超声波透射法在混凝土基桩检测中的影响因素

资料大小：250KB
资料类型：.PDF
资料等级：
发布时间：2021-09-07

资料介绍

超声波透射法在混凝土基桩检测中的影响因素
欧阳华林，陈刚，袁立宏，杜小峰
(铁道部产品质量监督检验中心桥梁与基础检验站，湖北武汉430034)
摘要：介绍超声波透射法检测技术的基本原理，桩身
混凝土缺陷对声学参数的影响，以及超声波透射法在检测工
作中存在的影响因素。
关键词：超声波透射法；检测；桩基；完整性；影响
1 前言
近年来，随着铁路、公路桥梁工程基础建设的迅
速发展和高层建筑的普及使用，超长、大直径灌注桩
在基础设计中被普遍采用。目前无损检测灌注基桩
完整性的主要方法有低应变反射波法和超声波透射
法。低应变反射波法检测桩身完整性常受到浅部盲
区、多缺陷和桩长过长等限制，无法检测出桩身浅部
缺陷、多个缺陷。而超声波透射法可以克服上述所
有问题，且超声波透射法机理明确、设备简单、使用
方便、数据直观明了及检测准确可靠，能定性、定量
地检测基桩桩身完整性、均匀性，广泛应用于公路、
水利、建筑、铁路等领域。
2 检测原理
超声波透射法检测技术的基本原理是在混凝土
介质中激发一定频率的弹性波，该弹性波在介质中
传播时，遇到混凝土介质缺陷会产生反射、透射、绕
射，由接收换能器接收波形，对声时、波幅、频率及波
形特征进行分析，从而判断混凝土基桩的完整性及
缺陷的性质、位置及范围。
声波在混凝土中传播的速度是有一定范围的，
当传播路径遇到混凝土有缺陷时如断层、裂缝、夹泥
和密实度差等，声波要绕过缺陷或在传播速度较慢
的介质中通过，声波将发生衰减，造成传播时间延
长，使声时增大，计算声速降低，波幅减小，主频减
小，波形畸变，利用超声波在混凝土中传播的这些声
学参数的变化，可分析判断桩身混凝土质量。
3 桩身混凝土缺陷对声学参数的影响
目前，在跨孔声波透射法检测中常用的声学参
数为声速、波幅、频率以及波形。基桩桩身混凝土缺
陷对各个声学参数均有不同程度的影响，各个声学
参数的变化与缺陷具有一定的相关性。
3．1 缺陷对声波波速的影响
声波在混凝土中的传播速度与混凝土的弹性性
质有关，也与混凝土内部结构是否存在缺陷以及缺
陷程度有关。当声波在传播路径上遇到离析、空洞
或者夹泥等缺陷时，由于缺陷介质的声阻抗与混凝
土介质的声阻抗存在较大的悬殊，根据机械波的传
播规律，超声波将在混凝土与缺陷2种介质界面上
出现反射、折射、漫反射及绕射等现象。由于折射、
漫反射及绕射的声波传播路径都要比直线传播的路
径长，导致初至波到达接收换能器的声时比经过正
常混凝土传播的时间要长。以换能器间的直线距离
作为传播距离时，有缺陷检测截面的计算声速(视声
速)就减小。
3．2 缺陷对声波波幅的影响
声波在混凝土介质中传播的过程是一个能量不
断衰减的过程，对于波阻抗越大的介质，声波能量衰
减就越快越明显。声波波幅值是表征声波穿过混凝
土后能量衰减程度的指标之一。声波波幅的强弱与
混凝土的黏塑性有关l】]。接收波波幅值越低，说明
混凝土对声波的衰减就越大。如果混凝土内存在不
连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达
该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射能
量明显降低。根据混凝土中声波衰减的原因可知，
当混凝土中的低强度区、离析区以及夹泥、蜂窝等缺
陷位于超声波传播路径上时，该区域对声波能量的
吸收衰减和散射衰减增大，当声波经过该区域后，接
收波波幅会明显下降。声波波幅值与混凝土质量紧
密相关，它对缺陷区的反应比声时值更为敏感，所以
它也是判断缺陷的重要参数之一。另外，波幅受换