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【铭创·干货分享】声波透射法桩基检测 非缺陷性影响因素

来源:铭创测控 时间:2018-07-20


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声波透射法桩基检测

非缺陷性影响因素


【摘要】

结合工程实例对灌注桩桩身混凝土质量声波透射法检测涉及的数据采集及完整性判定过程遇到的非缺陷性因素进行了探讨;声速值的采集受零声时及管距变化的影响,波幅值的采集受仪器系统性能、换能器耦合状态、测距、换能器收发角度等的影响;在注意到这些因素的前提下,测试时要保证换能器探头在理想位置,平稳慢速拉动测绳,且在冬季检测时,注意测距轮打滑现象;数据分析过程,对于焊缝、弯管及声速连续低于界限值等容易造成误判漏判的现象,应进一步进行参数采集,结合多方资料综合考虑。

1引言

声波透射法是桩基无损检测非常有效的一种方式,能够较为形象直观的反应桩身混凝土质量情况,较为准确的判断缺陷位置、范围及类型,具有快捷方便且不受桩长限制等优点,在桩基检测方面得到了广泛应用。

实测桩身混凝土的声速、波幅、主频及波形图是判定其完整性的依据。声速反应混凝土的弹性性质,接收首波波幅反应混凝土的塑性性质。这两个参数是完整性判定的主要参数。但声速判据是基于一定的假定,且受诸多非缺陷性因素的影响;波幅受诸多非缺陷性因素的影响更明显,二者都存在局限性,所以实际检测及判定过程中应对这些非缺陷性因素及局限性有一定的认识,以便降低漏判误判可能性。


2声学参数及局限性

2.1、声学参数与混凝土质量的关系

(1)声速

声音的传播速度反映了混凝土的弹性性质,而混凝土的弹性性质与强度直接相关,实验表明混凝土强度基本服从正态分布,进而假定声速也服从正态分布,声速界限值的概率法确定就是基于这一假定。但强度与声速的关系不完全稳定,主要受到混凝土原材性质及配合比、龄期、温湿度、混凝土硬化的环境因素及施工工艺等的影响。

(2)波幅与混凝土质量关系

波幅与混凝土粘塑性有关。能够反应声波能量通过混凝土后的衰减程度。当混凝土中存在缺陷时,缺陷对能量的吸收和散射会变大,声波的衰减进而相应变大,接收到的波幅值变低,且波幅对缺陷的敏感程度较声速要高。

(3)频率与混凝土质量的关系

换能器探头发出的超声信号是复频波,频率不同,在透过桩身混凝土后衰减程度呈现高频较低频中频要严重的现象,进而导致主频漂移。以此可以粗略对是否遇到缺陷进行判断。

(4)波形变化与混凝土质量的关系

声波在缺陷界面反射和折射会形成不同波束,不同波束的传播路径不同,波幅相位不一,所以换能器接收到的最终波形成为许多相位各异波的叠加波而导致畸变。波形畸变程度是透过两声测管之间混凝土声波能量衰减情况的总体反应,对混凝土内部缺陷较为敏感,是判断桩身缺陷程度的重要参考依据。

混凝土质量正常时,测试声波波形图具有首波陡峭、幅值较大的特征,且第一周期便能达到较高振幅,后续波形图稳定无畸变。否则,混凝土质量便可能存在问题。

2.2、局限性

(1)声速

声速判据界限值的概率法计算是基于声速值服从正态分布这一假定,但声速并不严格服从,所以原理上有一定的缺陷。

声速值的获取是基于声时的测定。假定同一剖面所有测点间距相同,均为声测管外壁净间距,对于弯管及换能器不在同一水平时计算结果失真。同时应注意系统零声时的计算。

(2)波幅

波幅对混凝土缺陷最敏感,这也导致其测试值没有声速稳定。且受仪器性能、耦合状态及换能器相对位置等诸多非缺陷性因素的影响程度较声速要大。

参数采集过程中测绳抖动,拉动速度过快、速度不稳定等都会对首波波幅获取造成影响。应在探头上安装定位器,保证探头在管中居中,防止其在声测管中摆动。

(3)主频

主频与波幅类似,受换能器相对位置及仪器性能等因素影响也很大,测试结果相对不够稳定。实际检测中几乎不用,只是用作参考。

(4)波形图

波形图是声波能量衰减的总体反应,影响声速、波幅及频率的因素均能对其造成影响。所以波形图畸变程度是作为完整性判定的参考。

此外还有一些施工工艺上的问题,比如声测管焊缝、弯管等。


3常见问题分析

声学参数的获取受到各种条件的影响,这些影响发生在桩基检测过程中就会给完整性判定带来疑惑,现以某工程一千余根桩基检测过程遇到的问题为示例,对常见问题进行分析。

3.1、现场操作过程

(1)全长检测

桩基检测过程要求对整根桩从上到下进行测试,所以要求换能器必须放至桩底,对破开桩头的钻孔灌注桩,应结合施工日志和报检单,确认桩长,并根据测线放下的深度确保换能器探头初始位置处于桩底,否则对于桩底沉渣等问题可能会漏判。

