全国基桩无损检测培训精品资料.docx

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全国基桩无损检测培训精品资料

《2012全国基桩无损检测培训》学习总结

2012年十一月在湖北武汉，有中国科学院武汉岩土力学研究所、武汉中岩科技有限公司、武汉中科智创岩土技术有限公司举办的《全国基桩无损检测培训班》在本月的十八号如期开班。

当日上午8：

30

分举行了简短的开班仪式并合影留念。

上午第一堂课有刘明贵教授主讲《岩土工程无损检测方法》。

学习的主要内容是：

随着科技的发展基桩检测的技术也随着进步，现在的检测方法越来越智能化，涉及多学科与技术的交叉融合，基础学科有：

地球物理学、检测声学、岩土动力学、工程地质学、材料科学、波动力学等，技术学科有：

薇电子学、计算机科学、传感技术、人工智能与专家系统等。

初步了解了分析方法的进化是有单一参数测量—综合信息分析一集成智能系统…••及检测对象材料、结构物、建筑物、基桩、地基、桥梁等。

下午有教授级高工赵竹占主讲《低应变反射波法》基本原理，《低应变反射波法》完整性检测流程及《低应变反射波法》现场检测技术和《低应变反射波法》完整性缺陷判读，测试波形实列及分析。

第二天是我们这次来要学习的重点课程《基桩超声波检测技术》一.超声波的基础知识：

什么是波动？

波动是物质的一种运动形式，波动可分为两大类：

一类是机械波，它由于机械振动在弹性介质中引起的波动过程。

例如：

水波、声波、超声波等；另一类是电磁波，它是由于电磁波振荡所产生的变化电场和变化磁场在空间的转播过程，例如：

无线电波、红外线、紫外线、可见光、雷达波等。

振动：

质点运动的往复机械运动，周期性，持续性，内源性。

（震动：

非周期性，瞬时性，外源性）

波动：

不同质点间机械运动（能量）状态的传播过程1.波动的物理实质是（能量）状态的一种传递形式。

2.超声波是弹性介质中的一种机械（应力）波。

3.波动是振动的传播过程，振动是波动的根源。

声波是在介质中传播的机械波，依据波动频率的不同，声波可分为次声波、可闻声波、超声波、特超声波。

人们所能听到声波频率是20~20KHZ，即可闻声波。

超声波是一种人耳听不见频率在（20KHZ~100MHZ）范围内的机械振动波。

用于混凝土声波透射法检测的声波主频率一般为20KHZ~200KHZ。

波的产生与传播：

在弹性介质中，任何一个质点机械振动时，因为这个质点与其邻近的质点间有相互作用的弹性力联系着，所以它的振动将传递给与之相邻近的质点，使邻近的质点也同样地发生振动，然后振动又传给下一个质点，依次类推。

这样，振动就由近及远向以一定速度传播出去，从而形成了机械波和波的传播。

从上述可知，机械波的产生，首先要有做机械振动的波（声）源，其次要有传播这种机械振动的介质。

例如，把石子投入平静的水中，在水面上可以看到一圈圈向外扩展的水波。

根据在介质中质点振动方向与波的传播方向的差别主要分为三种类型的波。

纵波（P波）：

质点运动方向平行与波的传播方向

传播机制：

质点间的压力与拉力

横波（S波）：

质点运动方向垂直与波的传播方向

传播机制：

质点间的剪切力

表面波（R波）：

介质表层质点作椭圆运动

传播机制：

质点间的表面张力与剪切力

超声波在介质中传播可检测到的参数：

1、声速超声波传播的速度2、声幅超声波的波幅3、声频超声波的频率

1.1.声速：

混凝土检测中最常见的参数固体介质中声波的波速取决于波动方程的形式和介质的弹性常数，而波动方程的形式则取决于波的类型和介质的边界条件，因此，声波在固体介质中的传播速度主要受下列三方面因素的影响：

