关键词: ;无损;物理模型实验;混凝土强度;混凝土厚度
中图分类号： TU37文献标识码： A
引言
当前对于混凝土结构的厚度以及强度检测而言，大多数施工企业选择的方法还是传统的钻孔取芯手段，利用这种技术手段一方面成本比较高、耗费工时，并且还会造成建筑物表面造成破损，日后还会花费工时和材料进行修补，势必对建筑物的正常使用有所影响，对于当前修建优质混凝土结构的大环境不相符。为了保证混凝土结构在检测过程中的稳定以及安全，进行超声无损检测是很好的技术手段。超声无损检测对混凝土结构强度以及厚度进行必要的试验时，为了保证其结果准确、可靠必须要保证声波能够被准确识别。笔者结合多年的混凝土超声检测经验和技术，首先对超声检测混凝土强度以及厚度的进行系统的阐述，并且系统整理了可能对检测结果有所影响的一系列因素，最后针对理论基础对混凝土测定强度以及厚度的推导原理进行分析和探讨，以期为行业有所帮助。
一、超声测强、测厚的基本原理
（一）强度检测技术
超声波在混凝土中的传播参数(声速)与混凝土结构的强度之间存在一定的相关性，而通过这样的相关性就可以通过超声波检测得到混凝土强度值。超声波的传播速度越快、混凝土的弹性模量越大,那么混凝土的强度则越高。相关文献已经得到研究成果，通过数学非线性相关模型可以模拟这种相关性。当前主要使用到的相关关系式为：
指数函数方程: fccu=AeBv
幂函数方程: fccu=AvB
抛物线方程: fccu=A+Bv+Cv2
式中: v为超声波在混凝土中的传播速度;fccu为混凝土强度的换算值; A , B , C 为常数。
测试面必须要选择浇筑混凝土的模板侧面，在进行现场混凝土强度检测时,而通常一个测区面积大小为200 ×200mm。而最大间距应该控制在两米之内，对于相邻试件之间。进行试验时选择的测试面必须要保证其干燥无缺陷、清洁平整、无饰面层。被测混凝土表面在进行测试时必须保持其能够与换能器保持很好耦合,这样可以有效保证其试验中声波的损失减少。
（二）声波反射法测量厚度
超声波会在不同界面的分界处形成折射波和反射波，当其从一种固体介质入射到另一种固体介质时。反射系数越大，其声阻抗率相差也就会越大,反射信号就越强。识别出反射波的叠加起始点，从直达波和反射波混杂的接收波中,并且试验测得反射波达到的时间，通过相关计算就可以得到混凝土结构的厚度。通常计算公式为：
式中: H 为混凝土厚度, T 为反射波走时, C 为混凝土中声速, L 为两换能器间距。
二、原材料及配合比对于混凝土的影响
混凝土结构组成材料的不同和差异会对超速波检测强度和厚度有一定的影响，即使是相同材料构成的混凝土结构也会由于其配合比的不同而产生不同的声速。
a. 水泥品种影响.对于超速检测而言，水泥品种所产生的影响没有十分明显的规律性。其中能够掌握的规律可能包含：水泥的磨细度(比表面积) 越大,硅酸三钙的百分含量越高, 声波在其中的传播速度自然也就越大，而混凝土强度也会更加高。对于龄期比较早的混凝土而言，其进行混凝土结构检测时必须要考虑水泥品种所造成的影响，但是对于龄期比较大的混凝土而言则可以基本对水泥品种所造成的影响忽略不计。
b. 超声声速由于矿物细掺料所产生的影响. 目前我国混凝土发展越来越向高性能和高强度的方向发展，而为了得到高性能高强混凝土势必要适当增加一定的矿物细掺料, 这样的掺加方式目前也是很成熟的技术。掺加了矿物等的混凝土其声波曲线表面硅灰提高了超声在混凝土结构中传导的声速值。
c. 粗骨料的粒径、品种和含量对于超速检测所造成的影响.相关研究文献表明，粗骨料的品种以及含量等对于超速侧强曲线并没有造成很大的影响。
d. 砂率对于混凝土超速侧强的影响.对于不同砂率的混凝土结构而言，相关文献研究结果表明，当用单一的指标进行混凝土强度以及厚度检测时会产生百分之十左右的误差。这主要是由于当砂率控制比较合理时，则会使得混凝土结构密实性增加；与此同时，砂率的控制会改变混凝土结构中粗骨料的比重，对于强度和厚度检测虽然不会造成很大影响，但是会使得声速在其中的转播有所影响。
