專利名稱：混凝土樁超聲波檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木工程質(zhì)量檢測方法。
本發(fā)明適用于對混凝土樁、地下連續(xù)墻準(zhǔn)確、迅速地查找各種缺陷異常;與有關(guān)新技術(shù)結(jié)合可較準(zhǔn)確地推算出混凝土強(qiáng)度。
目前，國內(nèi)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(chǔ)混凝土質(zhì)量情況。其原理是，在預(yù)埋于樁內(nèi)的多根聲測管內(nèi)分別放入超聲波發(fā)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(cè)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(guī)律，來判別樁內(nèi)的缺陷。并通過改變發(fā)射探頭和接收探頭相對位置進(jìn)行反復(fù)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(fā)現(xiàn)(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(shù)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(fù)的檢測。檢測和分析的工作量很大，難以滿足工程進(jìn)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(jìn)行的，各次檢測的外來干擾程度不同，特別是設(shè)備的一致性較差時，各種透視方法對同一缺陷的重現(xiàn)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(fā)射、單孔接收的方法，受隨機(jī)干擾影響很大，往往造成聲時～深度曲線很不規(guī)則，給缺陷的判別帶來很大的困難。
近七、八年來，國內(nèi)在超聲波透射法基礎(chǔ)上，針對測試距離較大時，缺陷對聲時參數(shù)的影響較少，即在聲時～深度曲線上，缺陷對應(yīng)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(yīng)的聲時值，ti是Hi+1前一測點Hi對應(yīng)的聲時值。當(dāng)聲時～深度曲線上出現(xiàn)隨機(jī)干擾造成的跳躍變化時，PSD法反應(yīng)敏感，其結(jié)果會造成嚴(yán)重的錯判。
為了減少錯判，有人注意到應(yīng)該結(jié)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(yīng)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(shù)學(xué)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(shù)學(xué)上處理分析的仍是聲時參數(shù)。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(qiáng)度，但還不能從根本上解決利用振幅進(jìn)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(tǒng)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(zhuǎn)換效率變化較大，從而導(dǎo)致不同測點上激振能量發(fā)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。
本發(fā)明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(tǒng)的抗干擾能力，減少了檢測次數(shù)并使檢測、分析進(jìn)度大大加快。
本發(fā)明的要點在于，采用了超聲波雙通道梯度檢測技術(shù)，即在普通聲時檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上用兩個上下固定距離的探頭同時接收發(fā)射探頭信號的首波振幅和首波聲時值，并將二者作加權(quán)處理。在混凝土樁內(nèi)預(yù)埋的聲測管中放置一個發(fā)射探頭T(可以是普通超聲發(fā)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(fā)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(fā)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(jī)將發(fā)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(fā)射探頭發(fā)射脈沖波，用普通兩通道超聲儀或高速瞬態(tài)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(shù)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(nèi)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(tài)、大小、寬窄等特征不同。因此可直接從實測的曲線形態(tài)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(yīng)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。
本發(fā)明的兩個接收探頭R1和R2還可以布置成R1和R2相聯(lián)的中點與發(fā)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(fā)射探頭T在同一水平面的接收探頭位置點。本發(fā)明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(fā)射探頭的信號。
