用于灌注桩检测的声波换能器及CT扫描

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1、用于灌注桩声波检测的换能器及CT扫描罗骐先摘要作者研制了新型的声测法测桩用换能器—JF系列单个换能器及CJF系列串式换能器。JF系列换能器比目前市面上的换能器长度大大缩短，直径大大减小（25～31mm）。由于在换能器内装置了前置放大器，保证了接收信号有足够的幅度和大的信噪比。为方便在声测管或钻孔中使用，JF换能器还作了许多重大改进。为提高现场测桩效率和进行CT扫描测量又研制出串式换能器。前言近十多年来，各类土木工程基础中大量推广使用混凝土灌注桩。目前对灌注桩的检测普遍采用无破损检测法。对于桥梁基础灌注桩，由

2、于常采用巨型长桩，通常采用声波法进行检查。这就是用声波换能器在预先埋设在桩中的声测管中沿桩长进行逐点探测。常用的声波换能器为增压式换能器。增压式换能器是70年代由军用水听器引用到民用的非金属超声检测中的一种径向换能器。这种换能器内部由多片压电圆片组合而成，形成一个长圆柱体，通常直径为30～35mm，长250～300mm，通过压电片的径向振动向四周幅射超声波。长期以来一直沿用这种换能器作管（孔）中的声波检测。笔者针对以往增压式换能器的缺点，根据多年测桩的实践经验，设计研制了一种新型的超声换能器—JF系列换能器

3、（见图1、照片1），专门用于灌注桩声测或钻孔中超声检测(包括混凝土声波检测及岩体声波检测)。二、JF系列单个换能器的特点1.尺寸缩小增压式换能器之所以长是因为多片圆型压电片的组合。为了缩短长度，JF换能器舍弃了增压式多片压电片组合的方式，采用机电耦合系数高的圆环型压电体。这样既保证了必要的灵敏度，又大大地缩短了换能器的长度。JF型换能器长度（包括可旋下的锥型重锤），发射换能器仅长118~139mm，带前置放大器的接收换能器也仅长155~170mm。至于换能器的直径，它取决于所设计的换能器的频率。频率越低，穿

4、透距离越大，但换能器直径也大。为了增大穿透距离，JF系列换能器保留了40kHz的品种（JF-40型),其直径为31mm,但同时又设计了60kHz的品种（JF60型)。这样就将换能器直径缩小为25mm6。这样大的直径完全可在1英寸的钢管（外径42.25mm,内径35.75mm)中使用，比用2英寸的钢管节省1/3的钢材。测一根50m长的桩，仅声测管费用就可节省近千元。为保证换能器有足够的穿透能力，在接收换能器上又制作了专门的前置放大器（JF-60D、JF-40D型)，保证了接收信号有足够的幅度和信噪比，为了在测

5、裂缝等特殊场合使用，还研制了直径仅15mm的频率为80kHz的换能器（JF-80型)。（见照片1）654321图1JF换能器结构图照片1JF换能器1.电缆；2.上锥体；3.前置放大器4.压电体；5.扶正器；6.下锥体2.前置放大器设计前置放大器由两级放大组成，总增益为20dB,即可将信号放大10倍；前置放大器密封在压电体上端，体积很小，不增大原来换能器的直径；利用原电缆供电，即引出电缆既传输信号又给放大器提供电源，且交直流两用。由于这样的设计,使接收信号大大加强，而信噪比仍很大。使用直径25mm的JF-60

6、D型换能器（频率为60kHz）在芜湖长江大桥成功地测试了直径3m的巨型灌注桩，而声测管采用的是1英寸钢管，节省了大量钢材，受到使用单位的欢迎。而带前置放大器的40kHz换能器（JF-40D型)，在砼中的穿透距离则大大增加。曾在一次钻孔法探测砼内部缺陷的实测中，在5m间距的钻孔间测量，信号仍很强，说明该种换能器还可穿透更长的距离。3.外型设计针对以往换能器外型上的一些不足，作了以下改进：（1）考虑到换能器在管中上下拖动中若遇到管子接头、焊疤等时容易阻塞，故JF换能器上下端均作成锥型，便于通过管壁的阻塞。6（2

7、）为使换能器随时居于管子中央，通常要在换能器上套一橡皮的扶正器。由于JF换能器在下端设置了锥型铜头，可以方便旋下，随时套上一扶正器，（3）JF换能器顶端电缆线出口处专门设计了一铜螺丝管。其用途是：一旦换能器需要测量向上的钻孔时，该螺丝管正好与空心接杆相连。这是专门为测量隧洞、廊道顶部裂缝及洞室松动圈探测设计的。4.电缆线长度标刻在灌注桩及孔中测量时，必须测量换能器入孔深度。采用一种有色溶液涂在电缆上标注刻度，以白、绿、红三种颜色分别代表20、50、100cm的刻度。该溶液与电缆绝缘外壳溶为一体，刮削不掉。5

8、.密封为保证在水中的密封防水，JF换能器采用内部防水与外部环氧树脂封装两重止水措施，制作好后经压水检验。曾用JF换能器在润扬长江大桥基岩声波测井中，在120m的水深中连续正常使用,证明其密封性能良好。三串式换能器1研制串式换能器的必要性在灌注桩声波检测或其他孔间检测（如地下连续墙、大体积单面结构检测、岩基声波检测等）中，一般所采用的基本方法是用单个的孔中径向换能器在成对的孔中从上到下以一定的间距逐点地对测。如果在