波的类型：

由于不同类型的波在固体介质中的传播机理不同，也就导致了传播速度的差异。

固体介质的性质：

对于弹性介质，主要取决于它的密度、弹性模量、泊松比。

这是影响波速的内在因素，介质的弹性特征愈强，则波速愈高。

边界条件：

实际上就是固体介质的横向尺寸与波长的比值，比值越大，传播速度越快。

1.2.声幅：

反映材料衰减特性的参数

引起衰减的三种类型：

（1）材料的粘滞性质（吸收衰减）

（2）材

料的结构特性（散射衰减）（3）材料的几何特性（扩散衰减）

1.3.频率：

反映超声波强度正负交叉快慢的参数

（1）反映材料的吸收特性

（2）反映材料的频散特性（3）影响

材料的尺寸效应

二.超声波检测系统

2.1.1.超声波仪：

是混凝土灌注桩缺陷检测的基本装置。

它的作用是产生重复的电脉冲并激励发射换能器。

发射换能器发射的超声波经藕合进入混凝土，在混凝土中传播后被接收换能器接收并转换为电信号，电信号送至超声仪，仪器绘制并记录下波形。

1.2.数字超声波仪的组成

（1）计算机部分（控制，存储，显示）

（2）高压发射与控制部分（3）程控放大与衰减部分（4）A/D转换与采集部分

1.3.超声波仪的基本功能

（1）信号放大（增益，衰减）

（2）信号滤波（高通，低通）（3）显示波形（延迟，记录长度）（4）读取参数（声时，声幅）

1.4.智能化超声波仪应具备的特点

（1）自动采用适当的放大倍数

（2）自动判读参数（声时，声幅，频率等）（3）灵活高效的显示与记录方式（4）实时快速的现场分析功能（5）方便的数据管理（原始数据与结果）（6）兼顾通用性与专用性（7）友好的界面

1.5.交通规范（JTG/TF81-01-2004）超声波仪的技术要求：

（1）检测仪应具有一发双收功能

（2）声波发射应该采用高压阶跃或矩形脉冲（3）接收放大器的频带为5-200KHZ（4）增益不应小于100dB,波幅测量范围80dB（5）计时显示范围大于2000us精度优于0.5us（6）采集器模数转换精度不应底于8bi（t7）采集频率不应小于10MHZ（8）最大采集长度不应低于32K

2.2.1超声波换能器：

1、常见的超声波换能器类型

（1）平面型（高频）

（2）朗之万型（低频）（3）径向增压型（4）一发双收2、换能器的选择，混凝土灌注桩跨孔超声波法检测中采用的是径向换能器

2.2交通规范（JTG/TF81-01-2004）对传感器的技术要求

（1）径向水平面无指向性

（2）谐振频率宜大于25KHz（3）水密性满足1MPa水压能正常工作（4）导线有长度标志，标注充许偏差<10mm（5）

宜带有5-60kHz的前置放大器（6）一发双收传感器

2.3系统零时校正:

1、电延迟时间：

发出触发电脉冲并开始计时的瞬间到电脉冲开始作用到压电体的时刻，电路的触发、转换。

2、电声转换时间：

电脉冲加到压电体瞬间到产生振动发出声波瞬间有电转换的延迟。

3、声延迟：

声波要通过换能器壳体或辐射体。

2.4零时校正的方法:

1、发射接收换能器直接对测2、时距法测定空气中的声速3、径向换能器水中测定声速。

2.3.1声测管：

1、声测管的埋设数量要求：

声测管是声波透射法测桩时，径向换能器的通道，其埋设数量决定了检测剖面的个数（检测剖面数为（n为声测管数），同时也决定了检测精度：

声测管埋设数量多，则两两组合形式的检测剖面越多，声波对桩身混凝土的有效检测范围更大、更细致，但需消耗更多的人力、物力，增加成本；减小声测管数量虽然可以缩减成本，但同时也减小了声波对桩身混凝土的有效检测范围，降低了检测精度和可靠性。

