（3）根據(jù)超聲脈沖各頻率成分在遇到缺陷時(shí)衰減的程度不同，接收頻率明顯降低，或接收波頻譜與反射波頻譜產(chǎn)生的差異，也可判別內(nèi)部缺陷；

（4）根據(jù)超聲波在缺陷處的波形轉(zhuǎn)換和疊加，造成接收波形畸變的現(xiàn)象判別缺陷。

以上4點(diǎn)可以單獨(dú)運(yùn)用，也可綜合運(yùn)用。

根據(jù)以上原理，在進(jìn)行混凝土探傷時(shí)所需測(cè)量的物理量是聲程、聲時(shí)、衰減量、接收波形及其頻譜，所以，凡是有波形顯示的混凝土超聲檢測(cè)儀均可用于探傷。而無(wú)波形顯示的數(shù)字顯式聲速儀，雖然也可用于探傷，但它只能提供聲時(shí)和聲速作為*的判別依據(jù)，因而容易造成誤判。

一、混凝土內(nèi)部孔洞、裂縫及蜂窩狀缺陷的探測(cè)

（一）缺陷大小的實(shí)際聲程計(jì)算法

內(nèi)部缺陷的檢測(cè)應(yīng)采用穿透法，其發(fā)射及接收探頭的布置如圖6－2所示。在探測(cè)時(shí)首先在缺陷附近（圖6－2中）的（a）位置，測(cè)出無(wú)缺陷混凝土的聲時(shí)值，并按厚度算出聲速C（取數(shù)點(diǎn)的平均值），然后將探頭移入缺陷區(qū)，并找到聲時(shí)zui長(zhǎng)的一點(diǎn)，該點(diǎn)即為缺陷垂直于兩探頭連線平面的“中心”位置，然后測(cè)讀出聲時(shí)值。這時(shí)

的聲時(shí)值應(yīng)為聲波繞過(guò)缺陷所需的時(shí)間。

假定空洞正好居于厚度L的中心，則在超聲傳

播方向上（即兩探頭連線方向上）的zui小橫向尺寸

可按下式計(jì)算：         

       （6-1）                                         

式中，d為缺陷zui小橫向尺寸；D為探頭直徑；

L為混凝土厚度；C為混凝土聲速（C＝L/t₁）；t₁為

超聲過(guò)無(wú)混凝土?xí)r的聲時(shí)；t₂為探頭在缺陷中心位

置時(shí)的聲時(shí)。

顯然，當(dāng)L與d之比越小時(shí)，t₁與t₂之差越大，探測(cè)準(zhǔn)確度越高，但當(dāng)缺陷形狀為扁平狀或片狀的內(nèi)部裂縫，而且其走向與超聲傳播方向平行時(shí)（見圖6－3中的a-a位置），L/d將變得很大，t₁與t₂基本相等，這時(shí)，這種方法無(wú)效。克服的辦法是在條件可能的情況下將探頭移過(guò)一個(gè)角度（見圖6－3中的b-b及e-e位置）。探頭位置移動(dòng)后，進(jìn)行缺陷尺寸計(jì)算，在（6－1）式中應(yīng)改用新的參數(shù)代入，例如探頭在e-e位置時(shí)，缺陷的尺寸d可近似計(jì)算如下：

                                              （6-2）

式中：d為片狀缺陷平面內(nèi)的zui小尺寸；Lc為探頭間的zui短距離；t_c為探頭在e-e位置時(shí)，超聲繞過(guò)缺陷所需的聲時(shí)；C為無(wú)缺陷混凝土的聲速；a為兩探頭連線與缺陷平面的夾角。

當(dāng)缺陷小于探頭直徑時(shí)，聲時(shí)無(wú)明顯變化，但因缺陷界面的散射將使衰減值增加，接收波的波高下降，這時(shí)應(yīng)改用衰減值（波高變化）或接收波頻率的下降程度作為判別缺陷是否存在的依據(jù)。當(dāng)探頭在某一面積上移動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)其中某一點(diǎn)接收波高顯著下降，而聲時(shí)無(wú)顯著變化，而且探頭連線轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度后有同樣現(xiàn)象，則可判為該點(diǎn)有小于探頭的缺陷存在（見圖6－4）。

 

（二）大面積掃測(cè)的缺陷判別

所謂內(nèi)部缺陷，是指在混凝土表面無(wú)外露痕跡的缺陷。在實(shí)際結(jié)構(gòu)及構(gòu)件檢測(cè)中，不可能在全部面積上進(jìn)行全面探測(cè)，一般均選擇重要受力部位及對(duì)施工質(zhì)量有懷疑的部位進(jìn)行仔細(xì)探測(cè)。當(dāng)需仔細(xì)探測(cè)的面積較大時(shí)，可用多級(jí)網(wǎng)絡(luò)法描出等聲時(shí)線,并逐步縮小測(cè)區(qū)的方法（見圖6－5），這樣可防止遺漏，同時(shí)又避免了大面積的細(xì)測(cè)。

網(wǎng)絡(luò)的大小可視構(gòu)件大小而定，例如*級(jí)網(wǎng)絡(luò)

采用30cm間距，然后在聲時(shí)變化的點(diǎn)上再劃出

二級(jí)網(wǎng)絡(luò)（例如10cm），將各等聲時(shí)點(diǎn)連接起來(lái)

即成“等聲時(shí)線”，在等聲時(shí)線的范圍中，聲時(shí)zui

長(zhǎng)的點(diǎn)即為該缺陷區(qū)的“中心”位置。

為了定量地確定缺陷的存在，近年來(lái)普遍采用

統(tǒng)計(jì)方法。其具體方法是用被測(cè)構(gòu)件的各測(cè)點(diǎn)聲時(shí)

值t和超聲穿透距離L求出聲速C，然后根據(jù)已知

的R＝f（C）關(guān)系，換算出各測(cè)點(diǎn)的估算強(qiáng)度R。

假定所有測(cè)值總體呈正態(tài)分布，求出其平均強(qiáng)度R

和標(biāo)準(zhǔn)差S，則判定某點(diǎn)存在缺陷的依據(jù)為

                           （6-3）

若第i點(diǎn)的強(qiáng)度值R_i符合上式，則該值出現(xiàn)的概度只有2.27％，即出現(xiàn)的機(jī)率極少，如果有，應(yīng)是一異常點(diǎn)，可視為存在缺陷的可疑位置。

當(dāng)被測(cè)對(duì)象的R＝f（C）關(guān)系不明確，難以將C值換算成R值時(shí)，可直接用C值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為判別依據(jù)

                           （ 6-4）

式中， 為所有測(cè)點(diǎn)聲速平均值；Sc為聲速值的標(biāo)準(zhǔn)差；C_i為第i點(diǎn)的聲速值。

當(dāng)被測(cè)構(gòu)件的厚度不變（即聲程L不變）時(shí)，也可直接用聲時(shí)值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為判別依據(jù)：    t_i ＜ ＋2S_t                            （6-5）

式中： 為所有測(cè)點(diǎn)聲時(shí)平均值；S_t為聲時(shí)值的標(biāo)準(zhǔn)差；t_i為第i點(diǎn)的聲時(shí)值。

以上判據(jù)中未反映測(cè)點(diǎn)的影響。為了更確切地判別缺陷，南京水利科學(xué)研究院曾提出如下判別方法：首先計(jì)算出結(jié)構(gòu)物各測(cè)點(diǎn)估算強(qiáng)度的平均值R及標(biāo)準(zhǔn)差S，然后分兩種情況對(duì)各測(cè)點(diǎn)進(jìn)行判斷。

