声波透射法讲义

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时加大、声速降低。 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。 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.
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未采到波形原因分析 检测声测管内有没有水,无水时声波接收不到,肯定没信号; 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; 桩声砼严重离析,声波能量很弱使得接收端接收不到信号; 接头损坏.
离析长度 1.1m
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缺陷 6.7-7.9m
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离析长度约 0.7m
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桩身完整
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缺陷 21.0-22.2m
2
幻灯片 47
严重离析 21.9-22.7,芯样提不上来
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芯样完整
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缺陷 18.0-18.4m 及 35.6-36.4m
凝土接近。
声测管埋设数量 :
1 桩径小于或等于 800mm 时,不少于 2 根声测管;
2 桩径大于 800mm 且小于或等 1600mm 时,不少于 3 根声测管;
3 桩径大于 1600mm 时,不少于 4 根声测管;
4 桩径大于 2500mm 时,宜增加预埋声测管数量。
斜侧两个换能器中点连线的水平夹角不应大 30°。
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蜂窝 38.3-38.9m
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蜂窝 23.4-24.0m
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新旧规范对比 1、增加了声波透射法现场自动检测及其仪器的相关要求; 2、改进了声波透射法的声速异常判断临界值的确定方法; 3、增加采用变异系数对检测剖面声速异常判断概率统计值进行限定要求; 4、改进了声波透射法的桩身完整性判定方法。
幻灯片 1
2015 年全省地基基础检测岗位证考核培训教材 声波透射法
福建省建筑科学研究院
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原理
Байду номын сангаас
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
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经典波形
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影响砼波速原因 龄期:规范规定,强度应达到设计值的 70%,且不小于 15MPa; 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; 砼强度等级,等级越高,则砼的波速也较高.
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PSD 计算 PSD 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. PSD 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. 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
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低应变与超声波的互校
低应变
超声波
如果某根桩动测定为Ⅳ类,
请问超声波一定能测出Ⅲ或Ⅳ吗? 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.
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波速比较 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

30kHz-60kHz
声测管内径宜为 50-60mm
声测管埋设数量 :
1 桩径小于或等于 800mm 时,不少于 2 根声测管;
2 桩径大于 800mm 且小于或等 2000mm 时,不少于 3 根声测管;
3 桩径大于 2000mm 时,不少于 4 根声测管;
斜侧中测点间距不宜大于 250mm。
声时 us 225.6 237.6 238.4 239.2 248.0 240.0
声速 m/s 3546 3367 3356 3344 3226 3333
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计算平均值:Am=105; 最小值 Amin=98 根据公式 所以,2#点为异常点
d v
t 2 波幅临界值
Ac Am 6 105 6 99
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PSD 计算
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声波透射法检测一般规定 10.1.1 对于桩径小于 0.6m 的桩,不宜采用本方法。
10.1.2 出现下列情况之一时,不得采用本方法对整桩的桩身完整性进行评定:
1 声测管未沿桩身通长配置;
2 声测管堵塞导致检测数据不全;
3 声测管埋设数量不符合本规范第 10.3.2 条的规定。
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. 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
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波幅算例 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.
判定桩身完整性类别
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声速、波幅与缺陷关系 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. 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. 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.
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 .
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声波频率 次声波的频率小于 20HZ; 人耳能听到的正常声波为 20HZ-20000HZ; 超声波的频率大于 20kHz
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仪器设备 主要包括三个部分:发射换能器、接收换能及主机
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龄期未到检测 测得声速普谝较低,如正常波速为 4500m/s,有可能只测到 3600m/s; 另外,波速虽然低,但离散性较小,即 n 个测点的标准差很小 因为强度不够,波幅也相应较低,且离散性偏大.
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声速、频率与波幅与砼质量关系 声速:若混凝土均匀,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
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中点 连连中两线 线点 个的的
两个
换能4器0°
40°
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新规范 旧规范 声测线间距不应大于 100mm,提升速度不宜大于 0.5m/s;扇形扫测时两个换能器中点 连线的水平夹角不应大于 40°。 当采用平测或斜测时,第 j 检测剖面的声速异常判断概率统计值新规范进行了改进, 具体算法见规范。 声速异常判断临界值的判定也进行了改进 当采用接收信号的能量作为辅助异常声测线判据时,能量-深度曲线上接收信号能量明
穿过蜂窝,计算 PSD?
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桩身蜂窝 PSD 计算(续)
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声速临界值确定 将所测得的声速 vi 按从大到小依次排列; 对从 0 开始遂一去掉 vi 序列中最大值和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,最大值数据个数 k’,对余下数据按公式进行统计; 将 vn-k 与异常小数据 v01 进行比较,当 vn-k≤v01 时,去掉 vn-k,将 vn-k’与异常大
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桩身空洞 PSD 计算(续)
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桩身蜂窝 PSD 计算
测点Zi-1
正常砼(波速v) 蜂窝砼(直径为D,波速v2)
测点Zi
D L(声测管间距距)
桩身缺陷为蜂窝的PSD计算图
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
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声测线排水体积(续)
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大直径桩检测 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; 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; 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,应从宽
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传播路径
发射
接收
管壁
管壁



