声速的测定范文第1篇

关键词:超声波法；梁桩基桩基；完整性检测；判定方法

中图分类号：TU473.1 文献标识码：A文章编号：

1 引言

随着国民经济的持续发展，我国公路建设也不断加快，众多的桥梁工程出现。桥梁工程大量采用桩基础，桩基是桥梁的主要承重结构，它的质量好坏对结构的安全是至关重要的。灌桩桩是一种常见的桥梁桩基型式，由于成桩过程中,不可避免地要受到各因素的影响，极易出现各类缺陷，因桩身深埋于地下,隐蔽性极强,极难发现质量问题。因此，对桥梁桩基进行必要的检测，判定桩身的缺陷和位置，是排除桥梁工程隐患，确保桥梁工程质量的重点工作。超声波法是近几年来应用较为广泛的技术，具有技术简单、检测数据准确、成本低、速度快、对人体无害等优点。

2现场检测技术

2.1超声波延迟时间t0的确定

声时是检测的基本量，原始测读的声时值t可理解为由2部分组成，即超声波脉冲经过非混凝土距离的延迟声时t0、超声波脉冲穿过混凝土的声时tc。混凝土中实际声时为:

tc=t－t0 (1)

检测前应测得超声波经过非混凝土距离的延迟声时t0。

本文采用检测t0的方法:取与灌注桩中埋设一致的声测管2段，每段长度300mm，并排后用钢丝绑紧。将超声波检测仪的发射和接收换能器分别放入管内，换能器顶部保持管内相同位置，将两测管竖向置于清水中(此清水应与灌注桩声测管中耦合水完全一致)，检测得到的即为超声波延迟时间t0。

2.2灌注桩进行检测时的龄期要求

当前工程建设施工工期安排均比较紧凑，灌注桩施工后，施工单位力争在最短的时间内安排检测。某工程灌注桩施工3天后进行检测，检测中波形信号很弱，且波形衰变严重，全部测点均出现这种情况，初步判定为混凝土龄期太短，混凝土早期强度较低严重干扰超声波信号。灌注后10天再次检测，即不再出现上述情况，超声波信号完整、波形良好，判定为完整无缺陷桩。由此可以看出，混凝土龄期对于超声波法检测有比较大的影响，被测混凝土龄期一般以14天为宜。龄期过短，会严重影响检测质量。

2.3现场检测的步骤

(1)依据被测桩的桩径选择合适频率的换能器和仪器参数，超声波谐振频率为30～50kHz，电压幅值为200～1000V，并且整批桩的检测过程中检测参数应保持一致。

(2)将超声波发射、接收换能器通过深度控制分别置于两根声测管的顶部或底部，以同一高度或一定的间距同步升降，以设定的测点间距对灌注桩逐点检测声学参数并记录换能器所在深度。检测过程中应随时校正两个换能器的高度，累计相对高差不应大于20mm。

(3)对于全自动或半自动超声波检测仪，换能器提升速度应通过试验确定。尤其对于大直径桩，换能器提升速度过快，对超声波信号的采集有很大的影响。对局部小缺陷桩影响尤为明显，严重时会导致换能器接收不到信号，使图形信号严重变形，引起对桩身质量的误判。推荐提升速度为3m/min。

(4)测点间距应不大于250mm。对整根灌注桩每一检测剖面逐点检测，遇到数据可疑的部位应复测或加密检测，并结合全部检测剖面数据来确定缺陷的位置及严重程度。检测方法如图1。

图1 双声测管检测方法

3检测数据分析判定方法

3.1声速判据

声测管中声时、声速和声速平均值应按下列公式计算，并应绘出声速－深度曲线、波幅－深度曲线。

t=ti－t0 (1)

(2)

(3)

式中:

t—声时值，μs；

ti—超声波第i测点声时值，μs；

t0—超声波经过非混凝土路径所用时间，μs；

vi—第i个测点声速值，km/s；

l—两根声测管外壁间的距离，mm；

vn—混凝土声速平均值，km/s；

n—灌注桩所有检测剖面测点总数。

当实测混凝土声速值低于声速临界值时应将其作为可疑缺陷区。

Vi＜VD (4)

VD=Vn－2σv(5)

(6)

式中:

vi—第i个测点声速值，km/s；

vD—声速临界值，km/s；

vn—正常混凝土声速平均值，km/s；

σv—正常混凝土声速标准差；

vi—第i个测点声速值，km/s；

n—灌注桩所有检测剖面测点总数。

当检测剖面n个测点声速均偏低且标准差很小时，宜采用声速低限值判据。即实测混凝土声速值低于声速低限值时，可直接判定为异常。

Vi＜VL (7)

式中:

vi—第i个测点声速值，km/s；

vL—声速低限值，km/s，由预留的同条件混凝土试块的抗压强度与声速对比试验结果并结合本地区实际经验确定。

3.2波幅判据

实测波幅低于波幅临界值时，应将其作为可疑缺陷区。

AD=An－6 (8)