1．孤立的低強(qiáng)度點(diǎn)

計(jì)算出該點(diǎn)強(qiáng)度和平均強(qiáng)度之差與樣本標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)z，即

（ －R_min）／S＝z                         （6－6）

式中： 為所有測(cè)點(diǎn)的平均強(qiáng)度值；R_min為孤立低強(qiáng)度點(diǎn)的強(qiáng)度值；S為強(qiáng)度值的標(biāo)準(zhǔn)差。再?gòu)恼龖B(tài)分布表上查得R_min＝ －zS時(shí)出現(xiàn)的概率P，然后算出在N個(gè)測(cè)點(diǎn)中R_min可能出現(xiàn)的次數(shù)                        M＝NP                              （6－7）

式中：M為R_min在正態(tài)分布的數(shù)值樣本中可能出現(xiàn)的次數(shù)；N為測(cè)點(diǎn)總數(shù)；P為R_min在正態(tài)分布的樣本中的概率。

其判為缺陷的條件是                 M＜1                           （6－8）

即在正常情況下，這樣的強(qiáng)度值是不應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)的，現(xiàn)在出現(xiàn)了一個(gè)點(diǎn)，說(shuō)明是異常點(diǎn)，應(yīng)判為缺陷。

2．幾個(gè)相鄰點(diǎn)的強(qiáng)度都低于某一zui小強(qiáng)度的區(qū)

通常取zui小強(qiáng)度R_min＝ －2S，即z＝2。這時(shí)R_min出現(xiàn)的概率為P＝2.28％。

若在網(wǎng)絡(luò)測(cè)點(diǎn)中，某點(diǎn)A的強(qiáng)度低于R_min，其相鄰四點(diǎn)中的任一點(diǎn)也低于R_min，這種情況出現(xiàn)的概率為：

P＝（2.28％）²×4＝0.208％

同樣，當(dāng)NP＜1時(shí)，則認(rèn)為此相鄰兩點(diǎn)處有缺陷。

當(dāng)被測(cè)對(duì)象的R＝f（C）關(guān)系不明確時(shí)，也可直接用聲速C值的統(tǒng)計(jì)結(jié)果作為判別依據(jù)。

 

 

表6－1  統(tǒng)計(jì)數(shù)的個(gè)數(shù)n與對(duì)應(yīng)的λ₁值

中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)1990年公布的《超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程》（CECS21：90）中推薦采用下述方法進(jìn)行判別：

首先將測(cè)區(qū)內(nèi)各測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)值（t_i）由小到大按順序排列，即t₁≤t₂≤…≤t_n≤t_n+1，將排在后面明顯偏大的數(shù)據(jù)視為可疑，再將這些可疑數(shù)據(jù)中zui小的一個(gè)（假如是t_n）連同其前面的數(shù)據(jù)，求出其平均值t和標(biāo)準(zhǔn)差S_t，并按下式算出異常情況的判斷值X₀：

X₀＝ ＋λ₁·S_t                          （6－9）

式中：X₀為異常情況判斷值；λ₁為異常值判定系數(shù)，按表6－1選取。

把X₀值與可疑數(shù)據(jù)中的zui小值（假定為t_n）相比較，若t_n≥X₀，則將t_n及排在其后的各聲時(shí)值均為異常值；當(dāng)t_n＜X₀時(shí)，應(yīng)再把t_n＋1放進(jìn)去重新計(jì)算 和St，并算出新的異常情況判斷值X₀，再與t_n＋1作比較。

如果在各測(cè)點(diǎn)同時(shí)測(cè)得波幅和頻率值，及按聲時(shí)算出的聲速值（以x代之），則也可按上述方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，把它們分別按次序由大到小排列，排成x₁≥x₂≥…≥x_n≥x_n+1，將排在后面明顯小的數(shù)據(jù)視為可疑。然后再將這些可疑數(shù)據(jù)中zui大的一個(gè)（假定為x_n）連同其前面的數(shù)據(jù)，算出平均值x和標(biāo)準(zhǔn)差S_x，并按下式求出判斷值X₀。

X₀＝ －λ₁S_x                       （6－10）

式中： 為各測(cè)點(diǎn)波幅、頻率或聲速的平均值；S_x為波幅、頻率或聲速的標(biāo)準(zhǔn)差；其余各項(xiàng)含義同前。

再將判斷值X₀與可疑數(shù)據(jù)的zui大值X_n相比較，當(dāng)X_n≤X₀時(shí)，則X_n及排在其后的各數(shù)據(jù)均為異常值；當(dāng)X_n＞X₀時(shí)，則應(yīng)再將X_n+1放進(jìn)去重新計(jì)算X和S_X，并求出新的判斷值X₀，把X₀與X_n+1作比較。

當(dāng)測(cè)區(qū)中某些點(diǎn)聲時(shí)值（或聲速值）、波幅值（或頻率值）被判為異常值時(shí)，可結(jié)合異常測(cè)點(diǎn)的分布及波形狀況，確定混凝土內(nèi)部缺陷的范圍。

必須指出，波幅值和頻率值是與衰減密切相關(guān)的兩個(gè)參數(shù)，因此，它們必然受耦合條件的明顯影響，若耦合條件保證不了波幅和頻率測(cè)值的穩(wěn)定，則該參數(shù)不能作為統(tǒng)計(jì)法的判據(jù)。

以上判據(jù)，改變了原來(lái)*經(jīng)驗(yàn)性的判別方法，使缺陷的判別數(shù)值化。但這一判別方法尚待完善。其問(wèn)題在于：上述判據(jù)均假定缺陷檢測(cè)時(shí)，所有的測(cè)值的總體滿足正態(tài)分布規(guī)律。但事實(shí)上，在有缺陷存在的情況下，測(cè)值的分布與常用的混凝土強(qiáng)度分布規(guī)律不同，缺陷越多，則偏離正態(tài)分布規(guī)律越遠(yuǎn)。而且，S值隨著混凝土均一性的不同而變化，當(dāng)混凝土均勻性較差時(shí)，S值很大，這時(shí)很可能會(huì)掩蓋真正的缺陷。所以,一個(gè)構(gòu)件或結(jié)構(gòu)均勻性很差或缺陷較多時(shí)，采用上述判據(jù)會(huì)產(chǎn)生漏判。

（三）缺陷的聲時(shí)、振幅、波形綜合判斷

在*節(jié)中已闡明，缺陷的存在，除了反映在超聲傳播時(shí)間延長(zhǎng)外，還反映在接收波幅度降低（衰減）和波形畸變。如能綜合運(yùn)用這些因素進(jìn)行判斷，必能提高判斷的準(zhǔn)確性。

若在探測(cè)時(shí)測(cè)得各測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)值t（或聲速C）、接收波波幅A（或衰減系數(shù)a）的相對(duì)值，則大體上可參考表6－2進(jìn)行定性判斷。同時(shí)，也可參考接收波的波形。如果聲時(shí)偏大，波幅偏小，而且波形畸變，則可以肯定混凝土質(zhì)量有缺陷。

為了能定量地用聲時(shí)、波幅和接收波頻率來(lái)判斷缺陷的存在，南京水利科學(xué)研究院提出了一個(gè)綜合質(zhì)量指標(biāo)

                          （6-11）

式中： 為判斷缺陷的綜合值；f_i為某測(cè)點(diǎn)接收波頻率，kHz；A_i為某測(cè)點(diǎn)接收波波幅，NP，dB或mm；t_i為某測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值；μs，m，n為常數(shù)。

