混凝土樁超聲波檢測方法技術

一種混凝土樁超聲波檢測方法，主要用于混凝土樁、地下連續墻查找各種缺陷異常。目前經常使用的有超聲波聲時透射法，也有人使用過超聲波振幅檢測方法，但都存在檢測處理復雜、時間長、抗干擾能力差、易錯判漏判等問題。本發明專利技術基本克服了這些問題。本發明專利技術采用了超聲波雙通道梯度檢測技術，用兩個上下固定距離的探頭Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］同時接收發射探頭Ｔ的信號首波振幅和首波聲時值，并將二者作加權處理。調整Ｔ與Ｒ↓［１］和Ｒ↓［２］的相對位置成平斜組合或等距雙斜組合，并固定下來，通過自動升降裝置，使三個探頭同步上下，將數據整理繪制ＡＴ～Ｈ等曲線，便可判別缺陷的大小、形態和具體位置。（*該技術在2012年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于土木工程質量檢測方法。本專利技術適用于對混凝土樁、地下連續墻準確、迅速地查找各種缺陷異常;與有關新技術結合可較準確地推算出混凝土強度。目前，國內外普遍使用法國J.Carrailli提出的超聲波聲時透射法，非破損檢驗樁基礎混凝土質量情況。其原理是，在預埋于樁內的多根聲測管內分別放入超聲波發射探頭和接收探頭，通過上下移動兩個探頭，測讀不同深度上超聲波在兩側管間傳播時間的長短(即聲時值)，分析研究傳播時間隨樁深度值的變化規律，來判別樁內的缺陷。并通過改變發射探頭和接收探頭相對位置進行反復多次檢測，如水平透視、上斜透視、下斜透視、扇形透視等措施來判別缺陷的大小及位置。但人們在工程實踐中發現(1)在測試距離較大時(如大直徑混凝土樁)，由于缺陷的存在對聲時造成的相對變化很小，難以從聲時～深度曲線上判別缺陷的存在。即聲時參數對缺陷的分辨力較弱;(2)為了判別缺陷的大小及位置，需要作多次反復的檢測。檢測和分析的工作量很大，難以滿足工程進度的需要;(3)由于水平透視、上斜透視、下斜透視、扇形透視等檢測工作是分時進行的，各次檢測的外來干擾程度不同，特別是設備的一致性較差時，各種透視方法對同一缺陷的重現性較差，即判別缺陷的大小及位置尚存在一定的較大誤差;(4)此種單孔發射、單孔接收的方法，受隨機干擾影響很大，往往造成聲時～深度曲線很不規則，給缺陷的判別帶來很大的困難。近七、八年來，國內在超聲波透射法基礎上，針對測試距離較大時，缺陷對聲時參數的影響較少，即在聲時～深度曲線上，缺陷對應的聲時變化不明顯等特點，提出了一種“PSD判別法”也就是聲時斜率曲線判別法，其公式是PSD值＝(ti+1-ti)2/(Hi+1-Hi)，其中ti+1是深度值為Hi+1對應的聲時值，ti是Hi+1前一測點Hi對應的聲時值。當聲時～深度曲線上出現隨機干擾造成的跳躍變化時，PSD法反應敏感，其結果會造成嚴重的錯判。為了減少錯判，有人注意到應該結合超聲波振幅的大小來綜合評判。因為振幅的變化對缺陷的反應十分敏感，其相對變化是聲時值相對變化的7倍。但由于振幅衰減很快，在檢測過程中其信噪比很小，到目前止人們還不能直接檢測振幅從數學上簡單定量處理來判別缺陷，一般都是定性地把振幅變化作為一個輔助參量，而真正通過數學上處理分析的仍是聲時參數。為提高振幅的信噪比，有人采用了大功率的窄脈沖電火花振源，提高了信號的強度，但還不能從根本上解決利用振幅進行定量化的處理。因為外來干擾造成的影響尚不能忽略，特別是由于電火花振源尚受本身系統的溫度、濕度、疲勞程度、電壓波動和外來干擾因素的影響，其能量轉換效率變化較大，從而導致不同測點上激振能量發生變化，這些變化直接影響實測聲波振幅的大小，有時掩蓋缺陷對振幅的影響。本專利技術克服了普通聲時檢測中分辨力低的不足，切實有效地提高檢測系統的抗干擾能力，減少了檢測次數并使檢測、分析進度大大加快。本專利技術的要點在于，采用了超聲波雙通道梯度檢測技術，即在普通聲時檢測技術的基礎上用兩個上下固定距離的探頭同時接收發射探頭信號的首波振幅和首波聲時值，并將二者作加權處理。