(9)

式中:AD—波幅临界值，dB；An—波幅平均值，dB；Ai—第i个测点相对波幅值，dB；n—灌注桩所有检测剖面测点总数。

3.3 PSD判据

采用斜率法作为辅助异常判据，当PSD值在某测点附近变化明显时，应将其作为可疑缺陷区。

（10）

式中:ti—超声波第i测点声时值，μs；ti－1—超声波第i－1个测点声时值，μs；zi—第i测点的深度，m；zi－1—第i－1个测点的深度，m。

4工程实例分析

结合某桥梁工程桩基检测为例，阐述灌注桩桩身完整性类别判断依据。所用检测设备为北京康科瑞工程检测技术有限公司生产的NM－4A型非金属超声波检测分析仪，双管式换能器，直径28mm；分析软件为康科瑞半自动测桩系统V1.20版。

4.1I类桩

Ⅰ类桩的各声测剖面每个测点的声速、波幅均大于临界值，波形正常。图2所示，3个剖面声速、幅值和PSD曲线均在正常值范围内。

图2Ⅰ类桩检测波形曲线

4.2 II类桩

II类桩某一声测剖面个别测点的声速、波幅略小于临界值，但波形基本正常。图3所示，Ⅲ剖面－4.8m处波速略低，波幅略小于临界值，3个剖面波形基本正常。

图3 Ⅱ类桩检测波形曲线

4.3 Ⅲ类桩

声速的测定范文第2篇

关键词：RTK 三维 水深测量 精密 单波束 误差

水深测量是测绘活动中一项常见而重要的内容，在海图测绘、江河湖泊及水库调查、涉水项目工程设计、涉水建筑物安全维护、航道监测、水道冲淤研究等方面均需要进行不同比例尺的水下地形图的测绘。

水深测量的目的是获取水底不同位置相对于某一稳定的高程（深度）基准面的高程（水深），测深和定位是水深测量两项最主要的内容。由于在绝大部分情况下水深测量都是动态条件下的测量，测量载体的姿态和水深基准面的确定在大多数情况下已成为影响着水深测量精度的主要因素。因此确定水深测量时测量载体的姿态变化和测量瞬间的测量基准面的位置成为提高水深测量的关键。

最新的《水运工程测量规范》（JTS131-2012）已规定可以采用“RTK三维水深测量”方法进行精密水深测量，并规定了指导性的作业方式和数据处理方法。其定义为：“RTK三维水深测量是利用GPS RTK 提供的瞬时高精度三维解，通过时延改正、姿态改正，最终为回声测深系统换能器提供准确的三维基准，进而根据回声测深结果，得到水底点的三维坐标。”但对何种条件下必须采用姿态传感器，规范里并无明确的规定。

为此需要分析不同条件下的水深测量误差，确定需要采用姿态传感器设备的条件。

水深测量误差分析

正如前面分析所言，水深测量的误差来源众多，包括定位的误差、测深仪自身的测距误差，测量介质引起的声速效应误差、测量载体姿态引起的测量误差等。其中定位误差目前已可忽略，测深仪自身的测距误差也远小于其它因素的影响。这里可以认为对测量深度的主要因素包括传播介质、测量载体等相关效应，有声速、姿态和船只静、动吃水的影响。具体分析如下。

1、声速效应对测深的影响

声速效应的影响直接影响到回声测深仪测量的深度部分，根据回声测深原理，深度等于介质中声波传输速度与传播时间一半的乘积，而声波在水体中的传播速度并非是一个固定值，它和测时环境相关，同水体的温度、盐度、密度以及声波频率相关，可以根据测区水域的温度和盐度进行改正，通常公式计算某温度、盐度下的声速。

由于水体中（特别是海区）的水温和盐度在垂直方向上存在梯度分布，引起声速在垂直方向上存在梯度分布，而且位置不同，声速梯度分布也不尽相同。在测量的时候，不同的测点需采用该测点测量时声速传播路径上的平均声速（可采用声速剖面仪测定），采用后处理的方法进行声速改正，

理论上：平均声速Cm应为声波传播全路径上的瞬时声速平均值，若采用水深参数h表达应为：

■（1），（1）中：D为从换能器到水底的深度。

由于不可能知道声速传播路径上每一处的声速，故在实际计算中采用式（2）进行抽样离散的计算：

■（2），式（2）中，n为声波路径上的抽样数，也就是分层数；di为各水层的厚度，Ci为各水层的声速值，n值越大，即抽样数越多，结果越准确。

上式（2）可称为计算平均声速的精确公式。

实际上在水深测量的时候，我们都将一个固定的设计声速C0（一般取1500m/s或者某一位置的表层声速）输入测深仪，此时测得的每一个位置的水深实际上是一个近似水深，需要在后处理时进行声速改正。声速改正值dh=h（Cm-C0）/ C0 。 （3）