在綜合指標(biāo)中，引入m，n兩項(xiàng)常數(shù)項(xiàng)的原因是：由于混凝土質(zhì)量變化時(shí)，A、f、t的變化幅度很不一致，其中A的變化幅度zui大，t的變化幅度zui小，因而三者對(duì)K_com的制約權(quán)數(shù)不等。為了改善這種狀況，引入m、n常項(xiàng)。

m、n值的確定，以使A、f、t三者的變異系數(shù)相等為原則，可按下式計(jì)算：

                                                       （6-12）

式中：S_A為各測(cè)點(diǎn)接收波波幅測(cè)值的標(biāo)準(zhǔn)值； 為各測(cè)點(diǎn)接收波波幅測(cè)值的平均值；S_F為各測(cè)點(diǎn)接收波頻率減去n后的標(biāo)準(zhǔn)差； 為各測(cè)點(diǎn)接收頻率減去n后的平均值；S_T為各測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值減去m后的標(biāo)準(zhǔn)差； 為各測(cè)點(diǎn)聲時(shí)值減去m后的平均值。

隨著超聲檢測(cè)儀器的迅速發(fā)展，在探傷中若能采用具有波形數(shù)字采集和處理功能的智能型儀器，則可通過(guò)機(jī)內(nèi)自動(dòng)判讀功能和頻譜分析功能，迅速而準(zhǔn)確地獲得各測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)、幅值、主頻率、頻譜畸變系數(shù)等許多參數(shù)。因此，多因素綜合判斷是缺陷判斷的必然趨勢(shì)。隨著可利用參數(shù)的增多，綜合判斷的模式也會(huì)不斷發(fā)展。近年來(lái)，聚類分析、模糊綜合評(píng)判等模糊數(shù)學(xué)的多因素綜合判斷方法都已被引用于探傷技術(shù)，這些進(jìn)展必將使混凝土測(cè)缺陷的數(shù)值判據(jù)更準(zhǔn)確、更科學(xué)、更完善。

二、混凝土裂縫深度的探測(cè)

混凝土開口垂直裂縫深度的探測(cè)，可視構(gòu)件的形狀及裂縫位置的不同，采用穿透法和平測(cè)法。

（1）當(dāng)垂直于裂縫的構(gòu)件斷面不大時(shí)，可在平行于裂縫的兩側(cè)面上用穿透法進(jìn)行探測(cè)。探測(cè)時(shí)將探頭沿構(gòu)件側(cè)面逐點(diǎn)移動(dòng)，當(dāng)兩探頭連線未與裂縫平面相交時(shí)，聲時(shí)不變，兩者相交后聲時(shí)逐漸拉長(zhǎng)。

在采用這一探測(cè)方法時(shí)，假定裂縫中沒有積水和其它能夠傳聲的夾雜物，事實(shí)上這是不可能的。因此，用該法探測(cè)的裂縫深度往往小于實(shí)際深度。為了避免誤判，也可采用波高法作為輔助判據(jù)。當(dāng)接收信號(hào)的波高顯著下降，而且越來(lái)越低，不再回升時(shí)，即使聲時(shí)未明顯增大，也應(yīng)將波高開始下降的那一點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度判為裂縫的深度。此外，由于裂縫中的某些夾雜物形成聲通路，聲時(shí)會(huì)突然減小，但波高不會(huì)*恢復(fù)，因而據(jù)此還可排除夾雜物的影響。如果裂縫中充滿水，則可采用橫波探頭消除水的干擾。

（2）當(dāng)結(jié)構(gòu)物斷面很大，無(wú)法在側(cè)面用穿

透法測(cè)量時(shí)，可用開口垂直裂縫的深度平測(cè)法探

測(cè)，其探測(cè)與判斷方式可采用圖6－6的方式。

對(duì)于圖6－6所示的方式，首先將探頭在裂

縫附近用平測(cè)法測(cè)出混凝土的聲速。測(cè)量時(shí)，所

選的區(qū)域中混凝土的各種條件包括配比、濕度條

件等均與裂縫區(qū)混凝土的相同，計(jì)算C值時(shí)平測(cè)

聲程的確定方式應(yīng)按第三章中的規(guī)定進(jìn)行。C值取

多次測(cè)量的平均值，然后將探頭等距離地置于裂縫兩側(cè)，讀出聲波繞過(guò)裂縫末梢時(shí)的聲時(shí)值。根據(jù)幾何關(guān)系，有

                            （6-13）

                                                           （6-14）

將（6-14）代入（6-13）得                       （6-15）

式中： 即為裂縫深度h；C為無(wú)缺陷處混凝土的聲速；t₁為聲波繞過(guò)裂縫所需的聲時(shí)； 即為探頭間距d。

（6－15）式又可改寫為：                             （6-16）

試驗(yàn)證明，探頭與裂縫的距離 、 與裂縫深度 相接近為宜。若A、B相距太遠(yuǎn)，則 的長(zhǎng)度與折線 、 的長(zhǎng)度之差減少，這樣，由于混凝土的非均質(zhì)性，按（6-16）式計(jì)算時(shí)甚至?xí)贸鲐?fù)值；若A、B相距太近，繞行信號(hào)減弱，有可能被底面反射信號(hào)所干擾，計(jì)算結(jié)果會(huì)接近或超過(guò)結(jié)構(gòu)物的厚度。

當(dāng)有鋼筋穿過(guò)裂縫時(shí)，如探頭靠近鋼筋，則會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，此時(shí)探頭應(yīng)避開鋼筋。應(yīng)避開的zui短距離可計(jì)算如下：

如圖6－7所示情況，若無(wú)鋼筋影響，則可運(yùn)用（6－16）式，所以繞過(guò)裂縫的聲時(shí)應(yīng)為：

 

                            （6-17）

當(dāng)存在鋼筋時(shí)，通過(guò)鋼筋所需的聲時(shí)t_s，可根據(jù)（3－57）式計(jì)算，即：

 

欲使鋼筋對(duì)裂縫深度的探測(cè)不造成影響，必須使t_s≥t₁，所以，

                                    （6-18）

化簡(jiǎn)后得：                                      （6-19）

D就是為了避免鋼筋影響。Ｄ為鋼筋與探頭的zui小距離；C_s為鋼筋聲速；C為混凝土聲速。

對(duì)于一般估算，D可取1.5h左右。

三、斜裂縫的探測(cè)

對(duì)于斜裂縫的探測(cè)，不僅要求測(cè)出其深度，而且還要求測(cè)出其走向，一般可采用三角形定位法和雙橢圓定位法。

圖6－8所示即為三角形定位法示意圖。測(cè)試時(shí)，首先在裂縫附近測(cè)出混凝土的平均聲速C，然后將其中一個(gè)探頭固定于A位置，另一探頭移至E及D，測(cè)出聲波經(jīng) 所需的聲時(shí)t₁及經(jīng) 的聲時(shí)t₂，即可得出以下方程：

                                                       （6-20）

                                                       （6-21）

                     （6-22）

                                          （6-23）

將實(shí)測(cè)的C、t₁、t₂、l₁、l₂等代入（6-20）、（6-21）、（6-22）、（6-23）式，并解出未知項(xiàng)，即可由△ABEA或△ABD確定裂縫的走向和深度。

 

 圖6-9為雙橢圓定位法示意圖，在測(cè)出混凝土的聲速C后，將兩探頭分別置于A、B及Aˊ、Bˊ位置，取 。若測(cè)出聲波沿 、 傳播的聲時(shí)t₁及沿 、 傳播的聲時(shí)t₂。

由于                 

 

 

 

