍。（2）加速度傳感器的電壓靈敏度應(yīng)大于100mV/g，電荷靈敏度應(yīng)大于20PC/G，上限頻率不應(yīng)小于5kHz，安裝諧振頻率不應(yīng)小于6kHz，量程應(yīng)大于100G。（3）速度傳感器的固有諧振頻率不應(yīng)大于30Hz，靈敏度應(yīng)大于200mV/cm·s-1，上限頻率不應(yīng)小于1.5kHz，安裝諧振頻率不應(yīng)小于1.5kHz。檢測(cè)儀器與設(shè)備3.激振設(shè)備--金屬錘、尼龍錘、橡膠錘①錘激能量。其大小取決于錘的質(zhì)量和下落速度。對(duì)大直徑長(zhǎng)樁，應(yīng)選擇質(zhì)量大的錘或力棒，以產(chǎn)生主頻率低、能量大的激勵(lì)信號(hào)，獲得較清晰的樁底反射信號(hào)，但這時(shí)樁身的微小缺陷會(huì)被掩蓋。②錘頭材料。錘頭材料硬，產(chǎn)生的高頻脈沖波有利于提高樁身缺陷的分辨率，但高頻信號(hào)衰減快，不容易探測(cè)樁身深部缺陷；錘頭材料軟，產(chǎn)生的低頻脈沖波，衰減慢，有利于獲得樁底反射信號(hào)，但降低了樁身缺陷的分辨率。③脈沖寬度。小鋼錘的脈沖寬度約為0.6ms，尼龍錘約為2.0ms，橡皮錘約為4.0ms。激振脈沖寬度大，有利于探測(cè)樁身的深部缺陷，但波長(zhǎng)大于缺陷尺寸時(shí)，由于波的繞射作用，樁身內(nèi)的小缺陷不容易識(shí)別，從而降低了分辨率；激振力脈沖寬度小，應(yīng)力波頻率高，波長(zhǎng)短，有利于對(duì)樁身小缺陷的分辨率，但在樁淺部不能滿足一維彈性桿件的平截面假定條件，會(huì)出現(xiàn)接收信號(hào)波形畸變?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-檢測(cè)流程1.準(zhǔn)備工作測(cè)量樁徑儀器安裝參數(shù)設(shè)置2.傳感器安裝3.激振4.采樣現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)1.檢測(cè)前準(zhǔn)備工作（1）現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，搜集資料：工程地質(zhì)、基樁設(shè)計(jì)圖紙和施工記錄、監(jiān)理日志等，了解施工工藝及施工過程中出現(xiàn)的異常情況，明確被檢測(cè)樁號(hào)。（2）選擇與安裝儀器：選擇合適的激振設(shè)備、傳感器及檢測(cè)儀，檢查測(cè)試系統(tǒng)各部分之間是否連接良好，確認(rèn)整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。（3）磨平激振點(diǎn)與測(cè)點(diǎn)：樁頂應(yīng)鑿至新鮮混凝土面，并用打磨機(jī)將測(cè)點(diǎn)和激振點(diǎn)磨平。（4）測(cè)量并記錄樁頂截面尺寸。（5）檢測(cè)時(shí)間：混凝土灌注樁的檢測(cè)宜在成樁14d以后進(jìn)行。（6）參數(shù)設(shè)置：采樣頻率f：0.5~2000采樣點(diǎn)數(shù)N：1024樁徑，樁長(zhǎng)等現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-2．傳感器安裝（1）傳感器的安裝可采用石膏、黃油、橡皮泥等耦合劑，粘結(jié)應(yīng)牢固，并與樁頂面垂直。（2）對(duì)混凝土灌注樁，傳感器宜安裝在距樁中心1/2～2/3半徑處，且距離樁的主筋不宜小于50mm。當(dāng)樁徑不大于1000mm時(shí)不宜少于2個(gè)測(cè)點(diǎn)；當(dāng)樁徑大于1000mm時(shí)不宜少于4個(gè)測(cè)點(diǎn)?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)-3.激振（1）混凝土灌注樁、混凝土預(yù)制樁的激振點(diǎn)宜在樁頂中心部位；（2）短樁或淺部缺陷樁的檢測(cè)宜采用輕錘短脈沖激振；長(zhǎng)樁、大直徑樁或深部缺陷樁的檢測(cè)宜采用重錘寬脈沖激振，也可采用不同的錘墊來調(diào)整激振脈沖寬度。（3）采用力棒激振時(shí)，應(yīng)自由下落；采用力錘敲擊時(shí)，應(yīng)使其作用力方向與樁頂面垂直?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)4.采樣（1）各測(cè)點(diǎn)的重復(fù)檢測(cè)次數(shù)不應(yīng)少于3次，且檢測(cè)波形具有良好的一致性。（2）信號(hào)幅值適度，波形光滑，無毛刺、振蕩出現(xiàn)，信號(hào)曲線最終歸零。（3）當(dāng)干擾較大時(shí)，可采用信號(hào)增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行重復(fù)激振，提高信噪比；當(dāng)信號(hào)一致性差時(shí)，應(yīng)分析原因，排除人為和檢測(cè)儀器等干擾因素，重新檢測(cè)。數(shù)據(jù)分析與判定缺陷位置分析時(shí)域分析頻域分析缺陷類型分析基樁完整性判定縮徑、擴(kuò)徑、蜂窩夾泥、斷樁沉渣、樁長(zhǎng)、強(qiáng)度等Company

LogoⅠ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類數(shù)據(jù)分析與判定-缺陷位置分析1.時(shí)域分析（1）確定混凝土波速c樁身波速平均值的確定當(dāng)樁長(zhǎng)已知、樁底反射信號(hào)明確時(shí)，選用相同條件下（地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)樁型、成樁工藝相同）不少于5根I類樁的樁身波速平均值?；炷翉?qiáng)度(Mpa)C15C20C25C30C35C40波速范圍(km/h)2500~45003000~35003500~38003700~40003900~42004100~4500特征波速(km/h)280032003650395041004300數(shù)據(jù)分析與判定-缺陷