从上式（3）可知，测深值的声速改正值与观测深度成正比，水深越大，声速改正值越大，还与声速差成正比。改正值数值的大小见下表1所示：

表1 声速改正值数值表

2、测船姿态变化产生的测深误差

姿态影响是指载体受到风、浪、流的作用而导致的测量不准，无论是横摇、纵摇、艏摇和倾斜，其作用机理都是导致测深仪中心波束倾斜而产生复杂的误差变化，它是一个即影响平面定位又影响深度测量的复杂过程。

2.1 测船横摇产生的测深误差

理论上，波浪对测深的影响是通过对船姿态的改变来产生作用的，因此，波浪对测深的影响可分为测船纵摇，横摇、升沉等对测深的影响几个方面。

设α为测船横摇角，左舷下倾时取正值，θ为换能器半波束角，s为记录深度，d为真实深度。很明显，如果│α│≤θ，α角造成的测深信号的偏移仍在波束角范围之内，所测得的深度可以认为是没有附加误差的，则发射的测深信号偏离了垂直方向而产生了附加误差。

一般情况下，测深线是沿水底地形变化梯度方向布设的，所以沿测深线垂直方向（即测船的横摇方向）可以认为是平面，此时产生的附加深度误差Δdroll可以估计为：

Δdroll = H'-H =s[cos（α-θ）-1] （4）

从上式（4）可以看出，由横摇α产生的附加深度误差Δdroll与测量水深值H成正比。

以波束角7°为例，在不同的水深H和横摇角度α的条件下，产生的横摇误差Δdroll见下表2所示：

表2 不同的水深H和横摇角度α的条件下横摇误差Δdroll

在进行水深测量时，若同时测定了横摇α角，真实的深度为：

H'= H cos（α-θ） （5）

可是若通过（5）式的该算，就产生了另外一个问题，改正后的水深H'是测深仪换能器的中心的垂线上，因为横摇α角的存在，引起了定位中心与测深中心不在一个水平面上，这是就产生了定位的误差，其偏离数值的大小与定位天线与测深中心的距离成正比。在建立了严密的船体坐标系并实时测量了船体姿态的条件下，能对定位中心作出正确的改算。

2.2 测船纵摇产生的测深误差

测船纵摇产生的测深误差比较复杂，若海底是平台的，则产生的误差与横摇产生的误差类似，可按照（5）式进行深度改正。显然，纵摇不产生偏离测深线的位移，但使水深点在测线上前后摆动。如过不进行改正，即使水底是光滑的平面，但记录的图像可能不是一个平面。不过在浅水区，假定H≤50， θ=3.5°，当纵摇角β≤6°时，引起的水深误差≤5cm，可以不予考虑。

2.3 测船升沉对测深值的影响

测量的时候，换能器固定安装在船体的下方，与测船形成刚体连接，因此，测船的升沉的变化值就直接反映在水深值里。

测船升沉对测深值的影响的大小和测深仪换能器与测船的测船的相对关系有关。通过理论分析，当测深仪换能器与测船的重心重合是，测船姿态和升沉的变化对测深值的影响最小，而且有利于通过HEAVE传感器或者其他方式对其作出改正。

目前，对升沉的改正一般有以下两种方式：①HEAVE传感器法：通过高精度的涌浪传感器（其原理一般为加速速计）直接测定船体的升沉，当传感器与测深仪换能器位置一致时，传感器测得的数值即为水深值的改正值；②RTK高程分量法：即利用高精度的GPS高程测量分量进行升沉改正。

3、换能器动态吃水对测深值的影响

动态吃水是一个水中运动载体的一种客观现象。一般地，动态吃水采用如下定义：因船只航速变化引起船体沉浮而使换能器吃水产生的动态变化。

动态吃水ΔH测定的方法很多，目前规范上和实际采用的主要有：①水准仪定点观测法；②水准仪固定断面法；③RTK定位法。

根据实际工作中的经验，采用合适的测船非常重要，既不能太小，也不能太大，太小了稳定性不够，太大了动态吃水较大。测量是的船速亦需要控制，不可盲目追求高速。

从另一个角度来说，既然RTK发能够准确地确定换能器的动态吃水，当采用“RTK三维水深测量”方法的时候，可以利用高精度的高程分量来对动态吃水进行准确的改算。

4、时延改正及其影响

时延反映的是GPS RTK 定位与测深的不同步。为将GPS RTK 三维归位到换能器，为测深提供瞬时平面和垂直基准，并最终实现波束在水下的归位计算，就必须消除时延的影响。

若船速为8 节（约4.111 m/s），导航时延确定误差为0.2 秒，则导航时延确定误差统计结果表明：时延误差引起的最大平面位置偏差为0.8m。

通过理论研究，时延对平面定位和测深的影响最为显著，其影响与船速成正比。因此，实际作业中，一方面应根据实验精确计算时延；另一方面应尽量减小船速，保持测量载体的稳定性，将时延确定误差的影响减小到最小。