e. 配合比. 对于混凝土结构而言，不同的配合比会使得其超速声速在其中的传播造成很大影响。由于配合比的不同会使得混凝土强度等级差异很大，而不同配合比造成的不同强度混凝土结构则无法很好的与拟合曲线相匹配，而且施工现场的配合比与实际有所差距，因此对于实际工程中的超速测混凝土强度以及厚度会有很大影响。
三、超声测强、测厚发展趋势
对于混凝土施工质量的超声波检测技术方法一方面可以推导得到混凝土结构的厚度以及强度，并且还能够检测内部是否完整、无缺陷、均匀分布。虽然超声检测混凝土有诸多优点，但是要对混凝土结构进行单独的超声检测还需要一定的时间进行相关标准、规程的制定和完善，因此还需要继续对超声法检测混凝土强度和厚度进行深入研究和分析。
a. 超声测强和测厚在高强、高性能混凝土中应用的研究. 目前已经有研究结果表明高性能和高强混凝土也可以用超声波进行相关检测。这主要是由于对于高性能和高强混凝土的配置比较复杂，所包含的组成材料较多，因此对于超声测强必须要对高性能和高强混凝土制定单独的测强曲线。
b. 测试精度可以通过多参数的方式进行提升. 混凝土结构的组成极为复杂，因此当进行超声测强和测厚仅仅只采用一种参数时一定会给混凝土的检测造成很大误差，而采用多参数的方式在很大程度上可以提升混凝土质量的测量精度。
c. 理论指导的必要性. 由于超声波检测混凝土质量的技术手段还处于起步阶段，目前得到的很多推导公式都是在归纳统计的基础上得到的，不具有理论的支撑，因此得到的公式在实际使用中具有很大的盲目性和限制性，当前对于混凝土材料的研究越来越深入，因此已经有相关的理论数据出现，可以更好的指导超声波检测混凝土质量。
结束语
为了保证混凝土结构在检测过程中的稳定以及安全，进行超声无损检测是很好的技术手段。超声无损检测对混凝土结构强度以及厚度进行必要的试验时，为了保证其结果准确、可靠必须要保证声波能够被准确识别。当前超速检测混凝土强度和厚度的技术还有待深入研究，作为工程技术人员，必须要不断努力掌握理论知识，并且在工作中不断积累经验，为行业发展不断增加新动力，切实保证混凝土无损检测技术的健康和可持续发展。
参考文献
[1]刘志存. 混凝土路面厚度的超声波无损检测研究[J ] .宝鸡文理学院学报,2003 ,23 (2) :135 - 138.
[2]虎振宏. 利用超声波检测混凝土强度的研究[J ].平顶山师专学报, 2002, 17 (5) : 59260.
关键词：超声波检测；混凝土；强度
自从1949年西方研究人员在混凝土结构检测中首次使用超声脉冲检测技术以来，这种无损检测技术得到了广泛应用。超声波技术能够对混凝土的强度、弹性、内部缺陷等进行检测，但是，由于强度检测中的多种不确定性因素，导致了超声测强技术发展缓慢。但是，随着科技研究与理论研究的深入发展，超声测强的应用深度与广度会进一步增大。
1 混凝土中超声波特点以及超声测强的基本原理
由于混凝土独特的内部构造方式，使得超声波的传输也具有独特性质。在混凝土中，超声波的传播衰减比较大，指向性比较差。由于折射与反射作用的影响，使其在混凝土内部传输时并非直线进行。同样原理，在任何一点的声场所空间中，都存在着入射声波、反射波、折射波以及转换后的横波。因而，检测仪探头所接受的信号，也是上述声波的叠加。
超声波指的是超声仪器发射转换器，以一定的重复性频率所间断性的发出的超声脉冲。超声测强，指的是通过混凝土中超声脉冲的传播规律以及与混凝土强度之间存在的某种关系，通过对脉冲参数的具体分析，最终得出混凝土强度的检测方式。超声仪器所产生的脉冲，会进一步促使电压晶体获取高频脉冲。产生的脉冲会进一步传输到混凝土中，相应的接收转换器会接受混凝土中的信号数据，进而将超声波在混凝土中的传播距离与传播时间测量出来，进而计算出混凝土中超声波的传播速度。混凝土中声波的传播速度，能够详细的反应混凝土密实度。。简言之，混凝土越密实，其强度就越高，混凝土中声波的传输时间就越短，声速越大。混凝土越稀疏，其强度就越低，混凝土中声波传输时间就越长，声速越低。
2 混凝土超声检测的主要影响因素分析
