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超声波透射法在质量检测中的应用
【来源/作者】中国计量报 【更新日期】 16:26:58
目前，检测桩身完整性主要采用动测方法，其中弹性波发射法和超声波透射法是常用的方法。超声波透射法是利用埋在桩身中的声测管，通过声波发射头和接收传感器来测试桩身各个断面的波速，从而得到一个波速剖面。根据波速剖面可以定量评定桩身质量、混凝土的均匀性及强度参考值。
一、超声波检测灌注桩的方法
对计划采用超声波透射法检测桩身质量的桩，施工时在桩身中埋入声测管(如图1所示)。发射探头和接收探头分别置于两根管道中，超声脉冲穿过两管道之间的混凝土，超声波束从发射探头到接收探头所扫过的范围为有效测试面积。超声波透射法适用于桩径大于0.6m的灌注桩，桩径(0.6～1.0)m应埋设双管，(1.0～2.5)m应埋设三根管，桩径2.5m以上应埋设四根管(如图1所示)。
图1声波透射埋管编组&/CTSM&
声波检测管宜采用钢管、塑料管或钢质波纹管，其内径宜为(50～60)mm。钢管应采用螺纹连接，管的下端应封闭，上端应加盖。检测管可焊接或绑扎在钢筋笼的内侧，检测管之间应保持互相平行。
现场检测前应测定声波检测仪发射至接收系统的延迟时间t0，并应按下式计算声时修正值t′:
D——检测管的外径(mm)；
d——检测管的内径(mm)；
d′——换能器外径(mm)；
νt——检测管壁原方向声速(km/s)；
νw——水的声速(km/s)；
t′——声时修正值(μs)。
发射至接收系统的延迟时间t0的测取方法是将发、收换器置于水中，间距0.5m左右，接收信号波幅适中，改变发、收换能器间距，测量不同距离的声时值，按时距曲线求出t0值(如图2所示)。
图2&/CTSM&
二、检测步骤
接收及发射换能器置于检测管内，要求能够顺利提升及下降。测量时发射及接收换能器一般可置于同一标高，也可置于不同标高，其水平测角取30°～40°。测量点间距(20～40)cm。当发现读数异常时，应加密测点间距。发射与接收换能器应同步升降，累计相对高差不大于2cm，并应随时校正。检测宜由检测管底部开始。发射电压值应固定，并应始终保持不变，放大器增益值也应保持不变。依次测取各测点的声时及波幅并进行记录。每组检测管测试完成后，测试点应随时重复抽测10%～20%，其声时相对标准差不应大于5%；波幅相对标准差不应大于10%。对声时及波幅异常的部位应重复抽测。测量相对标准差按下式计算:
σt′——声时相对标准值；
σA′——波幅相对标准值；
ti——第i个测点声时原始测值(μs)；
Ai——第i个测点波幅原始测值(dB)；
tji——第i个测点第j次抽测声时值(μs)；
Aji——第i个测点第j次抽测波幅值(dB)。
三、检测数据的处理与判定
由现场所测的数据绘制声时-深度曲线及波幅-深度曲线，其声时tc及声速νp应按下列公式计算:
tc=t-t0-t′(4)
νp=I/tc(5)
tc——混凝土中声波传播时间(μs)；
t——声时原始测试值(μs)；
t0——声波检测仪发射至接收系统的延迟时间(μs)；
t′——声时修正值(μs)；
I——两个检测管外壁间的距离(mm)；
νp——混凝土声速(km/s)。
按下式计算声时平均值及标准差:
n——测点数；
tci——混凝土中第i测点声波传播时间；
μt——声时平均值(μs)；
σt——声时标准差。
以声时平均值μt与声时2倍标准差σt之和作为判定桩身有无缺陷的临界值。
波幅比声时对缺陷反应更灵敏，可采用接收信号能量平均值的一半作为判断缺陷临界值。波幅值以衰减器的衰减量q表示，波幅判断的临界值qD有下列关系:
μq——衰减量平均值(dB)；
qi——第i测点的衰减量(dB)；
n——测点数。
对超临界值的测点还应进行缺陷分析与判断。在采用上述判据时，还应辅以接收波形的视频率作进一步的综合判定。在作出缺陷判定后，如需判定桩身缺陷尺寸及空间分布，宜进一步采用多点反射，不同深度接收的扇形测量法，用多条交会的声线所测取的波速及波幅的异常加以判定。
四、工程实例
某工程基础采用800的钢筋混凝土灌注桩，桩长45m左右。4组试桩共20根全部采用超声波检测，超声波仪是中科院武汉岩土所生产的RSM-SY5智能声波检测仪，声测管为内径50mm壁厚6mm的无缝钢管，声测管兼作注浆管。检测结果20根中Ⅰ类桩16根，Ⅱ类4根，所有桩全部合格。此方法容易判断缺陷的位置和严重程度，比弹性波反射法要直观、准确。因此，超声波透射法是一种检测桩身质量较好的方法。
【关键词】弹性波发射法 超声波透射法 声波检测 传感器 质量检测 &
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