声波透射法讲义

幻灯片122001155年年全全省省地地基基基基础础检检测测岗岗位位证证考考核核培培训训教教材材声波透射法福建省建筑科学研究院2幻灯片2原理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．2幻灯片3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20kHz2幻灯片4仪器设备主要包括三个部分：发射换能器、接收换能及主机2幻灯片52幻灯片6传播路径砼管壁水发射接收管壁水水水砼管壁管壁2幻灯片7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30-60kHz2幻灯片8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．2幻灯片9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2幻灯片10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mfv11.01000*4045001mfv10.11000*3330022幻灯片11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5900m/s砼4500m/s水1500m/s空气340m/s石灰石6100m/s2幻灯片12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2幻灯片13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．若平均波幅Am=90db，当A=84db时，测点声压比值为多少？据2幻灯片14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．2幻灯片15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（AB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？2幻灯片17声测线排水体积（续）2幻灯片18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，应从宽判定桩身完整性类别2幻灯片19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．2幻灯片20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．2幻灯片21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．2幻灯片22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．2幻灯片23经典波形2幻灯片24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．2幻灯片25PSD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？2幻灯片262幻灯片27桩身夹层PSD计算测点Zi测点Zi-1L(声测管间距距）桩身缺陷为夹层(波速v2)正常砼(波速v1)桩身缺陷为夹层的PSD计算图假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?2幻灯片28桩身夹层PSD计算（续）2幻灯片29桩身空洞PSD计算桩身缺陷为空洞的PSD计算图正常砼(波速v)空洞砼(半径为R）L(声测管间距距）测点Zi-1测点ZiR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?2幻灯片30桩身空洞PSD计算（续）2幻灯片31桩身蜂窝PSD计算测点Zi测点Zi-1L(声测管间距距）蜂窝砼(直径为D,波速v2）正常砼(波速v)桩身缺陷为蜂窝的PSD计算图D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，假设波穿过蜂窝，计算PSD?2幻灯片32桩身蜂窝PSD计算（续）2幻灯片33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2幻灯片34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。测点声时us声速m/s1225.635462237.633673238.433564239.233445248.032266240.03333tdv2幻灯片35波幅临界值计算平均值：Am=105；最小值Amin=98根据公式所以，2＃点为异常点9961056mcAA2幻灯片36PSD计算2幻灯片37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。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。2幻灯片39声波缺陷4.8-5.8m2幻灯片40离析长度0.9m2幻灯片41缺陷5.2-6.4m2幻灯片42离析长度1.1m2幻灯片43缺陷6.7-7.9m2幻灯片44离析长度约0.7m2幻灯片45桩身完整2幻灯片46缺陷21.0-22.2m2幻灯片47严重离析21.9-22.7，芯样提不上来2幻灯片48芯样完整2幻灯片49缺陷18.0-18.4m及35.6-36.4m2幻灯片50蜂窝38.3-38.9m2幻灯片51蜂窝23.4-24.0m2幻灯片52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。2幻灯片53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°。无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。2中点连线的水平夹中点连线的两个换能器幻灯片54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两个换能器40°40°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行重新定义。检测报告中应对加密、扇形扫测的有关情况进行说明；对管距进行修正时，应注明修正范围及方法。无略略无略无2中点连线的中点连线的水平夹角不应大于两个换能器两个换能器40°40°