无姿态传感器条件下的RTK三维水深测量的实施

无姿态传感器的“RTK 三维水深测量”构成简单，只是在常规的水深测量系统别强调了厘米级的定位和高程测量。由于GPS RTK测量或者是PPK测量获得高精度的平面定位和高程数据已经是相当成熟的技术，在多年的测量实践中已得到验证和应用，太多的论文和文献对这个问题进行了阐释。

无姿态传感器的“RTK 三维水深测量”主要包括以下几个环节：①测区控制网测量；②高程转换模型的建立；③高精度声速剖面的测量；④内业资料处理；⑤精度评估。

笔者在80公里的长江入海口河段进行了验证测量，该河段属于感潮河段采用常规的验潮站进行水下地形测量需要耗费大量的人力。而采用“RTK 三维水深测量”将大大地减小工作量。

验证测量实施过程如下：在测区两岸布设一定密度的E级GPS控制网，联测控制点的水准高程，采用几何曲面模型构建了该区域的高程转换模型。实现了GPS大地高到正常高系统的无缝转换。

在进行“RTK 三维水深测量”的同时，根据规范的要求。在测区两岸布设了20个验潮站进行潮位控制，以便两者进行对比。通过两种方法对水下测点高程的计算，对计算出的差异成果按照0.1m的区间宽度进行分析统计。共统计测点测点32153个，差异区间如下表3所示。

表3 两种方法计算的测点高程差值统计表

以上实例表明，该项目中采用不需要任何姿态传感器的RTK的三维水深测量技术得到的测量结果与常规的潮位控制得到的结果没有明显的差异，其精度和可靠性都得到了很好的验证。

总结

从以上从六个引起测深误差的主要方面进行了分析，并定量地分析计算了在不同的测量条件下，这些影响因素对测深带来的误差的数值，同时通过实例进行了分析，可以得出很重要的结论：

在目前的技术条件下，定位和测深引起的误差在水深测量误差中已退居次要地位，声速改正误差和测量载体的姿态误差等因素已称为水深测量误差的主要来源。

辅以姿态传感器、罗经等外部设备的“RTK三维水深测量”，能够精确地改正各项的主要测量误差。为了简化操作，且在经济上简便易行，有必要研究无姿态传感器条件下RTK三维水深测量的实施条件。

具备一定的的测量环境，可以不需要任何姿态传感器（包括罗经和涌浪传感器）就可实现基于RTK的三维水深测量技术的单波束精密测深。

参考文献：

[1] 周丰年，赵建虎，周才扬. 多波束测深系统最优声速公式的确定[J]. 台湾海峡，第20卷第4期，2001，11.

[2] 管铮. 西北太平洋大于200米水深回声测深改正公式[J]. 测绘学报，第16卷第1期，1987年2月.

[3] 申家双 陆秀平. 水深测量数据处理方法研究与软件实现[J]. 海洋测绘，第22卷第5期，2002年9月.

[4] 刘雁春. 海洋测深空间结构及其数据处理[M]. 测绘出版社，2003.

声速的测定范文第3篇

【关键词】回弹法；超声法；超声回弹综合法

1 超声回弹综合法测强的基本原理

超声回弹综合法是指采用混凝土超声波检测仪和混凝土回弹仪在结构混凝土同一测区分别测量声速值v(在混凝土中，超声脉冲单位时间内的传播速度)及回弹值R，根据混凝土强度与表面硬度以及超声脉冲在混凝土中传播的规律之间的相关关系推定混凝土强度等级的一种检测方法。其检测原理是[1]:超声仪发出的声脉冲传入混凝土介质中。由于声波在混凝土中的传播速度能反映混凝土的密实度,而混凝土的密实度又与混凝土的强度有关,因而超声波在混凝土中的声速与混凝土的强度之间存在相关关系。混凝土越密实,声波在混凝土中的传播时间越短,声速越大,混凝土强度就越高;反之,混凝土越疏松,声波在混凝土中的传播时间越长,声速越小,混凝土强度也就越低。因此可以通过测定声波在混凝土中的传播速度来推定混凝土的强度[2]。

2 超声回弹综合法测强的优点。

与单一的回弹法和超声法相比，超声回弹综合法具的独特的优点：

2.1 减少了龄期和含水率的影响。声速值除了受混凝土骨料的影响外还受混凝土龄期和含水率的影响，而回弹值除受表面状态的影响外也受混凝土龄期和含水率的影响，但龄期和含水率对二者的影响有着本质的区别国，混凝土含水率高，超声波的超速就高，而回弹值则偏低凝土龄期越长，声速的增长率会下降，而回弹值反而会因碳化深度增大而提高。因此二者结合起来测定混凝土强度就可以减少龄期和含水率的影响。

2.2 弥补相互不足。采用超声回弹综合法检测混凝土构件强度，既可以内外结合，又难能使较高和较低的强度之间相互弥补，能够全面的反映结构混凝土构件的实际质量。

2.3 有效的提高了测试精度。单一的回弹法和超声波检测会受到多种因素的影响，而综合法能够减少一些因素的干扰，比较全面的反映整体混凝土构件的质量，所以对提高混凝土无损检测的质量具有明显的效果。