在混凝土樁內預埋的聲測管中放置一個發射探頭T(可以是普通超聲發射探頭，也可以是電火花振源的高壓放電極)，在另一聲測管中放置兩個接收探頭R1和R2(R1和R2的一致性不作任何要求)，其中一個接收探頭R1與發射探頭T在同一水平面上，另一個探頭R2與R1保持某一固定距離，使它與發射探頭T處于斜同步，這是平斜組合的方式，通過同步升降機將發射探頭和接收探頭沿聲測管同步提升或下降，每移動一個測點，由發射探頭發射脈沖波，用普通兩通道超聲儀或高速瞬態振動記錄儀同時接收記錄R1和R2信號的首波振幅A1、A2和首波聲時值t1、t2。計算振幅比△A＝A1/A2和聲時差△t＝t1-t2，然后整理成一個綜合參數AT＝△t/△A。整條樁上下一次測完后，便得到一條反映振幅和聲時隨深度變化的綜合曲線AT～H曲線。也可先沿樁內的聲測管測讀各測點的A1、A2、t1、t2后，最后計算各測點上的△t、△A，從而同樣整理得到AT～H曲線。對不同的缺陷，t1～H，△A～H，△t～H，AT～H等曲線的形態、大小、寬窄等特征不同。因此可直接從實測的曲線形態上判別缺陷的形狀，如水平薄層缺陷、斜薄層缺陷、三度體缺陷等，并可從各缺陷對應的曲線異常寬度、大小直接求解三角形去判別缺陷的具體位置。本專利技術的兩個接收探頭R1和R2還可以布置成R1和R2相聯的中點與發射探頭T在同一水平面上的等距雙斜的組合方式。等距雙斜組合方式測得的△T或△A異常曲線是對稱的，記錄點為R1和R2的中點;而采用平斜組合方式得到的△T或△A異常曲線一般不對稱，記錄點為與發射探頭T在同一水平面的接收探頭位置點。本專利技術還可以延拓出三通道梯度檢測、四通道梯度檢測、五通道梯度檢測，如有必要還可以搞成更多通道的梯度檢測。即接收探頭可以是三個、四個、五個甚至更多個，每個探頭之間都有固定距離并同時接收發射探頭的信號。本專利技術與前述的現有技術相比，所具有的優點在于1、對小直徑混凝土樁可一次性檢測，即能發現樁內任何缺陷。所測得的AT～H等曲線是水平和斜透視的組合結果，水平透視不會漏掉斜薄夾層，而斜透視不會漏掉水平薄夾層。從而大大地減少了檢測工作量。而過去為了不漏掉水平層狀薄夾層或斜層狀薄夾層時，需在水平透視檢測后再作斜透視檢測或作斜透視檢測后再作水平或其它斜透視檢測。2、雙通道梯度檢測具有很好的抗干擾能力。沒有干擾時R1、R2的聲時值分別為t1、t2，此時△t＝t1-t2。而當存在外來隨機干擾時，R1和R2的聲時值將發生改變，設改變了△t1和△t2，即相應聲時值為t1+△t1，t2+△t2，由于外來隨機干擾對R1和R2兩接收探頭的影響是同步同程度的，故△t1≈△t2＝△t，這時則有△t′＝(t1-△t1)-(t2+△t2)≈(t1+△t)-(t2+△t)＝t1-t2＝△t。可見，測試結果能壓制隨機干擾的影響。3、雙通道梯度檢測不受激振能量的變化而產生影響。設某點在某一激振能量Q作用下，R1和R2的首波振幅分別為A1和A2，此時△A＝A1/A2;如果激振能量從Q變為βQ時，使R1、R2兩接收探頭接收到的首波幅值分別改變了α1和α2倍，即A′1＝α1A1，A′2＝α2A2;注意到激振能量變化對R1、R2的影響程度基本相同，故有α1≈α2≈α，這時△A′＝α1A1/α2A2≈αA1/αA2＝A1/A2＝△A。這一點從根本上解決了目前最棘手的問題。4、雙通道梯度檢測的結果AT＝△t/△A能突出反映缺陷存在的異常，較單一振幅或單一聲時檢測具有特別強的缺陷分辨力。因為凡是混凝土內缺陷對聲時和振幅的影響都是使聲時相對增大，使振幅相對變小，這樣經AT＝△t/△A處理后，實質是對聲時異常或振幅異常進行相應的加權放大。這種加權放大作用只對混凝土內缺陷造成的異常而言，而對單一的聲時變化而相應點的振幅不變或振幅變化而相應的聲時不變化的各測點非混凝土缺陷(往往是隨機干擾或系統誤差)異常的放大作用不明顯。因而從另一個途徑上提高了信噪比，使判別結果更為可靠。5、雙通道梯度檢測的結果為反映缺陷的純異常，雙通道的非一致性(如探頭的頻率不同，探頭的靈敏度不同等)對測試處理結果不會造成錯判的來源。因為當混凝本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種混凝土樁超聲波檢測方法，使用普通的超聲波儀器，本專利技術的特征是在一條聲測管內同時放置兩個接收探頭，并同時接收另一聲測管內發射探頭發出的聲波信號；。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳如桂，
申請(專利權)人：廣州市建筑科學研究設計所，
類型：發明
國別省市：81[中國|廣州]