因此，分別以A、B及Aˊ、Bˊ為焦點(diǎn)，以a₁、b₁及a₂、b₂作為長(zhǎng)、短軸，即可得到兩個(gè)橢圓方程：      ,                                   （6-24）

若取同一坐標(biāo)系，則可得：

            ,

                                          （6-25）                     

  顯然，裂縫的末端必在這兩個(gè)橢圓的交點(diǎn)上。所以，解（6-25）式即可求出裂縫末梢的座標(biāo)位置，為簡(jiǎn)化計(jì)算，也可用作圖法定位。

近年來(lái)應(yīng)用超聲探傷技術(shù)已成為研究混凝土力學(xué)性能的重要手段。

在進(jìn)行微裂縫增生過(guò)程的測(cè)量時(shí)，仍然以聲速的變化作為特征值。因?yàn)殡S著微裂縫的增加，聲波需繞過(guò)裂縫傳播。因此，實(shí)際聲程隨微裂縫數(shù)量和大小的增加而增加，聲時(shí)值也隨之增大，若這時(shí)仍以探頭間距作為聲程，則所求出的聲速明顯下降。造成聲速下降的另一個(gè)原因，是由于聲波因微裂縫的散射而嚴(yán)重衰減。這時(shí)由于接收波形起點(diǎn)誤判所引

起的聲時(shí)延長(zhǎng)也使表面聲速下降。后者在無(wú)波形顯示的數(shù)字示聲速

儀上更為明顯。所以，聲速的變化相應(yīng)地反映微裂縫的大小和數(shù)量。

在壓應(yīng)力的作用下，混凝土中微裂縫的發(fā)展方向與壓力方

向相近，所以布置探頭時(shí)，兩探頭連線應(yīng)垂直于壓力方向,這樣

探頭較為敏感（見圖6－10），這時(shí)超聲傳播方向與部分裂縫平

面相垂直，因而超聲需繞行的聲程較長(zhǎng)，散射也較嚴(yán)重，聲速

變化較為明顯，反之，根據(jù)這一原理，若在不同的位置布置探頭，

按各對(duì)探頭間聲速變化的不同，又能判斷出在外力作用下混凝

土微裂縫的開展方向。

圖6－11為混凝土應(yīng)力應(yīng)變過(guò)程中各個(gè)不同階段的聲速變化

情況。從應(yīng)力變?nèi)^(guò)程曲線及聲速變化曲線可以看出，整個(gè)過(guò)

程大體上可分為4個(gè)階段：*階段即應(yīng)力與強(qiáng)度極限之比小于0.4時(shí)，應(yīng)力應(yīng)變曲線接近于直線，超聲速度基本上不變。在這一階段中，混凝土初始微裂縫尚未開展；第二階段，應(yīng)力與強(qiáng)度極限之比約為0.4～0.7或0.4～0.9，應(yīng)力應(yīng)變曲線開始彎曲，聲速稍有下降。這時(shí)混凝土中的原始界面裂縫開始擴(kuò)展；第三階段，應(yīng)力與強(qiáng)度極限之比約為0.8～1.0，這時(shí)界面微裂縫穿過(guò)砂漿形成貫穿裂縫，應(yīng)力應(yīng)變曲線明顯彎曲，達(dá)到峰值點(diǎn)，由于裂縫的迅速擴(kuò)展和貫穿，使聲速急劇下降。第四階段，已超過(guò)了極限應(yīng)力，混凝土嚴(yán)重開裂，只能依靠開裂面的機(jī)械嚙合作用承受荷載。這時(shí)變形迅速增大，承載能力逐步下降，聲速也隨之下降。

由以上試驗(yàn)可知，當(dāng)試件承受壓應(yīng)力的作用時(shí)，聲速的變化能明確地反映試件內(nèi)部裂縫的增生情況，并與應(yīng)力應(yīng)變曲線有著相應(yīng)的關(guān)系。這就使我們能從微裂縫開展的角度，解釋混凝土應(yīng)力應(yīng)變的種種現(xiàn)象。

 

 

對(duì)于一些大體積混凝土和鋼筋混凝土框架等重要結(jié)構(gòu)物，為保證其整體性。應(yīng)該連續(xù)不間斷地一次澆筑完混凝土，但有時(shí)因施工工藝的需要或因停電、停水等意外原因，在混凝土澆筑的中途停頓間歇時(shí)間超過(guò)三個(gè)小時(shí)后再繼續(xù)澆筑；還有已澆筑好的混凝土結(jié)構(gòu)物，有時(shí)因某些原因需要加固補(bǔ)強(qiáng)，進(jìn)行第二次混凝土澆筑。在同一個(gè)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上兩次澆筑的混凝土之間，應(yīng)保持良好的結(jié)合，使其形成一個(gè)整體，共同承擔(dān)荷載，方能確保結(jié)構(gòu)的安全使用。但是，在做第二次混凝土澆筑時(shí)，對(duì)已硬化混凝土表面的處理往往不能*設(shè)計(jì)要求，澆筑工序上也難免出現(xiàn)這樣或那樣的問(wèn)題。因此，人們對(duì)兩次澆筑的混凝土之間結(jié)合質(zhì)量特別關(guān)心，希望能采用有效的方法進(jìn)行檢驗(yàn)。超聲脈沖技術(shù)的應(yīng)用，為兩次澆筑的混凝土結(jié)合質(zhì)量提供了較有效的途徑。

超聲脈沖波檢驗(yàn)兩次澆筑的混凝土結(jié)合面質(zhì)量，一般采用穿過(guò)與不穿過(guò)結(jié)合面的脈沖波聲速、波幅和頻率等聲學(xué)參數(shù)相比較進(jìn)行判斷方法。換能器的布置方法如圖5-16所示。

為保證各測(cè)點(diǎn)具有一定可比性，每一對(duì)測(cè)點(diǎn)應(yīng)保持其測(cè)線的傾斜度一致，測(cè)距相等。測(cè)點(diǎn)間距應(yīng)根據(jù)被測(cè)結(jié)構(gòu)的尺寸的結(jié)合面的外觀質(zhì)量情況確定，一般為100mm-300mmm，間距過(guò)大易造成缺陷漏檢的危險(xiǎn)。

兩次澆筑的混凝土結(jié)合面質(zhì)量的判定方法基本相同。當(dāng)結(jié)合面為施工縫時(shí)，因前后兩次澆筑的混凝土原材料、強(qiáng)度等級(jí)、工藝條件等基本一致，如果兩次的混凝土結(jié)合的良好，脈沖波通過(guò)與不通過(guò)施工縫的聲學(xué)參數(shù)應(yīng)基本一致，可以認(rèn)為這些數(shù)據(jù)來(lái)自同一個(gè)母體。因此，可以把過(guò)縫與不過(guò)縫的聲時(shí)（或聲速）、波幅或頻率測(cè)量值放在一起，分別進(jìn)行排列統(tǒng)計(jì)。當(dāng)施工縫中局部地方存在疏松、孔隙或填進(jìn)雜物時(shí)該部位混凝土失去連續(xù)性脈沖波通過(guò)時(shí)，其波幅和頻率會(huì)明顯降低，聲時(shí)也有不同程度增大，據(jù)此凡被判為異常值的測(cè)點(diǎn)，查明其他原因影響時(shí)，可以判定這些部位施工縫結(jié)合不良。