3 超声回弹综合法的技术要求。

3.1 抽样方法与测区布置。单个构件检测时，应该在构件上均匀布置测区，每个构件上测区数量不应该少于10个，按批抽样检测时，按混凝土龄期和混凝土设计强度等级不国而化分检测批，构件抽样数量不少于构件数量的30％，且不应少于10件。测试面应清洁平整、干燥，不应有接缝、施工缝、饰面层、浮浆和油垢，并应避开蜂窝和麻面部位。必要时可用砂轮片清除杂物和磨平不平整处，并擦净残留粉尘。蜂窝麻面对回弹值和声速值都有着极大的影响，我们曾经对海景花园的30个构件做过一次测试，其中15个构件表面不平整，另外15个构件经过表面打磨平整后测试，结果经计算统计，最终强度推定值相差28.5％，因此选择平整干燥表面对超声回弹综合法的技术要求很重要。

3.2 回弹测试的技术要求也很严格，要先进行回弹测试后进行超声测试，回弹仪要与墙面成90度角，垂直弹击待测面，均匀用力，同一测点只能弹击一次；超声测试时，换能器辐射面应通过耦合剂与混凝土表面良好耦合，测试面应清洁平整、干燥，不应有接缝、施工缝、饰面层、浮浆和油垢，并应避开蜂窝和麻面部位。超声测试分为对测法、平测法和角测法，检测混凝土构件最常用的方法是对侧法，采用此法时，两个换能器的轴线一定保持在同一直线上。当结构或构件被测部位只有两个相邻表面可提供时，可采用角测方法测量混凝土中的声速。因平测法只能反映浅层混凝土的质量，所以厚度较大的板式结构一般不宜采用平测法。

4 超声回弹综合法的主要影响因素

超声回弹综合法检测混凝土构件强度是利用混凝土回弹值、超声声速值等物理量简接推定混凝土强度，而混凝土又是一种多项复合材料，其各种性能必然受外界和各种因素的影响，超声测强的影响因素很多，针对几种主要的影响因素，我们也做了大量的实验研究。

4.1 掺加矿物细料的影响。随着房地产业的发展，对混凝土强度、性能的要求也越来越高,配制高强或高性能混凝土的主要方法之一就是掺加矿物细料,掺加硅灰配制高强混凝土已经是很成熟的方法。试验证明，硅灰能提高超声声速值,主要原因在于硅灰颗粒细小,仅是水泥颗粒直的1/100,具有高度的分散性,可以充分地填充在水化水泥颗粒之间,提高浆体硬化后的密实度。

4.2 配合比的影响。配合比不同,超声声速存在显著的差异,各种材料相同的混凝土,由于配合比的不同,如粗骨料偏多的混凝土,超声波传播的速度就要比粗骨料含量少的混凝土传播快,水灰比W/C大的混凝土,由于水分蒸发较多,孔隙多,使声速偏低;相反,W/C小的混凝土,内部密实,水分蒸发后留下的孔隙少,超声波传播速度快。

4.3 龄期的影响。在早龄期的混凝土中,声速值的增加大于混凝土强度的增加,随着龄期增加,声速的增加要小于强度的增加。

4.4 结构构件中钢筋的影响。研究表明，超声波在钢筋中的传播速度比在混凝土中高1.2倍~1.9倍,因此,在检测含有钢筋的混凝土构件时,所得的超声声速值偏大,应根据情况进行修正。

4.5 混凝土的缺陷与损伤。如果混凝土中含有裂缝,就不能用超声波检测混凝土强度,在检测时,应结合首波形状提高准确度,如果首波形状发生改变,说明混凝土内部存在缺陷,此时就不应继续使用超声声速换算混凝土强度。

5 超声回弹综合法的发展。

我国在1976年引进这种方法，之后根据我国具体情况进行了大量试验。在研究、分析、综合的基础上，于1988年颁布了《超声回弹综合法测试混凝土强度技术规程》(CECS02:88)，为这种方法在我国工程界的广泛使用奠定了基础，于2005年制订了《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》(CECS02:2005)，使得超声回弹综合法检测混凝土强度更加完善[3]。

6 结束语：

总之，超声回弹综合法是目前混凝土结构工程中最为常用的一种无损检测技术, 但是因为检测环境太复杂，影响因素之多使得这项检测技术还是存在着诸多缺陷。随着人们对建筑质量要求的关注，这种检测技术也有待进一步完善。