水 管壁 砼 管壁 水
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与低应变法的区别 传播方向:低应变沿桩身纵截面传播,超声波沿横截面传播; 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). 频率:低应变的频率从几百到几千 Hz,超声波一般为 30-60kHz
间距,管斜不会累加. 但是,对 PSD 变化多少,它相应的情况是怎样?
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桩身夹层 PSD 计算
测点Zi-1 测点Zi
正常砼(波速v1) 桩身缺陷为夹层(波速v2)
L(声测管间距距)
桩身缺陷为夹层的PSD计算图

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?
声测线排水体积
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.
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?
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波长计算 假设超声波频率为 40kHz,波速为 4500m/s,请问波长多少?
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
1
v f
4500 40 *1000
0.11m
2
v f
3300 3 *1000
1.10m
2
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常见介质波速
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
数据 v02 进行比较,当 vn-k’ ≥ v02 时去掉 vn-k’ ,去掉再循环直到 vn-k ≥ v01 且 vn-k’ ≤v02。 v01、 v02 即为异常值
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声速计算 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。
测点 1 2 3 4 5 6
显降低可判定为异常 桩身完整性类别新规范结合桩身缺陷处声测线的声学特征、缺陷的空间分布范围进
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新规范
旧规范
桩径小于 0.6m 的桩不适宜用本方法检测。声测管未沿桩身通长配置 ;声测管堵塞导
致检测数据不全 ;声测管埋设数量不符合本规范第 10.3.2 条的规定不得采用本方法
检测。
谐振频率:30kHz-50kHz
声测管内径大于换能器外径;声测管有足够的径向刚度,声测管材料温度系数应与混
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管距算例 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,得到管距为 686mm.
2
幻灯片 16
2 幻灯片 38
桩身完整性类别的判定 桩身完整性类别应结合桩身缺陷处声测线的声学特征、缺陷的空间分布范围,按本规范
表 3.5.1 和表 10.5.11 所列特征进行综合判定。
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声波缺陷 4.8-5.8m
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离析长度 0.9m
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缺陷 5.2-6.4m
2 幻灯片 42
若平均波幅 Am=90db,当 A=84db 时,测点声压比值为多少? 据
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管距计算 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.
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桩身夹层 PSD 计算(续)
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桩身空洞 PSD 计算
测点Zi-1 测点Zi
R
正常砼(波速v) 空洞砼(半径为R)
L(声测管间距距)
桩身缺陷为空洞的PSD计算图
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?
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,有可能上粗骨料集中或管斜了.
钢筋 砼 水 空气 石灰石
5900m/s 4500m/s 1500m/s 340m/s 6100m/s
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波幅分析 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
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