公路规范要求800mm<桩径D<1500时，埋设三根测管；1500<桩径D时，埋设四根声测管。

2、声测管的材质要求：

（1）有足够的强度和刚度，保证在混凝土灌注过程中不会变形、破损，声测管材料的温度系数应与混凝土接近，声测管外壁与混凝土粘结良好，不产生剥离缝，影响测试结果。

（2）有较大的透声率:

一方面保证发射换能器的声波能量尽可能多地进入被测混凝土中，另一方面，又可使经混凝土传播后的声波能量尽可能多地被接收换能器接收，提高测试精度。

（3）目前常用的声测管有金属管、钢质波纹管、塑料管3种，运用最多和效果最好的是金属管。

公路、铁路规范要求采用金属管。

3、声测管的尺寸要求：

（1）声测管内径大，换能器移动顺畅，但管材消耗大，且换能器居中情况差；内径小，则换能器移动时可能会遇到障碍，但管材消耗小，换能器居中情况好。

因此，声测管内径通常比径向换能器的直径大10~20mm即可。

（2）现在的增压式换能器直径为20mm左右，因此，一般选用40号钢管（外径48mm,内径42mm）（3）选配直径较小的径向换能器可减小声测管的直径，节约检测成本。

（4）声测管的壁厚对透声率的影响较小,一般不作限制,但从节约成本的角度出发,管壁在保证一定刚度（承受新浇混凝土的侧压力）的前提下,尽可能薄一点。

（5）公路规范要求：

声测管内径比径向换能器的直径大15mm。

4、声测管的连接与埋设：

（1）用作声测管的管材一般都不长（钢管为6m长一根）当受检桩较长时,需把管材一段一段地联结,接口必须满足下列要求：

①有足够的强度和刚度,保证声测管不致因受力而弯折、脱开；②有足够的水密性，在较高的静水压力下，不漏浆；③

接口内壁保持平整通畅，不应有焊渣、毛刺等凸出物，以免妨碍接头

的上、下移动。

④通常有两种联结方式：

螺纹联结和套筒联结。

（2）

声测管一般用焊接或绑扎的方式固定在钢筋笼内侧，在成孔后，灌注混凝土之前随钢筋笼一起放置于桩孔中，声测管应一直埋到桩底，声测管底部应密封，如果受检桩不是通长配筋，则在无钢筋笼处的声测管间应设加强箍，以保证声测管的平行度。

安装完毕后，声测管的上端应用螺纹盖或木塞封口，以免落入异物阻塞管道。

声测管的连接和埋设质量是保证现场检测工作顺利进行的关键，也是决定检测数据的可靠性及试验成败的关键环节，应引起高度重视。

三、超声波检测技术

3.1.1检测原理和方法：

1、检测原理：

基桩成孔后，灌注混凝土之前，在桩内预埋若干根声测管作为声波发射和接收换能器的通道，在桩身混凝土灌注若干天后开始检测，用声波检测仪沿桩的纵轴方向以一定的间距逐点检测声波穿过桩身各横截面的声学参数，然后对这些检测数据进行处理、分析和判断，确定桩身混凝土缺陷的位置、范围、程度，从而推断桩身混凝土的连续性、完整性和均匀性状况，评定桩身完整性等级。

超声脉冲波在混凝土中传播速度的快慢，与混凝土的密度有直接关系，声速高则混凝土密实，相反则混凝土不密实。

当有空洞或裂缝存在时，便破坏了混凝土的整体性，超声脉冲波只能绕过空洞或裂缝传播到接收换能器，因此传播的路程增大，测得的声时必然偏长或声速降低。

另外，由于空气的声阻抗率远小于混凝土的声阻抗率，脉冲波在混凝土中传播时，遇到蜂窝、空洞或裂缝等缺陷，便在缺陷界面发生反射和散射，声能被衰减，其中频率较高的成分衰减更快，因此接收信号的波幅明显降低，频率明显减小或频率谱中高频成分明显减小。