水泥品种是影响混凝土强度的重要方式，对于早期的混凝土质量在早期并无规律性可研究。部分水泥早期的强度较高，部分后期强度较高。矿物细掺料，现阶段的混凝土主要向着高性能、高前度方向迈进，掺加矿物细料或硅灰，能够大幅度提高混凝土强度。由于硅灰的颗粒比较小，具有高度分散特性，提高了超声的声速值。粗骨料含量，石子对于超声测强的影响不显著，可忽略。但是碎石与卵石的石质相同，对声速的影响也不大。但是，粗糙的碎石能够提高骨料与水泥的粘结，比卵石的强度高很多。砂率，科学合理的砂率，能够有效提升混凝土的密实度，增强其粘聚性能。砂率变化，也会导致粗骨料含量发生变化。砂率对强度影响较小，但是，对声速影响较大。配合比，不同的配合比，其超声的声速也存在较大区别。对于材料相同的混凝土中，不同的配合比导致不同原材料的体积并不相同。例如，含粗骨料较多的混凝土，其超声传播速度就比较快。水灰比较大的混凝土，孔隙多、易蒸发，声速比较低。而水灰比较小的混凝土，空隙较小、内部比较密实。
3 在混凝土检测中超声波检测的具体应用分析
3.1 混凝土强度检测中超声回弹综合法的应用
混凝土强度是混凝土质量的非常重要的指标之一，所以说，检测混凝土强度成为了超声波检检测的重要方面。现阶段，超声回弹综合检测方式因测试精确度强等特点，在实际检测中被广泛应用。这种检测方式，是综合利用回弹法与超声法而设计出来的检测新方式。两种检测方式都是以强度、应变行为以及材料应力作为重要依据。在超声法运用该过程中，超声速度能够精确、全面的反映被测试材料的内部信息和材料属性。回弹法，一方面能够准确反映材料的弹性特点，一方面还能够有效反映材料的可塑属性。但需注意，其对材料可塑属性的反应比较浅，只能进行表面属性方面的检测，无法有效反映更深层次属性。因此，综合利用回弹法与超声法，能够综合两种方式的优点，在对混凝土内部材料、情况进行综合检测的基础上，展现混凝土表层情况。通过两种方式，综合检测混凝土内外部整体情况。这种综合性的检测方式，其结果是建立在对测强曲线综合分析基础上得来的。对检测过程中的超声声速值、抗压强度以及表面回弹值等数据进行综合统计分析，并与抗压强度、非破损检测参数之间建立测强曲线。通过f-v-r之间的曲线关系，分析混凝土强度值。在使用超声仪检测过程中，混凝土中声波的传输时延用t来表示，混凝土中的声波传输速度用v来表示，回弹值也就是混凝土表面硬度用r来表示。综合声速值v与回弹值r，计算出混凝土的f强度。在实际的强度检测过程中，会涉及多个参数，且不同参数之间会产生对比。因而大大降低了单一检测指标的影响，大幅度提升了检测结果的精确性。
3.2 超声波检测混凝土强度的内部缺陷与损伤
在实际检测过程中，除了使用超声波对混凝土强度进行检测之外，还广泛应用在混凝土内部缺陷与损伤的检测中去。随着检测方式的不断进步以及研究的深入发展，超声检测的结果更加准确。主要通过PSD判据法、CBV判据、NFP法以及概率判断方法，检测混凝土的缺陷。运用超声检测方式，对于断面的升学参数进行信号处理与超声检验。对收集的数据信息进行综合分析之后得出结论。因为测试过程中所选择的方法本身存在一定缺陷，只能在大体上估计缺陷的位置，无法对缺陷进行准确定位。也就是说，超声检测方式能够在缺陷定位与判断上得出一定结论，但是，却无法对缺陷的范围、大小、形状、分部等属性参数进行精确量化。通常情况下，在检测混凝土内部缺陷与损伤过程中，超声检测技术存在两方面不足：第一，利用超声波异常数据，能够检测其内部的缺陷与损伤情况，但是无法给出确定性的参数描述。第二，通过超声波参数值只能够大体的反应测试部位的平均状况，但是，无法对具体的缺陷进行定量分析。为了更好的解决上述问题，层析成像技术得到了广泛发展。通过层析成像技术，能够对混凝土内部进行交叉射线穿透，进一步对测区缺陷进行定性、定量的分析，得出完成的混凝土断面情况，全面、完整的对混凝土缺陷进行定量分析。这种新兴技术，能够通过特定的图像数字处理技术，全面、完成的将混凝土内部状态进行展示，更方便进行缺陷检测与损伤检测。随着我国超声仪器的广泛使用与发展，层析成像技术的的应用场所得到了大幅度拓宽。
4 结束语
综上所述，本文针对混凝土中超声波特点、超声测强的基本原理以及混凝土超声检测影响因素开始入手分析，从两个方面：混凝土强度检测中超声回弹综合法的应用，超声波检测混凝土强度的内部缺陷与损伤，详细论述了在混凝土检测中超声波检测的具体应用分析。
参考文献
[1]虎振宏.利用超声波检测混凝土强度的研究[J].平顶山师专学报，2011（15）.