對(duì)于結(jié)構(gòu)物進(jìn)行修補(bǔ)加固所形成的混凝土結(jié)合面，因兩次澆筑混凝土的間隔時(shí)間較長(zhǎng)，而且加固補(bǔ)強(qiáng)用的混凝土往往比結(jié)構(gòu)物原來(lái)的混凝土高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí)。骨料級(jí)配和施工工藝條件也與原來(lái)混凝土不一樣。所以可以說(shuō)兩次澆筑的混凝土不屬于同一母體，但如果結(jié)合面兩側(cè)的混凝土厚度之比保持不變，通過(guò)結(jié)合面的脈沖波，其聲學(xué)參數(shù)反映了該兩種混凝土的平均質(zhì)量。因此，仍然可以將通過(guò)結(jié)合面各測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)、波幅和頻率測(cè)量值按本章第四節(jié)一、二所述的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和判別。被判為異常值的測(cè)點(diǎn)，查明無(wú)其他原因影響時(shí)，即判定這些部位的新老混凝土結(jié)合不良。

在一般工業(yè)與民用建筑中，混凝土結(jié)合面質(zhì)量檢驗(yàn)的機(jī)會(huì)相當(dāng)多，大量實(shí)踐表明，采用超聲脈沖檢測(cè)是相當(dāng)有效的。

實(shí)例    某工程B—15#柱施工縫檢測(cè)。

該柱斷面的尺寸為500mm×500mm，距地面1.9m處有一施工縫，采用過(guò)縫與不過(guò)縫斜測(cè)方法。

聲時(shí)和波幅測(cè)量值見表5-8

                        聲時(shí)和波幅測(cè)量值                        表5-8

 

用聲時(shí)統(tǒng)計(jì)的判別結(jié)果，過(guò)縫的t₃、t₄、t₈、

t₉、t₁₂、t₁₅為異常值。

用波幅統(tǒng)計(jì)和判別結(jié)果，過(guò)縫的A₁、A₃、

A₄、A₈、A₁₂、A₁₅為異常值。

從過(guò)縫測(cè)點(diǎn)的分布情況看，這些異常測(cè)點(diǎn)分

布在施工縫的四周，經(jīng)過(guò)鑿開檢查，四周的混凝土

確實(shí)差，尤其是西南角存在松散石子的蜂窩孔隙，

尺寸見圖5-17所示。

 

 

混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物，在施工和使用過(guò)程中，其表面層會(huì)在物理和化學(xué)的因素作用下受到損壞。物理因素大致有火焰和冰凍；化學(xué)因素大致有酸、堿鹽類。結(jié)構(gòu)物受到這些因素作用時(shí)其表層損壞程度除了作用時(shí)間的長(zhǎng)短及反復(fù)循環(huán)次數(shù)有關(guān)外，還與混凝土本身的某些物質(zhì)有關(guān)系，例如體積比表面積大、齡期、水泥用量、水灰比及搗實(shí)程度等。

在考察上述問(wèn)題時(shí)，人們都假定混凝土的損傷層與未損傷部份具有明顯的分界線。實(shí)際情況并非如此，國(guó)外一些研究人員曾用射線照相法觀察因化學(xué)作用對(duì)混凝土產(chǎn)生的腐蝕情況。發(fā)現(xiàn)損傷層與未損傷部份不存在明顯的界限。從我們的工程實(shí)測(cè)結(jié)果來(lái)看，也反映了此種情況，總是zui外層損傷嚴(yán)重，越向里深入，損傷程度越輕，其強(qiáng)度和聲速的分布應(yīng)該是連續(xù)圓滑的，如圖5-19所示。但人們?yōu)榱擞?jì)算方便，損傷層與未損傷部分簡(jiǎn)單地分為兩層來(lái)考慮，計(jì)算模型如圖5-18所示。

 一、測(cè)試方法

超聲脈沖法檢測(cè)混凝土表面損傷層厚度的方法大致有兩種：

1、單面平測(cè)法

此法可應(yīng)用于僅有一個(gè)可測(cè)表面的結(jié)構(gòu)，也可就應(yīng)用于

損傷層位于兩個(gè)對(duì)應(yīng)面上的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件。如圖5-20所示，將

發(fā)射換能器T置于測(cè)試面某一點(diǎn)保持不變，再將接收換能器

R以測(cè)距l_i=100、150、200……mm，依次置于各點(diǎn)，讀取相

應(yīng)的聲時(shí)值t_i。

此法的基本原理是，當(dāng)T、R換能器的間距較近時(shí)，脈沖波沿表面損傷層傳播的時(shí)間zui短，首先到達(dá)接收換能器，此時(shí)讀取的聲時(shí)值反映了損傷層混凝土的傳播速度。當(dāng)T、R換能器的間距較大時(shí)，脈沖波透過(guò)損傷層沿著未損傷混凝土傳播的時(shí)間短，此時(shí)讀取的聲時(shí)中大部分是反映未損傷混凝土的傳播速度。當(dāng)T、R換能器的間距達(dá)到某一測(cè)距t₀時(shí)，沿?fù)p傷層傳播的脈沖波與經(jīng)過(guò)兩次角度沿未損傷混傳播的脈沖波同時(shí)到達(dá)接收換能器，此時(shí)便有下面的等式：

                                      （5-18）

式中    d——損傷厚度 ;           x——穿過(guò)損傷層傳播路徑的水平投影;

v₁——損傷層混凝土聲速;   v₂——未損傷混凝土聲速

由于 ，所以（5-18）式可改寫成          （5-19）

取

                      

則                                                 （5-20）

將（5-20）式整理并取正值，得

                            （5-21）

再將（5-21）式代入（5-18）式得

                            （5-22）

整理后得：                                           （5-23）

由于平面式換能器輻射聲場(chǎng)的擴(kuò)散角與其頻率成反比，頻率越低，聲場(chǎng)的擴(kuò)散越大，平測(cè)時(shí)傳播到接收換能器的脈沖信號(hào)越強(qiáng)，所以平測(cè)法一般都采用30—50kHz的低頻換能器。

這種方法還可以用來(lái)測(cè)量雙層結(jié)構(gòu)中不可測(cè)層的脈沖傳播速度。但是必要的測(cè)試條件是，要求內(nèi)層聲速（v₂）大于面層的聲速（v₁）。

有時(shí)由于損傷程度較輕或損傷層厚度不大，可能出現(xiàn)v₁、v₂的差值不大。因此，測(cè)量時(shí)必須準(zhǔn)確測(cè)量T、R換能器之間的距離。

（二）逐層穿透法

事先在損傷結(jié)構(gòu)的一對(duì)平行表面上，分別鉆出一對(duì)對(duì)不同深度的測(cè)試孔，孔徑為50mm左右，然后用直徑小于50mm的平面式換能器，分別在不同深度的一對(duì)測(cè)孔中進(jìn)行測(cè)試，讀取聲時(shí)值和測(cè)試距離，并計(jì)算其聲速值。或者在結(jié)構(gòu)同一位置先測(cè)一次聲速，然后鑿開一定深度的測(cè)孔，在孔中測(cè)一次聲速，再將測(cè)孔增加一定深度，再測(cè)聲速，直至兩次測(cè)得的聲速之差小于2%或接近于zui大值時(shí)為止，如圖5-21所示。

 該方法不僅對(duì)結(jié)構(gòu)造成局部破損，而且鉆孔和鑿孔很費(fèi)事，還必須將孔底處理平整才能進(jìn)行有效測(cè)試，操作相當(dāng)麻煩。但局部鑿開不僅可以測(cè)量混凝土的聲速，還可以根據(jù)敲鑿的難易程度給碎屑的外觀質(zhì)量情況，進(jìn)行綜合判斷，在一般情況下，其檢測(cè)結(jié)果的可靠性較高，因此仍不失為一種值得推廣應(yīng)用的方法。

