超声波测量通常有三种方法：直接传递法、半直接传递法和表面传递法。通常采用的是直接传递法，用来测出超声波在混凝土中传递的速度，但这样测出的速度有两个误差来源，平行于脉冲方向设置的钢筋会使速度估计得过高，因为钢中的声速（5500m/s）大于混凝土中的声速（3500～5000m/s）。相反地，在脉冲路径中如果有空洞，脉冲的视速度就会降低，这种现象可以用来检测水工建筑物混凝土内部缺陷，如蜂窝、空洞、架空、夹泥层、低强区等。超声波适用于能进行穿透测量以及经钻孔或预埋管可进行穿透测量的建筑物和构件。
图1-11 倾斜裂缝测量法
1.仪器设备
（1）非金属超声检测仪。
（2）各种声波频率的平面换能器。当测距小于1m时，宜采用50～100kHz换能器；当测距大于2m时，宜采用50kHz以下的换能器。在穿透能力允许情况下，宜用高频率的换能器；孔中测量应采用径向换能器。
（3）长度测量工具，如钢卷尺等。
2.检测步骤
（1）超声波仪器零读数校正。当采用平面换能器测量时，仪器零读数t0的定义及校正见超声波检测混凝土裂缝深度的方法。
对于在钻孔中或预埋声测管中以径向换能器进行检测的场合，仪器零读数t0定义为：孔间混凝土介质厚度为零时仪器的声时读数。可采用以下方法标定计算。
将发、收径向换能器表面相互紧贴，置于水中，读取此时的接收波首波声时t1（μs）。则仪器（包括换能器）的零读数t0（μs）可按式（1-21）、式（1-22）计算。
在钻孔中测量时：
式中 d1——钻孔直径，m；
d2——径向换能器外直径，m；
vw——水的声速，取1480m/s。
在预埋管中测量时：
式中 d1——预埋管内直径，m；
d2——径向换能器外直径，m；
α——预埋管管壁厚度，m；
vs——预埋管材料声速，若用钢管，取vs=5900m/s。
带有零读数调节的仪器，在标定换能器零读数中及以后使用中，调零旋钮应固定在同一位置，不得变更。
（2）测点布置。
1）对于一般结构，如梁、柱、墩、墙等，在其相对的两面对称地画出方格网，方格网交点即为测点。方格网的间距视结构物尺寸和要求的测量精度而定，一般为0.2～1.0m。
2）对于钻孔或埋管法测量，则从孔口开始向下逐点对测。测点间距通常为0.2～0.5m。在测得缺陷附近，测点还应加密。
3）一个构件或一个统计总体，测点数不得少于30。
（3）测点处理。测点处表面应打磨平整，然后涂上耦合剂（黄油或浆糊）。表面凹凸严重难以整平的测点可涂抹石膏或砂浆，硬化后待用。
钻孔或预埋管中充满淡水作耦合介质，应注意不能使水浑浊。
（4）测距测量。相对二测点的间距称为测距，应以不大于±1%的误差准确测量。
钻孔或预埋管测量中的测距指的是二孔间混凝土的净距离。要求每对测孔相互平行，在孔口处准确丈量测距。如果不能保证钻孔或预埋管相互平行而导致孔间距离误差大于±1%时，应对各测点测距进行适当修正。
（5）声学参数测量。调整仪器状态（发射电压、增益、衰减等），使适合于该测量场合，逐点测量各测点全部或部分声学参数。
1）声传播时间（声时t）及声传播速度（声速v）。以不低于1%的精度测读各测点首波声时读数t'i，则声时ti按式（1-23）计算：
式中 t0——该场合下的仪器零读数。
根据各测点声时按式（1-24）计算各测点声速：
式中 li——测点测距，m。
2）接收信号首波振幅（振幅A）。首波振幅指的是接收波第一个波前半周波波谷（或波峰）的幅度Ai（图1-12）。测试方法与超声波检测混凝土裂缝深度（对、斜测法）中的测试方法相同。
图1-12 接收波形
在进行各测点振幅测量过程中，仪器的发射电压、放大器增益均不得变化，各测点的声耦合应良好，并尽量保持一致。