[2]陈华艳.超声波检测在钢纤维混凝土中的应用[D].武汉：华中科技大学，2005（13）.
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[4]CECS 02B2005.超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程[S].2005（9）.
【关键词】超声波检测；混凝土结构；裂缝；工程质量
混凝土结构由于各种原因普遍存在裂缝。裂缝的出现会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，同时也会引起钢筋的锈蚀和混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力。因此，要对裂缝制定合理的检测方案，判定裂缝的性质，确定裂缝的危害性及制定相应的补救措施。
应用超声波检测混凝土裂缝是重要的混凝土结构无损检测方法之一。超声波检测是20 世纪60 。该方法具有操作简单、快捷准确、费用低廉等优点，在混凝土工程中得到广泛的应用。
1 超声波单面平测法检测原理和方法
1.1 超声波单面平测法检测基本原理
将电—声换能器接触在混凝土表面，由发射换能器发射的超声波被接收换能器接收，超声波在混凝土中遇到裂缝时将产生绕射、反射和衰减。根据声时、波幅等参数变化，通过回归分析，由此判别和计算裂缝深度大小。
1.2 超声波单面平测检测方法
当结构的裂缝部位有一个可测表面估计裂缝深度又不大于500 mm 时，可采用单面平测法。平测时应在裂缝的被测部位以不同的测距按跨缝和不跨缝布置测点，布置测点时应用钢筋混凝土雷达定位仪确定裂缝检测区域的钢筋位置，避开钢筋的影响进行检测，其检测步骤如下：
1）将T，R 换能器置于裂缝附近同一侧，分别测量两个换能器内边缘间距li '= 100 mm， 150 mm， 200 mm， 250 mm……的声时值ti。由于超声波的实际传输距离要大于两个换能器内边缘间距，并且很难直接确定，为了求取的超声波传播声速值误差最小，应采用最小二乘方法来做线性回归，以便确定较为精确的超声波实际传输li距离以及不跨缝时混凝土中的超声波传播声速值，见图1。线性回归方程如下：
li = vti + a （1）
其中，v 为回归系数，即为不跨缝时混凝土中的声速值，km/s； a为回归常数。
2）将T，R 换能器置于以裂缝为轴线的对称两侧（ 见图2） 。两换能器中心连线垂直于裂缝走向，以li ' = 100 mm，150 mm，200 mm， 250 mm， 300 mm 分别读取声时值，同时观察首波相位的变化。
3）各测点裂缝深度计算值按式（2）计算。
（2）
测试部位裂缝深度的平均值按式（ 3） 计算。
其中，hci为裂缝深度； l 为超声测距； ti为不跨缝测量的混凝土声时； 为跨缝测量的混凝土声时； v 为不跨缝测量的混凝土声速。
1.3 裂缝深度的确定方法
1）三点平均值法： 在跨缝测试发现首波反相时，用该测距与其两个相邻测距的声时测量值分别计算hci，取三点hci的平均值作为该裂缝的深度hc。
2）平均值加剔除法：当跨缝测量难以发现首波反相时，可先求出各测距计算深度（hci）的平均值（mhc）。再将各测距li '与mhc相比较，若测距li '＜mhc和li '＞3mhc，则剔除hci，取余下hci的平均值作为该裂缝深度hc。
2 超声波检测的主要声学参数
超声波在混凝土中的传播速度不仅与混凝土的弹性性质有关， 还与其内部结构和组成成分关系密切。混凝土超声检测目前主要是采用“穿透法”，即用一发射换能器重复发射超声脉冲波，让超声波在所检测的混凝土中传播，然后由接收换能器接收，被接收到的超声波转化为电信号后经过超声仪放大显示于屏幕上，用超声仪测量接收到的超声波信号的声学参数。目前，在混凝土检测中常用的声学参数有声速（波速）、振幅、频率以及波形。
3 超声波检测混凝土裂缝的常用方法
对混凝土浅裂缝深度50 cm 法（如图3 所示）。BS-4408 法是以二换能器的边到边计算，tc－t0法是以二换能器的中到中计算。
4 结语
在制作混凝土时，由于振捣不均匀会大大降低混凝土的强度，从而引起工程的隐患。初步的研究结果表明，用超声波对混凝土材料进行无损检测是一种非常有潜力的检测手段，有良好的发展空间。可以利用超声波法来检测混凝土试块在振捣后是否均匀，这样便保证了混凝土的质量， 弥补了制作过程中的漏洞，加强了结构工程的可靠性，避免出现质量缺陷。由于混凝土的组成成分非常复杂，在成型过程中受到多种因素的影响，所以对超声波在混凝土中的传播理论还需深入研究，以使超声波检测混凝土缺陷的技术得到完善。
参考文献：
[1]张可佳.对混凝土桩基础超声波检测方法的讨论[J].能源与节能，2011（11）：
[2]武剑.混凝土无损检测方法述评[J].河北水利，2010（4）：36-37.
