基桩声波透射法检测的波形分析探讨.doc

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1、基桩声波透射法检测的波形分析探讨张宏（长沙理工大学）陈彦平（广州润索工程检测技术研究有限公司）摘要木文从直达波、绕射波、折射波和反射波单一波形在基桩中传播规律的分析，探讨波形畸变及频谱变化与桩身混凝土缺陷的相关关系，认为学握波形畸变及频谱变化的规律，不但能有效提高基桩声波透射法检测判定水平、而且能对透测盲区的混凝十质量进行初步评价。关键词：基桩声波透射法检测波形分析换能器基桩声波透射法检测采用的振源,是一种轴向有限长度、单一主频的柱面波，超声波在混凝土屮的传播规律服从弹性波的持性，由直达波、绕射波、折射波和反射波构成。波形分析的基本物理量有：1•頁达波到达时（波速）；2.波幅（或衰减）；3

2、.接收信号频率变化；4.接收波形畸变。我们认为波速只反映透测屮线为对彖的混凝十性质，而波形和频谱变化不但反映透测对象的混凝十-状态，而且也反映构件边界面及透测范围以外混凝土的状态。但由于以往换能器激振信号的余振周期太长，覆盖了绕射波、折射波、反射波的时程，使波形迭加后变化复杂，不易解读。所以基桩声波透射法检测判定，一般采用了声时和首波波幅两个参数，普遍对波形变化的分析不够深入。卜面从单一波形在基桩中的传播规律分析入手，探讨波形畸变及频诺变化与混凝十•缺陷的关系。一、直达波的形态和形式1.发射换能器激振性能决定直达波的形态不同的换能器由于采用的结构形式、材料等不同，激振机理也有所不同，所以有

3、不同的发射主频、发射强度和余振长度，如卜•四种换能器在清水中透测的接收波形（頁达波）就明显不同：（1）.平面换能器，主频50kHz,首波比较低，余振长度20周期以上，见照片1。照片1照片2卩（2）.-种管环状径向换能器，主频60kIlz,首波比较低，余振长度14周期以上，见照片2。(3).-种增压式径向换能器,主频36kHz,余振长度7周期以上,见照片3。照片3(4).RS-YH45III.IV径向换能器，主频45kHz,首波比很高,3—5主振周期后迅速衰减,见照片4。接收换能器要求应有较宽的频带宽度，轴向同性。否则也会影响到接收波形。收、发换能器宜采用同一规格的产品，具有相同的主频，可提

4、高检测灵敬度。1.直达波到达时及波幅幅度与混凝土质童相关大家都清楚这是桩基透射法检测判定的主婆依据，概念清楚，这里不进行讨论。2.前达波(1)钢筋短路前达波是直达波的一种形态，如混凝土屮埋设有较大尺寸的铁件等波速更高的物体，能最较小的前达波比正常通过混凝十传播的貞达波提前到达。(2)桩周及桩底基岩短路前达波也可能是通过桩周及桩底品质良好的基岩绕射传播，这种绕射波信号强大,足丁淹没从桩身混凝十•正常透射的肖达波。这种情况常出现在嵌岩桩入岩桩段，使实测波速明显提高。可认为出现绕射到岩层的前达波比肓达波信号更强，表明桩周混凝土保护层质量良好、或桩底潸孔质量良好。可见尽管不能从直达波的状态分析桩芯

5、混凝十•质帚，但也足于表明桩身混凝十•灌注质呆良好。二、绕射波对波形的影响径向换能器的发射功率在其轴向有效长度范围的强度相等、信号最强，往上往下发射的信号强度逐渐降低，即绕射波的强度比肖•达波弱。在清水屮做透射法检测可以得到证实，如照片5、7所示，无阻描物时直达波信号清晰强劲。当在两换能器中间设置一气球为阳■扌当物时，实测绕射波的信号强度明显减弱。气球直径越大，接收信号越弱，但波形基木保持不变，如照片6、8所示。桩身出现空洞、局部缺陷，或局部缩照片5：S达波与反射波时程分宴照片6:言达波彼气球阴档>绕射波较直达波弱照片7:直达波与反射波时程接合照片8:直达波彼气球阴档>绕射波较直达波弱径等

6、状态时可见如照片8所示这种波形。三、折射波对波形的影响径向换能器发射波为一柱面波，沿条形构件轴向传播时，除直达波外，还将有一系列从构件界面折射传播的折射波，折射波耳肖达波迭加后使接信号振幅加大，其频谱图呈现多峰特征。如在一断面尺寸为130X130mm,声测管净距640mm的试件上，采用发射有效功率强的RS-YH45径向换能器，以捉高折射波强度,实测波形如照片9所示冋见实测波形明显畸变，前3个波波形迭加后频率降低。釆用60kHz的换能器进行透射波检测的波形见照片10所示，实测波形也有迭加现象。桩基声波透测的尺度.正常恬况均大于超声波的波长，但当超声波透射经过较小的断面时，其边界条件发生变化,

7、超声波传递过程也会呈现滤波及衰减的效应。超声波的折射倍第原理照片9照片102当桩芯内部出现缺陷界面或缩径时，均可能形成折射波，虽然不会对实测声时产生影响，但足使接收波及其频谱发生变化，认识折射波传播的特性，为我们判别透射检测范围以外，即检测肓区的混凝土质量提供了理论依据，是桩基声波透射法检测技术进步的一个方面。四、桩周反射波对波形的影响超声波在桩身内部传递遵循弹波传递规律。超声波在声测管内部均戈向桩身辐射柱面波，一部分波