本發(fā)明與前述的現(xiàn)有技術(shù)相比，所具有的優(yōu)點在于1、對小直徑混凝土樁可一次性檢測，即能發(fā)現(xiàn)樁內(nèi)任何缺陷。所測得的AT～H等曲線是水平和斜透視的組合結(jié)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(dāng)存在外來隨機(jī)干擾時，R1和R2的聲時值將發(fā)生改變，設(shè)改變了△t1和△t2，即相應(yīng)聲時值為t1+△t1，t2+△t2，由于外來隨機(jī)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?？梢姡瑴y試結(jié)果能壓制隨機(jī)干擾的影響。
3、雙通道梯度檢測不受激振能量的變化而產(chǎn)生影響。設(shè)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?yōu)棣翾時，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(jié)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(qiáng)的缺陷分辨力。因為凡是混凝土內(nèi)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(jīng)AT＝△t/△A處理后，實質(zhì)是對聲時異?；蛘穹惓＿M(jìn)行相應(yīng)的加權(quán)放大。這種加權(quán)放大作用只對混凝土內(nèi)缺陷造成的異常而言，而對單一的聲時變化而相應(yīng)點的振幅不變或振幅變化而相應(yīng)的聲時不變化的各測點非混凝土缺陷(往往是隨機(jī)干擾或系統(tǒng)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(jié)果更為可靠。
5、雙通道梯度檢測的結(jié)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(jié)果不會造成錯判的來源。因為當(dāng)混凝土勻質(zhì)性很好時，由于發(fā)射探頭與接收探頭R1和R2的距離均不變，其t1、t2、A1、A2應(yīng)不變。故△T＝t1-t2，△A＝A1/A2和AT＝△T/△A均為常數(shù)，表現(xiàn)在△T～H，△A～H，AT～△T/△A曲線為一條直線。如果探頭不一致時，各常數(shù)值變大或變小而已，但各曲線仍為直線。
6、雙通道梯度檢測方法集水平透視、斜透視、扇形透視為一體，能從一次性的檢測結(jié)果中直接識別缺陷的形狀和大小，除了層狀缺陷外，還能從非層狀缺陷對應(yīng)的異常寬窄等特征，通過求解幾何問題來確定非層狀缺陷的具體位置，從而使混凝土樁質(zhì)量判別結(jié)果進(jìn)入定量化。
本發(fā)明的實施例是在深圳商業(yè)中心大廈(52層)進(jìn)行的，做了38根大直徑混凝土樁(φ3.25m～φ4.40m)無損質(zhì)量檢測。僅用了20天時間完成全部檢測工作，并于4天后提交了測試結(jié)果報告。經(jīng)鉆孔抽芯驗證，本發(fā)明檢測樁內(nèi)缺陷的性質(zhì)、大小及位置均較為準(zhǔn)確。
在實際應(yīng)用中，根據(jù)混凝土樁徑的大小，對每根樁成孔后預(yù)埋2～4條聲測管，各管等距垂直布置，稍比實際樁長些，分別測1～6個測面。每次檢測(檢測每個測面)是在兩孔間進(jìn)行的，一孔置入發(fā)射探頭T(或高壓放電極)，另一孔置入接收探頭R1和R2，調(diào)整T與R1和R2的相對位置成平斜組合或等距雙斜組合，并固定下來，然后通過自動升降裝置按設(shè)定的點距間隔，自上而下或自下而上檢測R1和R2的首波到達(dá)時間和首波幅值，最后整理數(shù)據(jù)繪制△T～H、△A～H、t1～H、AT～H曲線，便可判別缺陷的大小、形態(tài)和具體位置。
本發(fā)明精確定量的檢測，快速地給出結(jié)果，使工程有可靠的質(zhì)量保證和加快施工進(jìn)程，有重大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求
1.一種混凝土樁超聲波檢測方法，使用普通的超聲波儀器，本發(fā)明的特征是在一條聲測管內(nèi)同時放置兩個接收探頭，并同時接收另一聲測管內(nèi)發(fā)射探頭發(fā)出的聲波信號；
2.一種混凝土樁超聲波檢測方法，利用了通常的超聲波聲時值檢測手段和振幅檢測手段，本發(fā)明的特征是用一個探頭同時接收首波振幅和其聲時值，并將二者做加權(quán)處理;
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混凝土樁超聲波檢測方法，其特點是放在同一條聲測管內(nèi)的兩個接收探頭之間有一固定距離，并與另一聲測管內(nèi)的發(fā)射探頭同步地上升或下降。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、3所述，其特點是發(fā)射探頭可以是與兩個接收探頭中的任一個等高放置，也可以是放在兩個接收探頭的中間位置;
5.根據(jù)權(quán)利要求1、3、4所述，其特點是接收探頭還可以是三個、四個、五個甚至更多;
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3所述，其特點是同時接收記錄兩個接收探頭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(shù)AT＝△t/△A，并制成隨高度H變化的綜合曲線-AT～H曲線。
全文摘要
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(xù)墻查找各種缺陷異常。目前經(jīng)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(fù)雜、時間長、抗干擾能力差、易錯判漏判等問題。本發(fā)明基本克服了這些問題。本發(fā)明采用了超聲波雙通道梯度檢測技術(shù)，用兩個上下固定距離的探頭R
文檔編號G01N29/04GK1077287SQ9210253
公開日1993年10月13日 申請日期1992年4月8日 優(yōu)先權(quán)日1992年4月8日
發(fā)明者陳如桂 申請人:廣州市建筑科學(xué)研究設(shè)計所