关键词：沥青混凝土；摊铺机；非接触；平衡梁
一、引言
随着我国经济的不断发展、人民生活水平的提高，对于高速公路等基础性建设事业的标准越来高。沥青路面施工不断提高各项技术指标，目前江苏相关规范要求压实度不小于98%（马歇尔密度），沥青路面上面层平整度的均方差不大于0.8mm[1]。路面平整度是高级公路质量评价的重要指标，传统的接触式平衡梁有着无法克服的缺陷和不足。为了全面提高路面平整度，非接触式超声波平衡梁技术得到广泛应用。
二、超声波测距系统
1.超声波测距原理
超声波测距原理是通过超声波发射器向某一方向发射超声波，在发射时刻的同时开始计时，超声波在空气中传播时碰到障碍物就立即返回来，超声波接收器收到反射波就立即停止计时。
2.超声波传感器
超声波传感器是实现声、电转换的装置，又称超声波探头或超声波换能器。这种装置能发射超声波和接收超声波，并转换成相应的电信号[2]。超声波传感器主要以超声波作为检测手段，产生超声波和接受超声波，它有发送器和接收器，一个超声波传感器也可具有双重作用。超声波传感器是利用压电效应的原理将电能和超声波相互转化，即在发射超声波的时候，将电能转换，发射超声波；而在收到回波的时候，则将超声振动转换成电信号。
三、非接触式超声波平衡梁的优点
超声波平衡梁系统采用了数字式控制器，多个超声波传感器与控制器之间都以纯数字形式传送信号，信号传输方便、迅速、可靠，抗干扰能力强，使调平系统的综合性能得以大大提高。利用超声对目标进行检测有其独特的优点：超声波在传播时，方向性强，能量易于集中，几乎沿直线传播；超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离；超声波对色彩、光照度不敏感，对外界光线和电磁干扰不敏感，可以用于黑暗、有烟雾或灰尘、电磁干扰强等恶劣的环境中；超声波传感器结构简单，体积小，费用低，信息处理简单可靠，易于小型化和集成化。正因为超声波有着这些独特的优点，能够利用在摊铺机的自动找平系统中。
四、非接触式超声波平衡梁在实际工作中的应用
1.本文以SMC-8428长靴超声波平衡梁为例，来说明其研究与应用情况，安装示意图如下图所示：
2.工作原理
（1）非接触式超声波平衡梁是一种基于超声波测距原理进行工作的移动找平基准，检测超声主要是利用超声的信息载体作用，每个超声波探头分别测试探头到路面之间的距离，并上传控制盒，控制盒按预定算法处理这些数据，得到各个超声波探头到路面之间的平均距离。在传播过程中，测出超声脉冲从发射到接收经历的时间，如果确定传播介质的声速，就能计算出工作原理从探头到目标之间的距离，测距公式如下：
如图所示：其中L代表探头到地面的距离m；C代表声波在介质中的传播速度m/s；t代表声时s。
（2）SMC-8428长靴超声波平衡梁传感器精选了6个性能品质极高的进口大功率超声波探头同时测距，检测分辨率高，检测范围大，测量精度高。每个超声波探头分别测试探头到路面之间的距离，并上传控制盒，控制盒按预定算法处理这些数在操作工作前先利用超声波测距原理先设定1个基准面：在摊铺机每侧均朝下布置3个超声波传感器总成，每个总成含有6个探头，布置在左右两侧平衡梁，；首先探头发出声脉冲，声脉冲到达地面以后再以声速返回发射器，随后以地面为基准持续不断地测出地面与5个探头之间的距离，最后一步经过选择处理后对这些距离取平均值。5个独立探头同时工作，但是，只有 3 个接近实际检测值的测量值才会采用， 求得平均值，多探头超声波传感器工作示意图如下：
