桥梁灌注桩声波透射法检测新技术和其应用.pdfVIP

桥梁灌注桩声波透射法检测新技术及其应用 韩 亮 欧美大地仪器设备有限公司，北京 100062 摘要 本文较为详细地讲解了声波透射法测试领域的若干新技术，如相对能量解释方法、三 维层析成像分析技术等，同时阐述了现行方法中的局限性。通过桥梁灌注桩的应用实例，说 明这些新技术可有效地改善测试过程和解释精度。 关键词 声波透射法 相对能量 三维成像分析 1．前言 声波透射法是根据超声波的透射原理检测桩身完整性，目前已成为基桩 无损检测中行之有效的方法之一。桥梁灌注桩一般具有桩径大、桩长长、缺 陷复杂等特点，低应变动力检测法测试桩身完整性常受到浅部盲区、多缺陷 和桩长过长等限制，无法测试出桩身浅部缺陷、多个缺陷及深部缺陷或桩底。 然而，声波透射法可以克服上述所有问题。如图 1 所示，它是在桩身中预埋 若干根声测管，声测管材质可以是铁管或 PVC 管，管内充满清水作为声耦合 剂。然后将超声脉冲发射换能器和接收换能器分别置于声测管中同一水平高 度。测试过程中，两个换能器保持同步移动，发射换能器发射超声脉冲通过 桩身混凝土到达接收换能器接收。如果桩身混凝土有缺陷，则会引起接收波 形发生变化。通过分析接收波的首波初至、幅值、频率和波形特征，可以判 定缺陷位置和缺陷程度。 图 1: 试验示意图 随着声波测试仪器的发展，现场普遍采用连续式快速采集。与过去的点式测量方法相比， 测试速度和效率均大大提高了。数据分析处理方面，数学统计法和 PSD 斜率法为主要判缺 方法。在声测管间比较平行时，上述方法可准确的识别缺陷。 尽管如此，目前声波透射法技术仍然处于不断发展过程中。桩身混凝土本身的非线性和 缺陷的众多影响因素，比起上部结构混凝土性质来说要复杂得多，常常使得数学统计法或 PSD 法计算的临界值和异常点与实际不符。此外，声测管间在埋设过程中经常造成不平行 或产生局部倾斜，或者即便声测管平行，测试中发射和接收换能器常常不能保持同一高度甚 至差距很大，造成数学统计法和 PSD 法不能完全适用，给解释结果的准确性带来风险。 为了改进测试和解释方法，提高判缺准确度，国内外在这一领域近年来提出了一些新技 术方法并应用于实际工程，取得了较为理想的效果。 2 ．新技术方法 2.1 相对能量判别缺陷 相对能量是对指定的时间段内实测信号绝对幅值进行积分计算的数值，其实际数值并不 重要，只是一个相对值。这个概念是针对首波幅值而提出的。首波幅值是目前主要判缺标准 之一。理论上，当桩身存在缺陷时，接收波形的首波初至时间延迟，首波幅值降低。但实际 上由于混凝土非线性和缺陷性质不同，首波幅值并不能反映真实情况。例如，当桩身混凝土 存在离析缺陷时，如粗骨料少砂浆多，首波幅值不但不降低，有时还会略高于附近其它点的 首波幅值，给数据解释带来困难。 图2 ：经过良好混凝土的接收波形 图3 ：经过缺陷混凝土的接收波形 首波幅值只用到了接收波形中的第一个波幅，波形的其余部分没有用到。相对能量则是 指定接收波形中一段时间的幅值并积分为能量，这样比单个首波幅值更能反映桩身混凝土的 实际状况。图 2 为超声波脉冲经过良好混凝土的实测波形，图 3 为超声波脉冲经过缺陷混凝 土的实测波形。图中两条竖线为相对能量法指定的时间段。如果从首波幅值作为判缺标准， 这两条曲线是无法区分开的。但是如果采用相对能量法，可以十分容易地识别出桩身混凝土 完好的桩段和存在缺陷的桩段。 2.2 识别首波初至新方法 首波初至时间是声波透射法中极为重要的参数之一，它可用来计算混凝土的波速。目前 采用的首波初至时间是一个绝对量，即接收波形中第一个脉冲的到达时间。这个时间的准确 程度决定了计算的混凝土波速的精度。实际上，这个时间的准确性往往受到多种因素的影响。 比如测试过程中干扰波会叠加到接收波形上，容易造成识别误差；再如声测管的局部倾斜， 造成声测管平行部分和倾斜部分的首波初至产生差异。由此可以看出，首波初至时间并不是 一个绝对数值，而应该是一个相对的概念。 目前在美国采用阈值法识别首波初至时间。阈值中包括相对阈值和绝对阈值。相对阈值 通过找出实测波形中首波峰值，采用此峰值的相