桩基超声波检测原理 桩基超声波检测技术探讨及案例分析
时间：2019-04-09 03:19:34 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：分析现阶段桩基工程检测实践中广泛应用的超声波检测技术的原理，介绍了桩基超声波检测技术的结果评定分析方法；另外，列举了通过声速、波幅、PSD等声学参数对超声波检测结果进行案例分析评定。
关键词：桩基；超声波检测；技术原理；案例分析
Abstract: At this stage of the pile foundation engineering analysis the practical detection of the extensive application of the principle of ultrasonic inspection technology, introduces the pile foundation of ultrasonic inspection technology assessment result analysis method; In addition, lists the through the sound velocity, amplitude, PSD, and acoustic parameters of ultrasonic detection results case analysis evaluation.
Key words: Pile foundation; Ultrasonic testing; Technical principle; Case analysis
中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：
1 前 言
目前，正是我国公路建设的高峰时期，为了减少道路占地及减少道路对生态环境的影响，目前的公路工程建设中，桥梁占了道路里程很大的比列。桩基是桥梁结构的主要承重部分，其质量直接关系到桥梁的使用安全性及长久性。另外，桩基又是隐蔽工程，其质量检测、评价又是工程建设各方所关心的。鉴于此，本文将对桩基超声波检测技术的原理进行探讨，并通过声速、波幅、PSD等声学参数对工程案例进行分析评定，望有助于指导更好的做好桩基检测工作。
2 超声波检测技术原理
混凝土的物理力学往质受其内部结构特性与外部环境条件等诸种因素制约，其声波传播特性反映了混凝土的应力应变关系口，根据弹塑性介质中波动理论，声波在介质中传播波速为：
式中：E--介质的动态弹性模量；--密度；--泊松比。
弹性模量与介质的强度之间存在相关性，声波在混凝土中的传播参数(声时值、声速、波幅等)与混凝土介质的物理力学指标(动弹模、密度、强度等)之间的相关关系就是声波在基桩中传播参数的理论依据。声波在正常混凝土中的传播速度一般在4000 ~5000 m/s之间，当混凝土介质的构成材料、均匀度、施工条件等内、外因素基本一致时，声波波速在其中的传播参数应基本一致。若介质中存在缺陷，则声波波速在传播的途径中产生绕射、反射等现象，使其声时、声速、声幅等产生变化，从而判定桩身混凝土的内在质量问题。声波投射法常用检测仪器有检测仪、发射、接收换能器。声波检测仪当前存在两大类：模拟声波检测仪及数字化声波检测仪，后者已成为今后的主流。声波检测的过程是发射换能器被置于被测桩的声测管中，它把发射系统送来的电信号转换成脉冲声波并在桩身内辐射，声波在桩身混凝土中传播后到达另一个声测管，被安置在其中的接受换能器接收。接收换能器将声波转换成电信号，由接受放大器发大，并由数据采集系统将数据离散化转化成二进制送入微机，一方面将采集到的时间序列的数据信号储存，另一方面把它显示在显示器上加以观察、判读，即可作出被测混凝土的质量判断。被储存的数据还可通过专用处理软件进行混凝土强度的推算及缺陷的判断。
声波在混凝土中的传播速度(波速)依据实测声时，测距计算得出：
式中：=； t为声时测读值；为延迟时间；为声时修正值。
接受信号的波幅也能反映混凝土的质量；超声脉冲波在缺陷界面产生散射和反射，到达接收换能器的声波能量(波幅)显著减小，可根据波幅变化的程度判别缺陷的性质和程度。
式中：为任意测点的接收信号的波能量示值；为任意测点的接收信号的首波幅值；为与零分贝相当的基准信号的幅值。
3 声测数据分析方法
3.1 波速低限值判据
声速与混凝土的弹性的性质有关，也与混凝土的内部结构(空隙，材料组成)有关，是判定混凝土质量的主要参数，如果桩身的某处波速变化幅度大且低于概率法计算出临界值，则可判定此段的检测面混凝土质量存在问题。
3.2 PSD判据
PSD判据法采用上下相邻点透射时间随深度的变化速率和数据差值的乘积作为判据。采用PSD判据，能够基本消除测管不平行或混凝土不均匀等因素的影响而突显混凝土局限性缺陷的存在，对于夹层的判断及定位是准确的，而对于蜂窝和桩身完整性类别应结合桩身混凝土各声学参数临界值、PSD判据等综合判定。
3.3 波幅
接收波波幅通常指首波波幅，波幅值的大小直接反映了超声波在混凝土中传播衰减的情况，波幅对缺陷很敏感，是判断混凝土质量的另一个重要参数。通常以接收信号能量小于其平均能量的一半作为测点混凝土质量异常的判别界限。对于桩身的一个检测剖面来说，桩身混凝土完整时，各检测点波形规则，声时曲线基本呈直线，无明显折点，波幅也无明显衰减。桩身某部分位置混凝土存在蜂窝，局部夹泥团等缺陷时，波幅相应有衰减。局部夹层和断桩情况下声时值增加明显，波幅衰减明显，波形也不规则。
4 工程案例分析与判定
灌注桩声波透射法检测数据分析与判定过程中，一般是先对每一个采样点分析声速、波幅等参数的测量值，再用数理统计的方法计算整个剖面的声速和波幅相应的平均值、异常临界值，离差值等，最后综合分析整个桩的各个剖面的平均值、异常临界值，离差值等，结合P．SD(Product ofSlope and Difference)值作为辅助判据，判定桩身完整性。
某桥梁桩为一根采用冲击钻水下灌注施工的端承桩，桩径为1.2米预埋三根声测管，设计长度为14.2米，施工桩长为14.3米。检测后处理得到的声速、波幅、PSD图以及数据表如下：
图一：声速、波幅、PSD图
表一：AB测面声速、波幅数据
图一显示BC、AC断面声速、波幅、PSD值均正常，可判定这两个测面桩体质量完好。综合图一和表一数据分析，AB测面上5.8~8.0m的声速都贴近声速限值，其中6.4m~7.8m段的声速低于声速限值，并且波幅从6.6m~6.8m之间的两个点低于波幅限值，PSD也有大幅度的变化。另外考虑到波速和波幅变化幅度小于临界值的10%,由此可判定此测面从5.8~8.0m段混凝土存在一般的质量缺陷。此桩两个面质量完好，一个面存在一般质量缺陷，根据规范分类原则被判定为II类桩。
5 总结
对在混凝土中传递声波的声速和渡幅进行测量是判断桩类别的最主要的因数。对于IV类桩基的评定，我们还应该综合包括斜测或扇形扫等检测手段以及层析成像等技术来判断缺陷的位置和程度，慎重处理。
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作者简介：侯锋锋（1986—），男，湖南郴州人，2009年毕业于长沙理工大学交通运输工程学院，现就业于广东省长大公路工程有限公司，助理工程师。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