（3）在施工过程中，当摊铺机工作在不平坦的路面上的时候，与机架连接的牵引点也随着上下起伏变化。因此，摊铺机每一侧非接触式平衡梁上3个超声波传感器的平均高度和角度与工作前的设定值之间将会产生偏差。偏差信号经过DSP控制器综合处理以后，该系统通过控制电磁换向阀的油路流向来控制油缸活塞的上升和下降，通过改变高速开关阀的通断时间来控制油缸活塞的运动幅度，实现熨平板对路面波动的自动补偿，消除误差，以确保路面对平整度和厚度的要求。长靴超声波平衡梁及其平均功能，可作用于较长且不规则路面，如路面的坑凹部分将会被补偿，但单个传感器却无法达到这一效果。超声波滑靴组合可剔除较小的不规则值，较大的不规则值将会被 9 个检测值平均掉，这样使得数据更加精准。
3.影响测量精度的原因
超声波测距的精度受环境温度、发射角辐射范围和障碍物表面特性等因素的影响，例如在道路施工中，温度、风力、烟气等因素；其次超声波探头的数量越多，系统的找平精度越高；同时测量精度还与超声波的幅值、反射面的质地、反射与入射超声波之间的夹角有关。
对于受环境温度影响我们可以利用温度补偿和在探头下安装参考杆的方法来解决；对于发射角辐射范围可以通过软件的方法加以解决，在虚假反射波到来之前这段时间内禁止接收中断的发生，就可以避开虚假反射波带来的干扰。
五、结语
综上所述，本文针对传统接触式平衡梁技术的缺陷与不足，详细论述了现阶段应用比较广泛的非接触式平衡梁的工作原理与及系统构成、特点，能够为技术人员的全面提高施工质量，起到参考作用。
参考文献：
超声波检测是不破坏原岩土的受力结构，应用相关的检测设备对锚杆进行检测。在检测时，对杆端进行外力震击，从而引起杆端的剧烈振动，并产生沿锚杆向杆底传播的应力波。如果应力波的波形、波速、波峰值保持不变，在锚杆中均匀传播，则表明锚杆的完整性比较好。如果应力波的波形、波速、波峰值发生变化，则表明沿锚杆长度方向上存在缺陷。由于超声波检测对锚杆不产生破坏，所以特别适用于重要岩土工程大面积检测工程。
2锚固锚杆应力波超声波检测工作流程
在进行锚杆超声波检测数据分析之前，首先要调查清楚围岩土地的基本地质状况，然后再标定锚杆杆头应力波速度，利用检测装置采集反射波反射回来的数据，通过一系列的分析整理获取岩土中锚杆的长度、锚杆的完整程度等基本信息。因此，超声波检测技术基于应力波检测的工作流程大致为：收集围岩地质基本资料，标定应力波速大小，利用检测仪器进行数据动态采集，拉拔抽检试验、时域波形分析、频谱分析以及时频频谱分析等，最后准确获取锚杆的长度和完整度。
3锚杆超声波检测技术基本原理
当锚杆杆端受到外力震击后，就会引起杆端的剧烈振动，并产生应力波沿锚杆向杆底处传播。如果锚杆质量完好，则锚杆为应力波提供了一个均匀传播的介质，此时应力波的波形、波速、波峰值均保持不变。如果存在缺陷，则应力波就会在不均匀的材料中传播，在有缺陷部位应力波将发生突变，从而使得应力波的波形、波速、波峰值发生变化，会发生透射波、反射波或者散射波等现象。实际检测工程中发现，由于透射波在受到锚杆内非均匀介质的作用下，仪器很难准确测量其具体值；可以通过对反射波的分析获得锚杆的质量水平，当应力波反射传播到锚杆杆顶时，由原先装置在锚杆杆顶处加速度或速度计应力波传感器采集测得。由于反射波的数据信息代表着锚杆质量的相关信息。因此，对反射波携带的数据进行信息分析后，就可以得出锚杆质量的完整程度，从而可以获取锚杆的综合安全性能指标。
4超声波检测中锚杆锚固失效分析
4.1锚杆杆体钢筋拉断
钢筋是围岩锚杆中的主要受力体，主要提供拉力，同时由于锚杆底端的丝扣部位，经常性出现几个应力共同作用，使其该处发生应力集中。当应力增大到一定程度时，则会使锚杆中的钢筋拉断。为了解决钢筋被拉断，实际工程中常对钢筋进行热处理，从而提高钢筋的韧性，防止钢筋拉断现象的发生。
4.2托板失效
由岩土工程可知，在实际工程中常发生锚杆托板失效现象，为了解决托板失效，实际工程施工时通常选用增大锚杆托板的厚度，或采用高强度钢材等提高锚杆托板的耐压性能，从而提高锚固结构整体的性能。