参考文献：

[1]超声波传感器在混凝土无损检测系统中的应用研究传感技术学报第21卷 第7期 朱建林

[2]结构混凝土现场检测技术 湖南大学出版社

[3]超声回弹综合法检测混凝土强度试验研究李波 西安科技大学硕士学位论文

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声速的测定范文第4篇

关键词基桩声波透射法声速判据波幅判据PSD判据综合判定

中图分类号：P407.3 文献标识码：A

基桩声波透射法与其他完整性检测方法相比具有信息量丰富、无测试盲区、检测精度高以及场地局限性小等优点，因此被广泛应用到大直径基桩桩身完整性检测中。

1 基桩声波透射法检测原理

在检测过程中，由超声脉冲发射源向混凝土内发射调频弹性脉冲，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特性；当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷形成波阻抗界面，产生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明显降低；当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射；根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超场波动特征，经过处理分析就能判别测区内混凝土存在缺陷的大小及其空间位置。

2 检测数据的处理

各测点的声时tc、声速v、波幅Ap及主频f应根据现场检测数据，按下列公式进行计算，并绘制声带－深度（–z）曲线、波幅–深度（Ap–z）曲线，需要时可绘制辅助的主频–深度（f-z）曲线。

tci=t--t0-t'‘ νi=l’/tciApi=201gai/a0fi=1000/Ti

式中tci为第i测点声时（μs）；ti为第i测点声时测量值（μs）；

t0为仪器系统延迟时间（μs）；t'‘为声测管及耦合水层声时修正值（μs）；

L’为每检测剖面相应两声测管的外壁间净距离（mm）; νi为第i测点声速（km/s）;

Api为第i测点波幅值（dB）; ai为第i测点信号首波峰值（V）；

a0为零分贝信号幅值（V）； Ti为第i测点信号周期（μs）；

fi为第i测点信号主频值（kHz）,也可由信号频谱的主频求得。

3 数据分析与判断

（1）声速判据。声波在传播路径上遇到缺陷时分两条路径传播：一是绕过缺陷分界传播；二是直接穿过缺陷。由于我们是以首波来读取声时值，所以无论声波在何种路径上传播，所测的声速要比正常部位小。声时的测读受到声波脉冲收发间距影响，由于混凝土的衰减作用，当声波脉冲穿过混凝土时，其高频部分首先被衰减，穿越的距离越长，接受频率越低，接受波前明显平缓，因而在声时测读时使读数起始点后移，计算声速较低。综合国内外部分研究资料，并通过一部分完好桩（已扣除t’）与预留试块声速的比较，取以下修正值：

L=100cm，Ki=1.05； L＝150cmKi＝1.020;L=200cm Ki＝1.023；

为了使在同一根桩中的各个剖面的声速具有参考性，声测管的宜布置为正三角形或正方形，并确保声测管的平行度。

①概率法。该方法由南京水利科学院高级工程师罗骐先提出，它是一种单一的声速参数。以一个剖面的所有测点（一般测点总数不小于20个）为统计样本，首先剔除可疑的数据（当出现因声测管弯曲、系统延时t0设置不当、人为因素等造成声速明显高于或明显低于混凝土正常波速）。统计整根桩的声速平均值μ和标准差σ，然后进行判断：

对于某个低限声速C1值，计算该点的Ki值：Ki=C1-μ/σ，再根据Ki值查正态分布表，求出C1值出现的概率P（C1）允许出现的次数N﹒P（C1），若N﹒P（C1）＜1说明在正常情况下一次也不出现，若实现了，则表明该点是缺陷。

声速概率法本质上是一种相对比较法，在各种情况下获得的物理量比较单一，受检测人员操作经验的影响比较小。但其变化幅度和范围不大，对缺陷反应不十分明显。在进行数据分析时，应结合实际声速与正常值的偏离程度以及其他声学参数进行异常点的鉴别和缺陷判定。

②声速低限值法。当检测剖面n个测点的声速值普遍偏低且离散性很小时，宜采用声速低限值判断；

νi＜νL

式中：νi 第i测点声速（km/s）

νL 声速低限值（km/s）,由预留同条件混凝土试件的抗压强度与声速对比试验结果，结合本地区实际经验确定。

当上式成立时，可直接判断为声速低于低限异常。

使用声速低限值作为判据时，一般声速低限值相对应的混凝土强度不宜低于0.9R（R为混凝土设计强度），若试件为钻芯样，则不宜低于0.85R。声速低限值应根据混凝土龄期合理取值，否则低限值判据便没有实际意义。

（2）波幅判据。一般认为，接收波幅强弱与混凝土的黏塑性有关。接收波幅值越低，混凝土对声波的衰减就越大。根据混凝土中声波衰减的原因可知，当混凝土中存在低强区、离析区、夹泥、蜂窝等缺陷时，吸收衰减和散射衰减增大，使接受波波幅明显下降。波幅对缺陷的反应比较敏感，是缺陷判断的重要参数。但是波幅的测量受换能器与测试桩体的耦合条件等因素的影响比较大，在检测过程中应注意换能器的选用并保证耦合剂中不含泥浆、砂子等悬浮物，在运用波幅判据时应结合其他声学参数进行判断。波幅异常时的临界值判据应按下列公式计算：

Am=∑ Api/nApi＜Am-6

式中Am----波幅平均值（dB）；n----检测剖面测点数。

当上式成立时，波幅可判为异常。

（3）PSD判据。PSD判据是河南省公路管理局与湖南大学土木系于1983年为确保郑州黄河公路大桥桩基质量而研制成功的可以定性、定量判断桩身质量的方法。PSD被称为“相邻两测点间声时的斜率和差值的乘积判据”。PSD值按下列公式计算：

PSD＝K﹒tK=tci-tci-1/zi-zi-1

t－tci-tci-1

式中tci为第i测点声时（us）；tci-1为第i-1测点声时（us）；zi为第i测点深度（m）；zi-1为第i－1测点深度（m）.