再者经过缺陷反射或绕过缺陷传播的脉冲波信号与直达波信号之间存在声程和相位差，叠加后互相干扰，致使接收信号的波形发生畸变。

2、检测方法：

按照超声波换能器通道在桩体中的不同的布置方式，超声波透射法基桩检测有三种方法：

（1）桩内单孔透射法在某些特殊情况下只有一个孔道可供检测使用，例如在钻孔取芯后，我们需进一步了解芯样周围混凝土质量，作为钻芯检测的补充手段，这时可采用单孔检测法，此时，换能器放置于一个孔中，换能器间用隔声材料隔离（或采用专用的一发双收换能器）。

超声波从发射换能器出发经耦合水进入孔壁混凝土表层，并沿混凝土表层滑行一段距离后，再经耦合水分别到达两个接收换能器上，从而测出超声波沿孔壁混凝土传播时的各项声学参数。

需要注意的是，当孔道中有钢质套管时，由于钢管影响超声波在孔壁混凝土中的绕行，故不能用此法。

该方法在交通规范中有提出。

（2）桩外单孔透射法当桩的上部结构已施工或桩内没有换能器通道时，可在桩外紧贴桩边的土层中钻一孔作为检测通道，检测时在桩顶面放置一发射功率较大的平面换能器，接收换能器从桩外孔中自上而下慢慢放下，超声波沿桩身混凝土向下传播，并穿过桩与孔之间的土层，通过孔中耦合水进入接收换能器，逐点测出透射超声波的声学参数，根据信号的变化情况大致判定桩身质量。

由于超声波在土中衰减很快，这种方法的可测桩长十分有限，且只能判断夹层、断桩、缩颈等。

另外灌注桩桩身剖面几何形状往往不规则，给测试和分析带来困难。

该方法在规范中均没有提及，不推荐使用。

（3）桩内跨孔透射法此法是一种成熟可靠的方法，是超声波透射法检测桩身质量的最主要形式，其方法是在桩内预埋两根或两根以上的声测管，在管中注满清水，把发射、接收换能器分别置于两管道中。

检测时超声波由发射换能器出发穿透两管间混凝土后被接收换能器接收，实际有效检测范围为声波脉冲从发射换能器到接收换能器所扫过的面积。

根据波形的变化，来判定桩身混凝土强度，判断桩身混凝土质量，跨孔法检测根据两换能器相对高程的变化，又可分为平测、斜测、交叉斜测、扇形扫描测等方式，在检测时视实际需要灵活运用。

