曲线拟合法分析超声波检测成果（李戟,李万海,杨学亮,苏秀清）

时间：2022-02-21 15:28:45 浏览量：次

［摘要］简要分析了声波检测过程中影响声时变化的因素，并介绍了在声测管间距线性变化的情况下，运用最小二乘法直线拟合校正声速值，从而对桩身混凝土质量做出正确的评价。

［关键词］超声波检测曲线拟合线性变化距离校正

1 引言

超声波透射法检测混凝土灌注桩具有准确可靠、信息丰富、效率高等特点，不受桩长、桩径、场地等限制，通过接收换能器测出超声脉冲穿过混凝土所需的时间、波幅值、脉冲主频率、波形等参数，然后进行综合分析，对混凝土内部各种缺陷的性质、大小、位置做出判断。

目前超声波检测资料解释通常采用概率法和PSD法，具体解释过程可参考《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003），通过多个工程的现场测试，发现部分剖面存在声速值连续偏离正常值的情况，分析原因可能是由于声测管固定在钢筋笼上，在钢筋笼起吊送入桩孔过程中发生较大形变，导致声测管部分弯曲上下不平行所致，对于概率法可能会出现正常部位声速低于异常临界值或异常部位声速高于异常临界值的情况，从而造成误判；运用PSD法虽然可以减少声测管不平行的影响，但不能校正声速值，当下部声测管距离非线性增加时，对PSD判据也会产生影响，因此对于超声波检测中存在的声测管不平行现象，有必要通过一定的方法加以校正，从而对混凝土质量做出准确的判定。

2 引起声时变化的原因分析

假设某一检测剖面两声测管的间距l(z)、速度曲线V(z)、时间曲线t(z)均为深度Z的函数，其中t(z)可以实测得到的，l(z)、V(z)未知，

在以前的资料处理中，我们假设声测管平行，即l(z)=l(0)为一直线，l(0)为桩顶处的两声测管间距，这时时间曲线的变化完全是由于速度变化（混凝土质量变化）引起，但如果在速度变化的同时，声测管间距也发生变化，情况如何呢？对（1）式求导，得

下面结合工程实际情况，来分析

的变化情况和引起的原因。假设桩头处两声测管间距为l(0)，桩底处间距为l′,管长为h，由于声测管通常为钢管，且有一定的钢度并捆扎在钢筋笼上，为方便分析假定声测管错动后间距为线性变

化，如图1所示。

分析声速，如图2所示，假定Z1点对应V1，Z2点对应V2，高差为Δh，

说明声时的局部突变基本上是由声速的变化（混凝土质量的变化）引起的，但如果不考虑dL(z)／dz的影响，则由

3 曲线拟合法

假定模型为整体质量均一的混凝土，仅局部较小区域内存在缺陷，声测管不平行具近似于线性变化，声时曲线整体（或分段）偏离正常值，可以观察声时曲线的整体形态，并采用最小二乘法拟合，考虑声测管具有一定的刚度，做整体（或分段）直线拟合。

在拟合前，根据声时、声幅、声频曲线，先剔除异常点，并测出管口处的速度V 0，假定V(z)=V(0)=常数（除异常点外），若t(z)=a 0+a 1 Z (k),(a 0、a 1为待定系数，Z (k)为测点从上到下的序号)，a 0、a 1满足

求出校正后的声测管距离曲线，若对t(z)进行分段拟合，则L(z)也进行分段校正，即

可以得到校正后的声速曲线。

4 实例分析

下面为某工程实例，其中8号桩桩径0.8m，检测桩长18.8m，预埋两根声测管，管口处间距0.6m，校正前声速曲线如图3，从图中可以看出，速度曲线从管口处逐渐呈线性关系向上漂移，在桩底处声速接近5000m/s，明显偏大，分析声幅和声频曲线，桩底与桩顶处基本相似，在11.6m处附近声幅、频率降低，但从声速曲线上看，11.6m处声速在临界值以上，无法判定是否存在异常，分析声速曲线上漂的原因，应是声测管从上到下逐渐变小所致，剔除11.6m处前后3个异常点，采用最小二乘法直线拟合，由（5）式，得方程组

解得a0=144，a1=-1.2484，校正后t z曲线方程为t (z)=144-1.2484Z (k)，该曲线为假定桩身波速均一，在声测管距离变小时应得到的声时值，如图4，由于假定声测管线性变化，对应的声时值也是线性减小。计算出管口处的波速V 0，假定其为整个桩身的平均波速，由（6）式得，L (z)=l 0- V 0*1.2484Z (k)，由（8）式可以得到校正后的速度曲线，如图5所示，从图上可以看出校正后，11.6m处声速值在临界值以下，可判定为异常点。

5 结论

本文通过曲线拟合法分析声波测试结果，校正了声测管倾斜对波速的影响，避免了桩身缺陷的漏判，从而对桩身混凝土质量做出客观的评价。但还应注意以下几个方面：①平均波速的选取，本文用桩顶处V 0代替平均波速，会造成一定的误差；②本文假定声测管间距为线性变化，但实际施工过程中可能会导致非线性变化的情况出现，若曲率较大时，会对声速产生较大的干扰；③在有多个声测管存在的情况下，建立空间模型更为复杂一些，由于钢筋笼变形后周长保持不变，当有3个及以上声测管固定在钢筋笼上时，会出现同一截面上某剖面声速变大的同时，另一剖面声速同时变小，这样在建立空间曲线方程时，应将周长不变作为约束条件，结合声幅、声频曲线等信息，利用计算机反复模拟出最合理的空间曲线方程，对桩身混凝土质量做出准确的评价。

参考文献

［1］陈凡，徐天平，陈久照，关立军.基桩质量检测技术. 第一版, 中国建筑工业出版社,

2003年,298

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