PSD判据建立在这样的理论，即缺陷区超声波传播介质的性质发生突变，声时值在缺陷区的变化规律是一个不连续的函数。PSD判据放弃了声速值按正态分布的假定，突出了声时的变化（PSD判据的大小主要取决于相邻测点声时的差值），对缺陷的反应比较敏感，同时，也减小了因声测管不平行或混凝土不均匀等非缺陷因素造成的测试误差对数据分析判断的影响。在进行数据分析时，根据PSD判据在某深度处的突变，结合波幅变化情况，并进一步细测（加密平测、斜测和扇形扫测），进行综合判断。但是，采用PSD判据法时应注意的是当桩身缺陷为缓变型时，声时值也呈缓变型，PSD判据并不敏感。

（4）其它辅助判据。声波脉冲是复频波，具有多种频率成分。当它们穿过混凝土后，各频率成分的衰减程度不同，高频部分比低频部分衰减严重，因而导致接收信号的主频率向低频端漂移。其漂移的多少取决于衰减因素的严重程度，一般认为主频漂移的程度越大，该点的混凝土质量就越差。主频对缺陷的敏感性介于波速和波幅之间，其测试数据值没有波速稳定，受非缺陷因素影响比较大，所以在实际检测过程不常用。

当脉冲直接穿过缺陷或者绕过缺陷时，会形成波线不同的波束，这些波束由于传播的路径不同，或由于界面上产生的波形转换而形成横波等原因，使得到达接受换能器的时间不同，因而使接收波成为许多相位或不同相位的波束的叠加波，导致波形畸变。实践证明，凡声脉冲在传播过程上遇到缺陷，其接受波形往往主生畸变，目前对由于对缺陷导致波形畸变的畸变程度作定量分析还比较困难，因此它在实际检测过程中仅作为辅助判据。

（5）综合判定。混凝土是一种多种材料的集结体，声波在其中传播是一个相当复杂的过程，以单一的判据来评价基桩成桩质量是不全面不科学的。基桩基身完整性类别结合桩身各个声学参数的临界值、PSD判据、混凝土声速低限值、波形等判据综合判断分析。①采用概率法确定各临界值相差较大，则应分析原因。如果是因为该剖面的缺陷点很多声速离散太大则应参考其它桩的临界值；如果是因声测管的倾斜所致，则进行管距修正，再重新计算声速临界值；如果声速的离散性不大，但临界值明显偏低，则这样的测点可确定为可疑点。对各剖面的异常点进行细测（加密平测或斜测）。②缺陷范围以及缺陷程度的推断。考察各个剖面是否在同高程的缺陷，如果不存在同一高程的缺陷，则说明该缺陷在桩身截面的分布范围不大，该缺陷的纵向尺寸将由缺陷所在该剖面的投影的纵向尺寸确定，如果存在同一高程的缺陷，则依据程度的推断主要依据缺陷的投影大致推断该缺陷的纵向尺寸和在桩向横截面上的位置和范围。对缺陷程度的推断主要依据缺陷处的实测声速和波幅与正常混凝土的声速、波幅的偏离程度（正常混凝土声学参数可取其平均值），并观察缺陷处PSD判据的突变程度和实测波形的畸变程度。③除了对以上各个判据进行综合判定外，还应该考虑到施工工艺、施工记录以及桩的承载机理（摩擦型或端承型）、设计要求、受荷状况（抗拔、抗压、抗水平力）、基础类型（单桩承台或群桩承台）、缺陷出现的部位（桩上部、中部或下部）等因素。

4结 语

本文所探讨的基桩声波透射法一般适用于桩径不小于800mm的灌注桩。由于基桩声波透射法只能检测桩身部分混凝土质量，对于支承桩或嵌岩桩，宜同时采用低应变反射法检测桩端的支承情况，确保桩身结构承载力的正常发挥。