3.1.2现场检测：

1、检测前的准备：

（1）①了解有关技术资料及施工资料：

主要了解桩的编号、设计强度、桩长、灌注日期等。

现场实测时，往往存在堵管或管深不一致的问题，了解桩长是很有必要的，而了解强度及灌注日期，能对波速的情况有一个大概的了解。

②根据检测的目的，制定相应的检测方案：

包括：

工程概况，目的与任务，方法与技术，仪器设备，检测场地要求，检测人员和时间安排，检测报告。

③检测的时间应满足混凝土强度龄期的要求。

为保证检测结果的

可靠性，同时考虑到混凝土在龄期14天后的超声波波速等特性参数变化已经趋于平缓，一般要求超声波检测混凝土灌注桩的龄期应大于14天。

（2）计算声测管及耦合水层声时修正值。

声波从探头里发射直到另一个管里的探头接收，实际上不仅是在桩中间传播，有一段时间其实是在管内的水里和管里传播，为了准确的获得桩的波速，应该扣除掉这部分时间。

（3）在桩顶测量相应声测管外壁间净距离。

由于已经在上一步工作中进行了修正，所以在测量跨距时，应该以两管内边距为准。

（4）将各声测管内注满清水，检查声测管畅通情况；换能器应能在全程范围内正常升降。

注意这里管内一定要注清水，水是超声波良好的耦合剂，但如水中含有大量的杂质，对声速和声幅是有很大影响的。

2、现场采集系统架设

（1）打开仪器电源，检查仪器电量，如电量不足应使用外接电源或选配的外接电池，确认无误后可暂时关闭仪器，以节省电量。

（2）选择干燥稳固位置放置仪器，并通过调整仪器把手将仪器显示屏调整到合适的角度方便观察。

（3）三脚架架设时尽量选择稳固位置架设，且通过调整尽量保持安装深度计数器卡口水平。

（4）将深度计数器下部对准卡口，并从三角架底部向上将固定螺丝拧紧，注意将有两根竖直理线轴对准桩的方向。

（5）声测管管口宜安装管口滑轮，以防换能器电缆在快速提升过程中被管口毛刺损伤。

（6）换能器放到管底后检查管口深度是否一致。

（7）逐一收紧各管换能器电缆，观察管口深度，保证换能器在同一深度。

（8）打开深度计数器盖将换能器电缆顺序放置进深度计数器线槽中，并向下压紧锁住深度计数器盖。

（9）将深度编码器接头连接仪器，延长接头放置在干燥处。

3、现场检测步骤：

（1）打开仪器设备，再次检查电源供电情况：

注意如需要带电使用，则将充电器接到上部12V处即可。

（2）确定管的编号并正确的与仪器相应通道接口连接。

注意管的编号十分重要，如随意编号而不遵循一定的规则，那么可能会造成复检与初检的结论不符合。

建议统一以北方向或标段延伸方向为统一编号规则。

确定了管的编号后，将探头放入相应的管中，在接管的编号将探头接在仪器对应的通道上。

（3）打开采集软件，在设置中填入被检桩资料。

（4）设置延迟，增益等设置。

（5）将发射和接收换能器分别置于声测孔的底部，点击采样，观察下仪器设置是否合理，如感觉波形显示不佳，可重新调整延迟，增益，等来达到最加效果。

增益的调整准则为跨距越大，增益越大，以首波清晰方便识别为优。

按通常经验来讲，跨距低于1.2米，增益设置200为好，大于1.2米以上，设置400为好。

并可根据跨距的逐渐增大而增大增益。

延迟的调整准则也为跨距越大，延迟越大，以首波位置方便识别为优。

也可通过简单的计算来确定，例如跨距1米，按4000的波速来估算，首波到达时间为250微秒，那么延迟设置应为150微秒。

以将首波放置在波形显示区约三分之一或二分之一处为优。

有时也会发生，无论怎么调整增益和延迟，总是不能得到很好的显示效果。

此时有可能是由于桩底有沉渣或别的缺陷，可将探头同步向上提升一定的深度，观察采集效果，如果效果变好，就可以以此设置为准进行检测。

注意：

验证完设置后，将探头重新放回桩底。

（6）确定调整到最佳效果并再次确认探头放在管底后；点击新存，选择保存文件名。

注意提升过程中匀速拉动探头，不要过快，在仪器上有提升速度提示，当提示为红色时，应降低提升速度。

分别对所有检测剖面完成检测。

注意对应管的数量有一定的剖面需要检测，不要漏测；两根管一个面，三根管三个面，四根管六个面。

（7）当传感器已到达管口或选择采集完成后，此时应继续带住探头，直到点击保存，数据保存完毕后，再将探头放入桩底或收起，以防深度器由于探头的重力回转而造成部分数据丢失。

