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聲測管——樁基聲波透射法檢測

發布時間:2016-11-15 16:30:41
1.基本原理及方法:混凝土是由多種材料組成的多相非勻質體。對于正常的混凝土,聲波在其中傳播的速度是有一定范圍的,當傳播路徑遇到混凝土有缺陷時,如斷裂、裂縫、夾泥和密實度差等,聲波要繞過缺陷或在傳播速度較慢的介質中通過,聲波將發生衰減,造成傳播時間延長,使聲時增大,計算聲速降低,波幅減小,波形畸變,利用超聲波在混凝土中傳播的這些聲學參數的變化,來分析判斷樁身混凝土質量。聲波透射法檢測樁身混凝土質量,是在樁身中預埋2~4根聲測管。將超聲波發射、接收探頭分別置于2根導管中,進行聲波發射和接收,使超聲波在樁身混凝土中傳播,用超聲儀測出超聲波的傳播時間t、波幅A及頻率f等物理量,就可判斷樁身結構完整性。2.適用范圍聲波透射法適用于檢測樁徑大于0.6m混凝土灌注樁的完整性,因為樁徑較小時,聲波換能器與檢測管的聲耦合會引起較大的相對測試誤差。其樁長不受限制。3.儀器設備(1)試驗裝置聲波透射法試驗裝置包括超聲檢測儀、超聲波發射及接收換能器(亦稱探頭)、預埋測管等,也有加上換能器標高控制絞車和數據處理計算機。(2)超聲檢測儀的技術性能應符合下列規定:接收放大系統的頻帶寬度宜為5~50kHz,增益應大于100dB,并帶有0~60(或80)dB的衰減器,其分辨率應為1dB,衰減器的誤差應小于1dB,其檔間誤差應小于1%。發射系統應輸出250~1000V的脈沖電壓,其波形可為階躍脈沖或矩發射系統應輸出250~1000V的脈沖電壓,其波形可為階躍脈沖或矩形脈沖。顯示系統應同時顯示接收波形和聲波傳播時間,其顯示時間范圍宜大于300μs,計時精度應大于1μs,儀器必須穩定可行,2h中聲時漂移不得大于±0.2μs。(3)換能器應采用柱狀徑向振動的換能器,將超聲儀發出的電脈沖信號轉換成機械振動信號,其共振頻率宜為25~50kHz,外形為圓柱形,外徑Φ30mm,長度200mm。換能器宜裝有前置放大器,前置放大器的頻帶寬度宜為5~50kHz。絕緣電阻應達5MΩ,其水密性應滿足在1MPa水壓下不漏水。樁徑較大時,宜采用增壓式柱狀探頭。(4)聲測管是聲波透射法檢測裝置的重要組成部分,宜采用鋼管、塑料管或鋼質波紋管,其內徑宜為50~60m。4.測試技術(1)預埋聲測管應符合下列規定:樁徑0.6~1.0m應埋設雙管;1.0~2.5m應埋設三根管;樁徑2.5m以上應埋設四根。 聲測管底端及接頭應嚴格密封,保證管外泥冰在1MPa壓力下不會滲入管內。上端應加蓋。聲測管可焊接或綁扎在鋼筋籠的內側,檢測管之間應互相平行。 在檢測管內應注滿清水。(2)現場檢測前應測定聲波檢測儀發射至接收系統的延遲時間t0,并應按下式計算聲時修正值tˊ:tˊ=(D-d)/Vt+(d-dˊ)/Vw (37-52)式中 D――檢測管外徑(mm); dˊ――檢測管內徑(mm);d――換能器外徑(mm); Vt――檢測管壁厚度方向聲速(km/s);Vw――水的聲速(km/s); T――聲時修正值(μs)。將發、收換能器置于水中,間距0.5m左右,接收信號波幅調節到二或三格,改變發、收換能器間距,測量不同距離的聲時值,按時距曲線求出t0值。(3)檢測步驟應符合下列要求:接收及發射換能器應在裝設扶正器后置于檢測管內,并能順利提升及下降。測量時上述發射與接收換能器可置于同一標高,當發射與接收換能器置于不同標高時,其水平測角可取30°~40°。測量點距20~40cm。當發現讀數異常時,應加密測量點距,以保證測點間聲場可以覆蓋而不至漏測。發射與接收換能器應同步升降。各測點發射與接收換能器累計相對高差不應大于2cm,并應隨時校正。檢測宜由檢測管底部開始,發射電壓值應固定,并應始終保持不變,放大器增益值也應始終固定不變。調節衰減器的衰減量,使接收信號初至波幅度在熒光屏上為2或3格。由光標確定首波初至,讀取聲波傳播時間及衰減器衰減量,依次測取各測點的聲時及波幅并進行記錄。一根樁有多根檢測管時,應將每2根檢測管編為一組,分組進行測試,見圖37-22。每組檢測管測試完成后,測試點應隨機重復抽測10%~20%。其聲時相對標準差不應大于5%;波幅相對標準差不應大于10%。并對聲時及波幅異常的部位應重復抽測。珠相對標準差可按下式計算:式中σtˊ――聲時相對標準差;σAˊ――波幅相對標準差; tˊ――第i個測點聲時原始測試值(μs);Aˊ――第i個測點波幅原始測試值(dB);tji--第i個測點第j次抽測聲時值(μs);Aji――第i個測點第j次抽測波幅值(dB)。5.檢測數據的處理與判定(1)由現場所測的數據應繪制聲時-深度曲線及波幅(衰減值)-深度曲線。其聲時tc及聲速VP應按下列公式計算:tc=t-to-tˊ (37-55)Vp=l/tc (37-56)式中 tc――混凝土中聲波傳播時間(μs);t――聲時原始測試值(μs);t0――聲波檢測儀發射至接收系統的延遲時間(μs);tˊ――聲時修正值(μs);l――兩個檢測管外壁間的距離(mm);VP-混凝土聲速(km/s)。(2)樁身完整性應按下列規定判定:應采用聲時平均值μt與聲時2倍標準差σt之和作為判定樁身有無缺陷的臨界值;并應按下列公式計算:式中 n――測點數; tci――混凝土中第i測點聲波傳播時間(μs);μt――聲時平均值(μs); σt――聲時標準差。亦可按聲時-深度曲線相鄰測點的斜率Ktz及相鄰兩點聲時差值Δt的乘積Ktz·Δt作為缺陷的判據:Ktz=(tci-tci-1)/(Zi- Zi-1) (37-59)△t=tci-tci-1 (37-60)Ktz·Δt=( tci-tci-1)2/( Zi- Zi-1) (37-61)式中 tci――第i測點的聲時(μs); tci-1――第i-1測點的聲時(μs);Zi――第i測點的深度(m); Zi-1――第i-1測點的深度(m)。Ktz·Δt值能在聲時-深度曲線上明顯地反映出缺陷的位置及性能,可結合μt+2σt值進行綜合判定。波幅(衰減量)比聲速對缺陷反應更靈敏,可采用接收信號能量平均值的一半作為判斷缺陷臨界值。波幅值以衰減器的衰減量q表示。波幅判斷的臨界值qD有下列關系:qD=μq-6 式中 μq――衰減量平均值(dB);qi――第i測點的衰減量(dB);n――測點數。對超越臨界值的測區應進行缺陷分析與判斷。樁的完整性宜采用上述判據,并輔以接收波形的視頻率做進一步的綜合判定。在作出缺陷判定后,如需判定樁身缺陷尺寸及空間分布,宜進一步采用多點發射,不同深度接收的扇形測量法,用多條交會的聲線所測取的波速及波幅的異常加以判定。
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