4.3局部薄弱点破坏，致使锚空失效
大量岩土工程实践表明，由于岩土围岩局部薄弱部位发生破坏引起锚杆出现锚空失效现象。当采用锚固锚杆技术进行岩土工程加固支护时，由于在围岩中薄弱点处荷载产生的应力分布不均匀，就会在围岩的薄弱环节处出现局部破坏现象，导致锚杆的切向锚固力瞬间减小甚至消失，锚杆的径向锚固力也随之减小，锚固结构支护性能降低，发生锚杆锚空失效现象。
5结语
关键词：无损检测，超声波，钢轨探伤
一 引言
我们在选购西瓜的时候会用手拍打西瓜外皮，听其发出的声响以及凭拍打的手感，大致判断西瓜的生熟，这可谓最早的“无损检测”的手段了。现如今，超声波探伤作为无损检测中的明星，是钢轨上线运营后内部质量监测的唯一手段。随着广州地铁开通里程的不断增长，运输密度不断的提高，对钢轨使用状态的要求也是极端的严格。要监控这不断发展的轨道交通线路钢轨内部质量，就得不断提高改进钢轨探伤技术，开发应用先进探伤设备。介于超声波探伤的优越性，我们有必要对其原理及具体工作内容进行了解。
二 超声波探伤的基本原理及探伤仪器的构造
2.1超声波探伤的基本原理
能引起人听觉反应的声波频率范围是20Hz到20kHz，频率低于20Hz的称为次声波，高于20kHz的称为超声波。声波是机械波，波的频率越高，传播的直线性越好。超声波易于在固体中传播，遇到两种不同介质形成的界面时遵循反射原理直线反射回来。
探伤仪用配备的探头与工件良好的接触，向工件内部发射超声波，并接收声波遇到工件界面或缺陷反射回来的回波，回波被转换成电信号，在仪器显示屏上以图像显示出来，根据超声波在介质中的传播速度和探头发射到接收这一段时间，可以定位出缺陷的位置。工件的缺陷越大，其反射回来的声波能量也越大，通过图像的回波情况可以知道缺陷的大小。
探头表面使用了一类特殊的晶体，该晶体在交变拉压应力作用下，其表面会产生交变电压。这种效应被称为压电效应。能产生压电效应的晶体就叫压电晶体。反过来，压电晶体材料受到交变电压的作用时产生交变应变的现象则称为逆压电效应。
2.2探伤仪探头结构
探头与工件接触的一面装有压电晶片，探伤仪内的高频电脉冲发射电路通过探头向晶片发出高频脉冲电压，与工件接触的晶片向工件发射相同频率的超声波；探头接收到超声波时，压电晶片发生正压电效应，探头产生相同频率的脉冲电压，电压经过放大等处理，即可在显示屏显示出反射波形图。
常用的探头有直探头和斜探头。直探头也称为0°探头，即其发射的声波与工件接触面的垂线成0°角，发射与接收均由同一探头完成，主要用于检测与探测面平行的缺陷，如钢轨水平、纵向和斜裂纹等。
斜探头有纵波斜探头、横波斜探头和表面波斜探头等，最常用的是横波斜探头。斜探头发射的声波与工件接触面垂线成一定角度（45°、68.2°、37°和70°等），主要用于探测与探测面垂直或成一定角度的缺陷，如各表面裂纹、核伤、焊接缺陷等。
三 探伤仪的显示说明及校准
3.1探伤仪的显示说明
超声波探测显示的方式有多种，常用的有A型显示和B型显示。A型显示用一根时基线表示某处的回波对应的声波深度（即工件深度），波形的高度表示了回波的强度。B型显示可以同时观测多个通道的回波，并在纵向上直观显示了回波的位置。
缺陷处在同一深度（一般指声波传播的声程）情况下，面积越大反射的回波强度越高。缺陷大小相同，但处在不同的深度，此时在显示屏上该缺陷的回波高度也有可能是一样的，只是显示的时基线位置不同。
在检测的时候探测到了缺陷回波，结果要以量计的情况下，必须使用已经精确校准过的仪器进行探伤，比如使用CTS-9008HT数字探伤仪对无缝线路焊接接头进行年检探伤。
3.3探头的校准及DAC曲线含义