现场保存完数据后，可点击打开查看一下刚刚测试的数据，如发现该数据中存在信号大面积异常，可将探头重新放回管底，注意各探头管口深度一致，再重新提升一次。

（8）在桩身质量可疑的测点周围，可采用加密测点，或采用斜测、扇形扫测进行复测，进一步确定桩身缺陷的位置和范围。

3.1.3检测参数与混凝土质量关系

1、混凝土灌注桩的特点：

①施工难度大②工艺复杂③硬化环境及混凝土成型条件复杂。

更易产生空洞、裂缝、夹杂局部疏松、缩径等各种桩身缺陷，对建筑物的安全和耐久性构成严重威胁。

2、声波透射法的特点：

是检测混凝土灌注桩桩身缺陷、评价其完整性的一种有效方法，当声波经混凝土传播后，它将携带有关混凝土材料性质、内部结构与组成的信息，准确测定声波经混凝土传播后各种声学参数的量值及变化，就可以推断混凝土的性能、内部结构与组成情况。

混凝土质量检测中常用的声学参数为声速、波幅、频率以及波形。

3、声波波速与混凝土强度的关系：

声波波速反映了混凝土的弹性性质，混凝土的弹性性质与混凝土的强度具有相关性，因此混凝土声速与强度之间存在相关性。

另一方面，对组成材料相同的构件，其内部越致密，孔隙率越低，则声波波速越高，强度也越高。

（用波速来推算混凝土强度时不可取的，规范也不要求推定强度）4、声波波速与混凝土缺陷的关系。

5、声幅与混凝土质量的关系：

①声幅是表征声波穿过混凝土后能量衰减程度②声幅强弱与混凝土的粘塑性有关③混凝土中存在低高强度区、离析区以及存在夹泥、蜂窝等缺陷时，吸收衰减和散射衰减增大，声幅明显下降。

6、声频与混凝土质量的关系：

①声波脉冲是复频波，具有多种频率成分。

②各频率成分穿过混凝土后的衰减程度不同，高频部分比低频部分衰减严重，因而导致接收信号的主频率向低频端漂移。

③漂移的多少取决于衰减因素的严重程度。

④接收波主频率实质上是介质衰减作用的一个表征量，当遇到缺陷时，由于衰减严重，使接收波主频率明显降低。

7、

（1）波形与混凝土质量的关系：

正常波形特征：

①首波陡峭，振幅达②第一周波的后半周即达到较高振幅，接收波的包络线呈半圆形③第一周期的波形无畸变。

（2）缺陷波形特征：

①首波平缓，振幅小②后续周期幅度增加得仍不够③波形有畸变④缺陷严重时，无法接收声波。

四、常见特殊情况的判定和处理

4.1.1管斜：

在检测过程中，难免会碰到声测管弯管的情况，管斜对我们的检测结果又较大的影响，容易造成对缺陷的错判或漏判，下面来看看管斜如何处理。

①通过观察PSD的变化及声速声幅曲线的变化，我们发现PSD并无强烈变化，且声速声幅呈趋势性渐变，应为声测管偏斜，需进行管斜修正。

②在管斜起始位置按住鼠标右键，沿管斜趋势方向拖动，到结束出松开鼠标，在声速曲线附近会标示出一条黑线。

点击顶部菜单的工具栏，点击确认管斜修正。

③此时观察右边的深度声速曲线，可以发现已根据刚才的操作进行了管斜修正处理。

4.1.2同一根桩，各剖面相差很大：

在检测过程中，有时会出现这种情况，举个例子，三管的桩，测完发现，2-3面与1-21-3面的声速声幅差距很大。

从一般情况来看，一根桩浇注不太可能出现整桩某个面或某几个面比其它面在波速和波幅上都差别很大的情况，出现此种情况，还是应该检查是否检测中传感器在同一深度。

4.1.3桩身波速较均匀，但波速偏低，波幅不均匀：

在检测过程中，有时会出现这种情况，举例，一根桩的波速比较均匀，但是都比正常值偏低，声幅存在一定的不均匀离散。

后经过询问，才了解此桩检测龄期只有4天，且为水下灌注桩。

由此可见，一定要按照规范要求的时间去进行检测，龄期不够或太短的检测数据，容易造成误判或者漏判。

五、检测数据分析及判断