参考文献：

[1]中华人民共和国行业标准。建筑基桩检测技术规范（JGJ106－2003）北京：中国建筑工业出版社，2003

[2]中华人民共和国推荐行业标准。公路工程基桩动测技术规程（JTJ/T F81－01－2004）2004

[3]陈凡 徐天平 陈久照 关立军，北京：中国建筑工业出版社，2003

[4]罗骐先，桩基工程检测手册，北京：人民交通出版社，2003

声速的测定范文第5篇

论文关键词：声波透射法,桩基检测,完整性

1引言

目前对混凝土灌注桩检测主要涉及两个方面：①桩基的承载力是否达到设计要求；②桩基的完整性和强度。静载试验法作为桩基承载力检测中最直接和可靠的检测方法，由于其检测周期长，费用大，故不便大面积测试。因此，对混凝土灌注桩来说，完整性检测显得尤为重要。声波透射法作为钻孔灌注桩非破损检测方法的一种，因其机理明确，设备简单，使用方便、检测准确，故被广泛应用于桩基检测中。

2声波透射法的基本原理

声波透射法的工作原理是在被测桩内预埋若干根竖向相互平行的声测管作为检测通道。将超声发射换能器与接收换能器置于声测管中，管中注满清水作为耦合剂。在测试时，两探头置于同一水平面或保持一定高差，沿声测管同时提升，仪器通过发射换能器发射超声脉冲．穿过被测桩体混凝土，并经接收换能器接收，声波信号按测点间距10cm或20cm自动记录，由仪器显示。由于超声脉冲信号穿过混凝土桩体存在缺陷部位时会发生绕射、折射、多次反射及不同的吸收衰减，使接收信号首波的声时、幅值等声学参数发生变化，通过判读以上参数，即可判断桩身混凝土是否存在缺陷。

声波是弹性波的一种，在混凝土介质中服从弹性波传播规律。运用弹性波理论，可推导得到纵波(P)和横波(S)在介质中的传播速度为

纵波（1）

横波（2）

式中：E为杨氏模量；μ为泊松比；ρ为介质密度。

由波速的表达式可知：弹性介质的性质及种类不同，弹性常数及密度也就不同，因此弹性波在介质中传播的速度也不同。人工发出弹性波，并设法用仪器接收并分析测定其波速，可以用来判定岩体的特征和内部状态以及混凝土的完整性，这就是工程中经常使用的“弹性波探测法”的理论依据。在桩基的检测中，声波在混凝土传播的速度一般为3200～4000m／s，当遇到混凝土有裂隙、夹泥和密度差等原阂时，声波将发生衰减，部分声波绕过缺陷前进，传播时间延长，波速减小，产生漫射现象。而遇到空洞的空气界面要产生发射和散射，使声波的振幅减小。缺陷存在，使声波的路径复杂化，引起波形的畸变。所以声波在缺陷混凝土中传播时，振幅减小、波速降低、波形畸变。这就是超声波检测的基本原理。

3数据分析与判断方法

3.1声速

在剔除可疑数据后，统计整个桩的声速平均值μ和标准差σ，然后进行判断。对单个点声速值，计算该点值：

（3）

再根据值查正态分布表，求出值出现的概率和允许出现的次数。

若，说明在正常情况下一次也不能出现，但实际出现了，即该点为缺陷点。

3.2PSD判断

PSD判别法，也称斜率法，是声时随深度曲线相邻点的斜率和相邻两点声时差的乘积。根据桩身某一检测剖面各测点的实测声时t(μS)及测点高程z（mm），可以得到一个以t因变量，x为自变量的函数t=f(x)，当桩身完好时，f(x)应是连续可导函数；当桩身剖面存在缺陷时，在缺陷与正常混凝土分界面处，声介质性质发生突变，声时t也发生突变，当Δx趋于0时，Δt不趋于0，即在此处不可导。因此函数f(x)不可导点就是缺陷界面位置。

（4）

（5）

（6）

式中，k为第i测点与第i-1测点间的斜率；t、t分别为第i测点和第i-1测点声时；x、x分别为第i测点和第i-1测点深度；为i测点的PSD值。

PSD法突出了声时的变化，对缺陷较为敏感，检测时，可以根据“PSD-深度”曲线上PSD值在某深度处的突变，结合波幅变化情况，对异常点进行判定。

4桩身完整性的判定

目前对桩身完整性的判定一般根据声速判据、声幅判据、以及PDS判据，分析各声学参数的临界值、综合各判据判得的结果以及实际的波形图，按照桩基检测技术规程对桩身的完整性进行评价。具体按照表1进行综合判定。声速反映了混凝土的弹性性能，波幅的衰减则反映混凝土界面情况，综合各参数及各深度的波形特征对桩的完整性和质量进行判定见表2。完好的桩，声速曲线基本是一条直线，无明显折点，波幅也无明显衰减，波形为正常波形。蜂窝、局部的夹泥沙团，声速基本有一定的减小，相对差一般为10％一20％，波幅有一定的衰减，PSD值出现尖角，波形出现畸变。局部的夹层和断桩声时，声速曲线呈现出明显的波峰，最大误差可达30％以上，而且波幅衰减强烈，PSD值出现明显尖角。

表1桩身完整性判定表

完整性类别

特征

I

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

各检测剖面声学参数均无异常．无声速低于限值异常。

某一检测剖面个别测点的声学参数出现异常，无声速低于限值异常