當(dāng)采用單面平測(cè)時(shí)，將各測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)測(cè)值t₁的相應(yīng)的測(cè)距值l₁繪制“時(shí)-距”坐標(biāo)圖。如圖5-22所示，兩條直線的交點(diǎn)B所對(duì)應(yīng)的測(cè)距定為l₀，

直線AB的斜率，便是損傷層混凝土的聲速v₁，直

線BC的斜率，便是未損傷混凝土的聲速v₂，則有：

             （5-24）

            （5-25）

根據(jù)（5-23）式便可計(jì)算損傷層厚度d。為

便于繪制“時(shí)-距”圖，每一測(cè)區(qū)的測(cè)點(diǎn)數(shù)不得少

于5點(diǎn)，如果被測(cè)結(jié)構(gòu)各測(cè)區(qū)的損傷層厚度差異

較大，應(yīng)適當(dāng)增加測(cè)區(qū)數(shù)。

當(dāng)采用逐層穿透法檢測(cè)時(shí)，可將每次測(cè)量的聲

速值（v₁）和測(cè)孔深度值（h₁）繪制“v-h”曲線，如圖

5-23所示，當(dāng)聲速趨于基本穩(wěn)定的測(cè)孔深度，便是

混凝土損傷層的厚度h。

 

實(shí)例一  某招待所框架結(jié)構(gòu)，當(dāng)澆筑好第三層柱的混凝土，正進(jìn)行第四層樓板和大梁支模（木模）的綁扎鋼筋時(shí)，發(fā)生了火災(zāi)，幾十根柱子遭受不同程度的燒傷，檢測(cè)時(shí)采用單面平測(cè)與穿透對(duì)測(cè)相結(jié)合的方法，按單面平測(cè)法測(cè)得的“時(shí)距”曲線如圖5-24所示。由坐標(biāo)圖上查得v₁=tgα=3.2-2.9km/s；

v₂=tgβ=4.17km/s。再將局部表層鑿去50mm左右磨平后再進(jìn)行平測(cè)，得到圖中虛線（2），其聲速v₂= 4.14km/s。又鑿柱子根部，基本未受火災(zāi)損傷，采用穿透對(duì)測(cè)，得聲速v=4.0-4.13km/s。由此證明由“t-l”圖計(jì)算的值是可靠的，能代表未損傷混凝土的聲速。

根據(jù)2-3式計(jì)算各柱的燒傷層厚度為47mm-65mm迎火面厚一些，背火面淺一些，距火源近的柱子燒傷較深，距火源遠(yuǎn)的幾根柱子燒傷很輕微。

 

實(shí)例二   某學(xué)校教學(xué)樓門廳凍傷程度檢測(cè)

采用單面平測(cè)和穿透對(duì)測(cè)相結(jié)合的進(jìn)行檢測(cè)。按平測(cè)法繪制“t-l”曲線查得的v₁=2.30-2.90km/s；v₂=4.0-4.17km/s，采用穿透對(duì)測(cè)法對(duì)未受凍柱子測(cè)得聲速為：4.01-4.18km/s；對(duì)受凍嚴(yán)重的部位（在柱子邊緣對(duì)測(cè)）測(cè)得凍傷層聲速為2.30-2.50km/s，按（5-23）式計(jì)算得凍傷層厚d=60mm-110mm，如圖5-25所示，迎風(fēng)的東北側(cè)面凍傷較深，與實(shí)際情況相符。

 混凝土勻質(zhì)性檢所謂勻質(zhì)性檢驗(yàn)，是對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)物或同一批構(gòu)件的混凝土質(zhì)量均勻性的檢驗(yàn)?；炷辆|(zhì)性檢驗(yàn)的傳統(tǒng)方法是，在結(jié)構(gòu)物澆筑混凝土?xí)r，現(xiàn)場(chǎng)取樣制作混凝土標(biāo)準(zhǔn)試塊，以其破壞強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)值來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的勻質(zhì)性水平。這種方法存在一些局限性，例如：試塊的數(shù)量有限；因結(jié)構(gòu)的配筋率、幾何尺寸及成型方法的不同，其混凝土的密實(shí)程度與標(biāo)準(zhǔn)試塊相比，必須存在較大差異；構(gòu)件與試塊的硬化條件（養(yǎng)護(hù)溫度、失水快慢等）不同對(duì)待。除此之外，還可能遇著一些偶然因素的影響。由此可以說(shuō)標(biāo)準(zhǔn)試塊的強(qiáng)度，很難全面反映結(jié)構(gòu)混凝土的質(zhì)量情況。

由于超聲脈沖法是直接在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行全面檢測(cè)，雖然目前的測(cè)試精度還不太高，使其數(shù)據(jù)代表性較強(qiáng)，因此用此法檢驗(yàn)混凝土的勻性質(zhì)具有一定實(shí)際意義。標(biāo)準(zhǔn)及材料和結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室協(xié)會(huì)（RILEM）的建議，都確認(rèn)用超聲脈沖法檢驗(yàn)混凝土的勻質(zhì)性是一種有效的方法。

一、測(cè)試方法

一般采用平面式換能器進(jìn)行穿透對(duì)測(cè)法檢測(cè)結(jié)構(gòu)混凝土的勻質(zhì)性，要求被測(cè)結(jié)構(gòu)應(yīng)具備一對(duì)相互平行的測(cè)試表面，并保持平整、干凈。先在兩個(gè)測(cè)試面上分別畫出等間距的網(wǎng)格，并編上對(duì)應(yīng)的測(cè)點(diǎn)序號(hào)。網(wǎng)格的間距大小取決于結(jié)構(gòu)的種類和測(cè)試要求，一般為200mm—500mm。對(duì)于測(cè)距較小，質(zhì)量要求較高的結(jié)構(gòu)，測(cè)點(diǎn)間距宜小些，測(cè)距較大的大體積結(jié)構(gòu)，測(cè)點(diǎn)間距可適當(dāng)取大些。

測(cè)試時(shí)，應(yīng)使T、R換能器在對(duì)應(yīng)的一對(duì)測(cè)點(diǎn)上保持良好耦合狀態(tài)，逐點(diǎn)讀取聲時(shí)值t_i。超聲測(cè)距的測(cè)量方法可根據(jù)構(gòu)件的實(shí)際情況確定，如果各測(cè)點(diǎn)的測(cè)距*一致，便可在構(gòu)件的不同部位抽測(cè)幾次，取其平均值作為該構(gòu)件的超聲測(cè)距值l。當(dāng)各測(cè)點(diǎn)的測(cè)距不盡相同（相差≥2%）時(shí)，應(yīng)分別進(jìn)行測(cè)量。有條件采用工具逐點(diǎn)測(cè)量l_i值。

二、計(jì)算和分析

為了比較或評(píng)價(jià)混凝土質(zhì)量均勻性的優(yōu)劣，需要應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)中兩個(gè)特征值——標(biāo)準(zhǔn)差和離差系數(shù)（亦稱變異系數(shù)）。

在數(shù)理統(tǒng)計(jì)中，常用標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)判斷一組測(cè)量值的波動(dòng)情況或比較幾組測(cè)量過(guò)程的準(zhǔn)確程度。但標(biāo)準(zhǔn)差只能有效地反映一組觀測(cè)值的波動(dòng)情況，要比較幾組測(cè)量過(guò)程的準(zhǔn)確程度，則概念就不夠明確，沒有統(tǒng)一的基數(shù)，便缺乏可比性。例如，有兩批混凝土元件，分別測(cè)得混凝土強(qiáng)度的平均值為20Mpa、45Mpa，標(biāo)準(zhǔn)差為4Mpa、5Mpa，僅從標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)看，前者的強(qiáng)度較均勻，其實(shí)不然，如以標(biāo)準(zhǔn)差除以其平均值，則分別為0.2和0.11，實(shí)際上是后者的強(qiáng)度均勻性較好。所以人們除了用標(biāo)準(zhǔn)差以外，還常采用離差系數(shù)來(lái)反映一組或比較幾級(jí)觀測(cè)數(shù)據(jù)的離散程度。