(2)系统零声时的计算

声速作为声波透射法桩基检测首要指标,其计算尤为重要,换能器放入声测管中,用清水耦合;换能器探头尺寸、声测管管径及管壁厚度是影响零声时计算的必不可少的参数,在测试之前必须准确计算。同时,首波幅值受耦合条件的影响也很大,以声测管中注满清水的方式进行耦合效果最好;换能器探头最好安装定位装置,保证其不会摆动,处于声测

管中间位置。

(3)换能器探头对齐问题

波幅除了受耦合效果影响之外,受换能器间距及收发角度影响也较大,如若某一剖面试采波形在正常调节之后首波幅值仍较为平缓且不够陡峭时如图1(a)所示,一般是由于换能器探头不在同一水平且纵向距离较大造成的,这时如果是平测普查,应注意调节,保证探头在同一水平。

(4)拉动速度问题

在参数采集过程,一般增益设置好的前提下,首波前曲线是平直的,此时在匀速缓慢拉动测绳的情况下,首波前波形就会发生抖动,如图2所示,首波前曲线抖动有可能导致起振点误判读,带来不必要的麻烦。且拉动速度过快或者速度不稳定的情况下,换能器探头在声测管中如果没有定位器,会左右晃动,换能器探头位置的变动会导致耦合效果的变化,对声学参数的获取造成影响。所以,实际声学参数采集过程中,拉测绳速度尽量做到均匀缓慢,且三脚架靠近桩基,减少抖动。

(5)测距轮打滑

在冬季检测时,往往会发生探头已经拉出声测管,测试仍未终止,桩基长度不够的现象。由于室外温度较低,测试过程声测管中注满水,导致测距轮轮缘打滑甚至结冰,所以在冬季检测的时候这一点一定要引起注意。

3.2、数据分析过程

(1)弯管

声测管是采用焊接或绑扎的方式随钢筋笼一起放入桩底,且底部声测管仅有一圈加强箍筋,所以声测管弯曲、脱绑的现象很有可能发生,无论是脱绑还是弯管,通常只会使测试剖面实际声测管净间距变小,进而导致实测声时变短,声速变大,给声速界限值的计算带来一定影响,甚至可能造成漏判。图3为某工程的实测曲线:1-2,2-3剖面,桩底声速曲线明显翘曲,声速值变大,不难推断桩底发生弯管,因此在判断时要进行弯管修正,修正后对声速界限值重新计算再做判定。

(2)局部声速连续低于界限值

图4为某工程实测曲线,可以看出虚线框内声速值普遍低于界限值,此时应该考虑弯管的可能性,同时结合波幅、PSD和波形图等,无波幅低于界限值,没有PSD值突变且波形图(图4(b))正常无畸变,所以可以判断这一剖面桩身混凝土质量正常。

(3)焊缝

对于较长的钻孔灌注桩,声测管和钢筋笼一样,是多节的,采用焊接或机械连接的方式逐节放入钻孔内,声测管在采用焊接或套管连接的时候,容易形成空气层,测试过程如若测线刚好通过,则会出现类似图5的测试结果,与临近测线相比波幅值急剧下降,波形曲线近乎平直(图5(b)),且缺陷成对出现,1-3,2-3剖面同一水平出现异常。

采用斜测方法,改变收发换能器纵向间距,采用双向斜测方式详查,进一步进行参数采集和分析能排查是否是焊缝的原因。


4结论

(1)声速和首波波幅是桩基完整性判定两个主要参数,其可靠值的获取受到诸多非缺陷因素影响。声速值的获取受到仪器零声时及管距变化的影响,波幅值受仪器系统性能、换能器耦合状态、测距、换能器相对位置等的影响;

(2)测试过程首先要对零声时进行计算,在声学参数采集过程要保证换能器探头位置准确,拉动测绳慢速、平稳,同时注意冬季检测测距轮打滑现象;

(3)数据分析过程,对于焊缝、泥团、弯管及声速连续低于界限值等容易造成误判漏判的现象,应采用细测的方式获取更为详细的参数,结合多方面资料综合考虑。

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