校准探伤仪需要用到标准试块，试块上有若干个大小一致的人工制造的孔洞，作为已知缺陷。用已校准前沿、零点并已知K值（即探头的发射角度）的探头，从试块表面到底面依次探测所有孔洞，并记录下每个孔洞回波的峰值，然后用一条平滑曲线把各峰值点连起来，就形成了DAC曲线。
波形中最高的三个峰值点对应了试块中三个不同深度的人工缺陷，缺陷所处深度越深，其反射波的强度也越弱。假定标准试块的人工缺陷为轻伤标准，则实践中如果探测到工件有缺陷回波，其波峰低于标定好的虚线，则缺陷未达到轻伤标准，反之则达到或超过轻伤标准。具体程度可根本回波的高度判定，其位置也可以在时基线上确定。
焊接接头是无缝线路钢轨薄弱之处，需特别对其进行精确定量的探伤检测。接头检查周期为一年，具体工作内容为CTS-9008HT数字探伤仪依次对每个焊接接头处钢轨轨头、轨腰及轨底进行全面的探测，排除焊接接头任何可能存在的缺陷。
四 超声波探伤的优点和局限
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1，穿透能力强。超声波在固体中传播时能量损失小，由其是在钢材中传播时，探测深度可达数米，能轻易胜任钢轨探伤的作业；
2，灵敏度高。超声波探伤能引起声波反应的缺陷大小一般约为声波波长的1/2，直径约十分之几毫米的缺陷就会出现反射回波，高灵敏度恰恰是钢轨探伤首要的要求；
3，检测速度快，效率高。超声波探伤能即时得出检测结果，若现场作业探测到伤损马上就能作出应对措施，组织抢险。检测的结果能存档、导出备案，便于核实复查；
4，设备轻便，操作简单，成本低。探伤小车和探仪器均可以一人操作便能完成探测任务，电池可连续使用数个工作日，用水作为耦合剂即可保证探测结果的可靠性。
上述超声波探伤的优越性决定了超声波探伤是在役钢轨探伤不二的选择，但即使如此，超声波钢轨探伤也有很明显的局限性。
超声波探伤对探测表面要求较高。超声波从探头发射出来，透过保护膜传到工件表面，中间有一层空气膜，极大的影响了声波的传播，所以超声探伤都需要在探测工件表面填充耦合介质，使得声波能正常透入被检工件，液体的流动性也能一定程度上填充被检表面的坑洼，减少探头保护膜的磨耗。但也正由于液体的流动性，使得探头与被检表面间的液态耦合介质要时时更新，因而连续推行的探伤小车使用导水管对探头前方钢轨连续洒水，而需要精确往复检测的焊接接头检测则使用黏度高的油作用耦合剂。
实践证明，使用液态耦合剂能很大程度上保证探测结果的可靠性，但是针对轨道交通在役钢轨探伤的情况，则存在一些不可避免的意外。比如钢轨表面不洁净，有锈蚀，或粘有水泥块，有磨耗等，引起探头推进时的震动，则很有可能出现杂波或者不真实的回波，目前除了及时判别重新探测之外，并无有效的手段能解决这一问题。
除此之外，超声波探伤无法对道岔辙岔心进行探测。道岔辙岔心是高锰钢整铸的，其晶粒较大，直径超过超声波波长，所以超声波不能对辙岔心探伤。目前综合工班对辙岔心的主要检测手段依然是原始的手工探伤，包括目测，锤敲，检查道岔的外观，有无透锈，有无变形等等。
总结
超声波钢轨探伤是一门重视理论与实践的学科。超声波钢轨探伤仪的运用，是钢轨探伤历史上一大飞跃的进步，也是必然的结果。作为“钢轨内科医生”、从事钢轨探伤工作的工作人员必须抱着强烈的求知欲，学习钢轨探伤知识，熟知探伤相关校准规范，牢固树立保安全、高质量的理念，不断积累探伤实践经验，善于总结，在超声波钢轨探伤中探出更广阔的一片天地。
参考文献：
[1]胡金萍，任建平.超声波在钢轨探伤中的应用.2006.3
[2]王铁楠，刘杰.超声波探伤仪在高速钢轨检测中的应用
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