1、混凝土的超速值按下式計(jì)算：

                                                        （5－26）

式中      v_i－第I點(diǎn)混凝土聲速值（km/s）

          l_i－第I點(diǎn)超聲測(cè)距值（mm）

          t_i－第I測(cè)讀聲時(shí)值（μs）

2、混凝土聲速的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差及離差系數(shù)分別按下列公式計(jì)算：

                                                   （5－27）

                                   （5－28）

                                                     （5－29）

式中

        m_v－混凝土聲速平均值（km/s）；

        S_v－混凝土聲速的標(biāo)準(zhǔn)差（km/s）；

        Cv－混凝土聲速的離差系數(shù)；

        N－測(cè)點(diǎn)數(shù)。

如果按“v-f”相關(guān)關(guān)系將混凝土測(cè)點(diǎn)聲速換算成強(qiáng)度值，再進(jìn)行強(qiáng)度平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和離差系數(shù)的計(jì)算更好。

由于混凝土的強(qiáng)度與其超聲脈沖傳播速度之間存在較密切的相關(guān)關(guān)系，結(jié)構(gòu)上各測(cè)點(diǎn)聲速值的波動(dòng)，基本反映了混凝土強(qiáng)度質(zhì)量的波動(dòng)情況，因此可以用混凝土聲速的標(biāo)準(zhǔn)差（S_v）和離差系數(shù)（C_v）來(lái)分析比較相同測(cè)距的同類結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量均勻性的優(yōu)劣。

但是，由于混凝土的聲速與其強(qiáng)度之間存在的相關(guān)關(guān)系并非線性，所以用聲速統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差和離差系數(shù)，與現(xiàn)行驗(yàn)收規(guī)范以標(biāo)準(zhǔn)試塊28天的抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)差和離差系數(shù)不屬于同一量值。所以將聲速值換算成混凝土強(qiáng)度，以強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差和離差系數(shù)，來(lái)評(píng)價(jià)同一批混凝土的勻質(zhì)性等級(jí)。

 

 

 

（一）檢測(cè)方式

1、雙孔檢測(cè)

在樁內(nèi)預(yù)埋兩根以上的管道，把發(fā)射探頭和接收探頭分別置于兩根管道中（如圖7-1所示），檢測(cè)時(shí)超聲脈沖穿過(guò)兩管道之間的混凝土，這種檢測(cè)方式的實(shí)際有效范圍，即為超聲脈沖從發(fā)射探頭到接收探頭所穿過(guò)的范圍。隨著兩探頭沿樁的縱軸方向同步升降，使超聲脈沖掃過(guò)樁的整個(gè)縱剖面，從而可得到各項(xiàng)聲參數(shù)沿樁的縱剖面的變化數(shù)據(jù)。基于實(shí)測(cè)時(shí)是沿縱剖面逐點(diǎn)移動(dòng)換能器、逐點(diǎn)測(cè)讀各項(xiàng)聲參數(shù)，因此，測(cè)點(diǎn)間距應(yīng)視要求而定。通常當(dāng)用手動(dòng)提接探頭時(shí)，測(cè)點(diǎn)間距一般采用20—40cm，若遇到缺陷可疑區(qū)，應(yīng)加密測(cè)點(diǎn)。為了避免水平裂縫被漏測(cè)，可采用斜測(cè)方法，即兩探頭之間有一定高度差，其水平測(cè)角可取30°~40°；若采用自動(dòng)提拉設(shè)備，測(cè)點(diǎn)距離可視提拉速度及數(shù)據(jù)采集速度而定。

為了擴(kuò)大樁的橫截面上的有效控制面積，必須使聲測(cè)管的布置合理。

雙孔測(cè)量時(shí)，根據(jù)兩探頭相對(duì)高程的變化，可分為平測(cè)、斜測(cè)、扇形掃測(cè)等方式，如圖7-1所示，在檢測(cè)時(shí)視實(shí)際需要靈活運(yùn)用。

2、單孔檢測(cè)

在某些特殊情況下（例如，在鉆孔取芯后）需進(jìn)一步了解芯樣周圍混凝土的質(zhì)量，以擴(kuò)

大鉆探檢測(cè)的觀察范圍。這時(shí)，只有一個(gè)孔道可供檢測(cè)使用，可采用單孔測(cè)量方式（如圖7-2所示）。單孔檢測(cè)方式需的一發(fā)兩收探頭，即把一個(gè)發(fā)射壓電體和兩個(gè)接收壓電體裝在一個(gè)探頭內(nèi)，中間以隔聲體隔離，聲波從發(fā)射振子發(fā)出經(jīng)耦合水穿過(guò)混凝土表層，再經(jīng)耦合水到達(dá)上下兩個(gè)接收壓電體，從而測(cè)出超聲脈沖沿孔壁混凝土傳播時(shí)的各項(xiàng)聲參數(shù)。

運(yùn)用這一檢測(cè)方式時(shí)，必須運(yùn)用信號(hào)處理分析技術(shù)，以排除管中的混響干擾以及各種反射信號(hào)疊加的影響。當(dāng)孔道中有鋼質(zhì)套管時(shí)，由于鋼管影響超聲波在孔壁混凝土中的繞行，故不能使用此法檢測(cè)。

一般認(rèn)為，單孔檢測(cè)時(shí)的有效檢測(cè)

范圍，約為一個(gè)波長(zhǎng)的深度。

3、樁外孔檢測(cè)

當(dāng)樁的上部結(jié)構(gòu)已施工，或樁內(nèi)未預(yù)

埋聲測(cè)管時(shí)，可在樁外的土層中鉆一孔作

為檢測(cè)通道。由于超聲在土中衰減很快，

因此，樁外的孔應(yīng)盡量靠近樁身，使土層

較薄。檢測(cè)時(shí)在樁頂上放置一發(fā)射功率較

強(qiáng)的低頻平探頭，沿樁的軸向下發(fā)射超聲

脈沖，接收探頭從樁外孔中慢慢放下，超聲

脈沖沿樁身混凝土向下傳播，并穿過(guò)樁與測(cè)

孔之間的土層，通過(guò)孔中的耦合水進(jìn)入接收

換能器，逐點(diǎn)測(cè)出聲時(shí)、波高等參數(shù)，當(dāng)遇到斷樁或夾層時(shí)，該處以下各點(diǎn)聲時(shí)明顯增大，波高急劇下降，以此作為判斷依據(jù)。如圖7-3所示。這種方式的可測(cè)樁長(zhǎng)受儀器發(fā)射功率的限制，一般只能測(cè)到4~8m，而且只能判斷夾層、斷樁、縮頸、 凸肚等缺陷。

以上3種方式中，雙孔檢測(cè)是灌注樁超聲脈沖檢測(cè)法的基本形式。其它兩種方式在檢測(cè)和結(jié)果分析上都比較困難，只能作為特殊情況下的補(bǔ)救措施加以使用。

（二）用于判斷缺陷的基本物理參量

超聲脈沖穿過(guò)樁體混凝土后，被接收換能器所接收。該接收信號(hào)帶有混凝土內(nèi)部的許多信息，如何把這些信息離析出來(lái)，予以定量化，并建立這些物理參量與混凝土內(nèi)缺陷、強(qiáng)度等級(jí)和均漿性等質(zhì)量指標(biāo)的定量關(guān)系，是當(dāng)前采用超聲脈沖檢測(cè)法中的關(guān)鍵問(wèn)題。其中尚有許多問(wèn)題有待研究。目前已被用于灌注樁混凝土內(nèi)部缺陷判斷的物理參量有以下4項(xiàng)：

（1）聲時(shí)。即超聲脈沖穿過(guò)混凝土所需的時(shí)間。如果兩根測(cè)管基本平行，則當(dāng)混凝土質(zhì)量均勻、沒有內(nèi)部缺陷時(shí)，在各橫截面所測(cè)得的聲時(shí)值基本相同；但當(dāng)存在缺陷時(shí)，由于缺陷區(qū)的混、水、空氣等內(nèi)含物的影響聲速遠(yuǎn)小于完好混凝土的聲速，所以穿越時(shí)間明顯增大，而且當(dāng)缺陷中物質(zhì)的聲阻抗與混凝土的聲阻抗不同時(shí)，界面透過(guò)率很小，根據(jù)惠更斯原理，聲波將澆過(guò)缺陷繼續(xù)傳播，波線呈折線狀。由于繞行聲程比直達(dá)聲程長(zhǎng)，因此，聲時(shí)值也相應(yīng)增大?？梢?，聲時(shí)值是缺陷的重要判斷參數(shù)。

聲時(shí)值用儀器測(cè)量，以微秒（μs）計(jì)。聲時(shí)值沿樁的縱剖面的變化可作為判斷的依據(jù)。

（2）接收信號(hào)的幅值。它是超聲脈沖穿過(guò)混凝土后的衰減程度的指標(biāo)之一。接收波幅值越低，混凝土對(duì)衰減就越大。根據(jù)混凝土中超聲波衰減的原因可知，當(dāng)混凝土中存在低強(qiáng)度區(qū)、離析區(qū)以及存在夾泥、蜂窩等缺陷時(shí)，將產(chǎn)生吸收衰減和散射衰減，使接收波波幅明顯下降。幅值可直接在接收波上觀察測(cè)量，也可用儀器中的衰減器測(cè)量，測(cè)量時(shí)通常以首波（即接收信號(hào)的前面半個(gè)或一個(gè)周期）的波幅為準(zhǔn)，后繼的波往往受其它疊加波的干擾，影響測(cè)量結(jié)果。幅值的測(cè)量受換能器與試體耦合條件的嚴(yán)重影響，在灌注樁檢測(cè)中，換能器在聲測(cè)管中通過(guò)水進(jìn)行耦合，一般比較穩(wěn)定，但要注意使探頭在管中處于居中位置，為此應(yīng)在探頭上安裝定位器。

幅值的衰減與混凝土質(zhì)量緊密相關(guān)，它對(duì)缺陷區(qū)的反應(yīng)比聲時(shí)值更為敏感，所以它也是缺陷判斷的重要參數(shù)之一，是采用聲陰影法進(jìn)行缺陷區(qū)細(xì)測(cè)定位的基本依據(jù)。

（3）接收頻率。超聲脈沖是復(fù)頻波，具有多種頻率成分，當(dāng)它們穿過(guò)混凝土后，各頻率成分的衰減程度不同，高頻部分比低頻部分衰減嚴(yán)重，因而導(dǎo)致接收信號(hào)的主頻率向低頻端漂移。其漂移的多少取決于衰減因素的嚴(yán)重程度。所以接收頻率實(shí)質(zhì)上是衰減值的一個(gè)表征量，當(dāng)遇到缺陷時(shí)，由于衰減嚴(yán)重，使接收頻率降低。

接收頻率的測(cè)量一般以首波*個(gè)周期為準(zhǔn)，可直接在接收波的示波圖形上作簡(jiǎn)易的測(cè)量。為了更準(zhǔn)確地測(cè)量頻率的變化規(guī)律，已采用頻譜分析的方法。它獲得的頻譜所包含的信息比采用簡(jiǎn)易方法時(shí)接收波首波頻率所帶的信息更為豐富，更為準(zhǔn)確。

（4）接收波波形。由于超聲脈沖在缺陷界面反射和折射，形成波形不同的波束，這些小組束由于傳播路徑不同，或由于界面上產(chǎn)生波形轉(zhuǎn)換而形成橫波原因，使得到達(dá)接收換能器的時(shí)間不同，因而使接收波成為許多同相位或不同相位波束的疊加波，導(dǎo)致波形畸變。實(shí)踐證明，凡超聲脈沖在傳播過(guò)程中遇到缺陷，其接收波形往往產(chǎn)生畸變。所以，波形畸變可作為判斷缺陷的參考依據(jù)。

必須指出，波形畸變的原因很多，某些非缺陷因素也會(huì)導(dǎo)致波形畸變，運(yùn)用時(shí)應(yīng)慎重分析。目前波形畸變尚無(wú)定量指標(biāo)，而只是經(jīng)驗(yàn)性的。關(guān)于波形畸變后采取怎樣的分析技術(shù)，還有待進(jìn)一步研究。

（三）用于判斷灌注樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)及均勻性的物理參量

目前用于樁內(nèi)混凝土強(qiáng)度等級(jí)及均勻性一評(píng)價(jià)的物理參量主要有聲速、衰減以及由它們推定的強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

（1）聲速?；炷谅曀倥c強(qiáng)度有良好的相關(guān)性，所以可以用聲速值推定混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。但聲速與強(qiáng)度的相關(guān)性受許多因素的影響，例如不同配合比的混凝土往往有不同的“聲速-強(qiáng)度”相關(guān)公式，所以通常針對(duì)一定配合比的原材料條件的混凝土，并事先制成“聲速-強(qiáng)度”校友會(huì)準(zhǔn)曲線，或事先通過(guò)試驗(yàn)求得兩者的相關(guān)公式，在檢測(cè)中作為推定強(qiáng)度的依據(jù)。

（2）衰減值。由于“聲速-強(qiáng)度”相關(guān)關(guān)系受配合比等許多因素的影響，用灌注樁灌注水下混凝土?xí)r，如是產(chǎn)生離析等現(xiàn)象，那么部分混凝土的實(shí)際配合比將與設(shè)計(jì)配合比有很大差別。這時(shí)用一種相同的“聲速?gòu)?qiáng)度”相關(guān)公式去推定強(qiáng)度誤差往往較大。為此，可采用“聲速-衰減-強(qiáng)度”綜合法。該法可排除離析的影響，因而可提高強(qiáng)度的推定度。用于推定強(qiáng)度時(shí)，衰減值應(yīng)用衰減器準(zhǔn)確測(cè)量，并應(yīng)排除耦合條件等因素的影響。

（3）推定強(qiáng)度的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。為了評(píng)定樁的混凝土均勻性，以便評(píng)價(jià)施工質(zhì)量，可將推定強(qiáng)度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差和不低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的百分率分別求出，并參照《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（GBJ107-87）進(jìn)行評(píng)定。

由于聲速或聲時(shí)與強(qiáng)度值有一定相關(guān)性，因此，有時(shí)也可用聲速或聲時(shí)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)作為評(píng)定均勻性的依據(jù)。用聲速或聲時(shí)的統(tǒng)計(jì)參數(shù)推定的均勻性，可作為工地質(zhì)量控制的參考指標(biāo)，不宜作為驗(yàn)收指標(biāo)。