3）接收信号频率（频率fi）。接收信号频率是指接收波第一个周波的主频率，可采用下述两种方法之一进行测量。①频谱法：凡具有快速频谱分析功能的超声仪，可将采集的一串接收波中的前一个周波，即图1-12中的a～b段波，以不低于2kHz的分辨力进行频谱（振幅谱）分析，把分析结果中的主频率（幅度最大者）作为频率值fi；②周期法：移动仪器时间游标（标刻），先对准波谷a，读取相应声时ta，再移动游标对准波谷b，读取相应声时tb，则频率fi用式（1-25）计算：
4）接收波波形（波形）。观察各测点波形，注意前一个周波是否有畸变。必要时可采集打印或拍摄照片或描绘该波形。
（6）两个方向对测和斜交叉测。当在一个方向进行两面对测后，发现某些测点声学参数明显偏低，这时首先应复测，确定无疑后，再在可疑点附近加密测点测量。当证实这些部位有可能内部有缺陷时，如果建筑物条件允许，可采用两个方向对测或斜测的方法以确定缺陷的纵深位置。
1）两个方向对测。对于柱、墩一类构件，如图1-13所示。
当在Ⅰ～Ⅰ'方向对测，发现3～3'测线测值异常，则可再在Ⅱ～Ⅱ'方向逐点对测，如果在Ⅱ～Ⅱ'方向，b～b'测线测值异常，则缺陷出现在3～3'测线与b～b'测线交点处可能性最大。(www.xing528.com)
2）斜交叉测量。对于墙体一类结构，或在钻孔、预埋管中测量时，如图1-14所示，当对测发现a～b测线异常，可将发、收换能器彼此错开一定高度（0.2～2.0m），在a～b测线所在的垂直面内进行斜交叉测量。各斜测线彼此等长度、等斜度。比较各斜线测值，可以确定缺陷的纵深位置及范围。
图1-13 两个方向对测示意
图1-14 斜交叉测量
检测灌注桩时，可用斜测法判断是否“夹泥层”或“缩颈”。
如图1-15所示，当a～b测线测值明显低下，斜测线中除1～1'、2～2'、9～9'、10～10'正常外，其余斜测线均异常，a～b处多为夹泥层。
如图1-16所示，当a～b测线测值明显低下，3～3'、4～4'、7～7'、8～8'测值也异常，但其余测线正常，a、b处多为缩颈。
必要时可作双向斜测，相互印证。
3.检测结果处理
（1）概率法进行判断。由于混凝土系非均质体，内部各处质量有正常的波动与离散，因此，各测点处的测值也必然波动与离散。应当从这些正常的波动与离散中分辨出那些非正常的测值。为此，采用概率法进行判断。其步骤如下。
1）统计总体。以单个构件或同条件、同龄期、一次浇注的结构一部分作为一判断总体。
统计总体的测点数不得少于30。
2）测值的取舍及统计计算。将判断总体各测点测值（波速、振幅或频率）按大小次序排列，即：X1＞X2＞X3＞…＞Xn-2＞Xn-1＞Xn＞Xn+1＞Xn+2…。
图1-15 灌注桩中的夹泥层
图1-16 灌注桩中的夹缩颈
将排在后面且明显小的某些测值（例如Xn+1、Xn+2、…）视为可疑值予以舍弃，把Xn及其以上各值参加统计，计算这些值的平均值mx及标准差Sx：
式中 Xi——某点测值；
n——参加统计的测点数。
3）计算单点临界值XL1。
式中 K1——单点异常值判定系数，其值根据所有测点总数n查表1-6。
4）单个异常值的判断。把XL1与测值序列中各值相比较，情况如下：
若Xn+1≤XL1，Xn＞XL1，则判Xn+1及其以下各测值为异常值，计算结束。
若Xn≤XL1，Xn-1＞XL1，则把Xn也舍弃，以其余各测值参加统计，按式（1-26）、式（1-27）、式（1-28）重新计算m'x、Sx及X'L1，并重新判断：若Xn≤X'L1，Xn-1＞X'L1，则判Xn及其以下各测值为异常值，计算结束；若Xn-1≤XL1，则再舍弃Xn-1，重新计算与判断，直至舍弃某值而其上一值大于X'L1为止，并判该值及其以下各值为异常值。
有条件时，也可采用以下方法舍弃数据：先从最小测值逐个舍弃，每舍弃一个值，即对剩下的数据作正态检验，直至所余数据符合正态分布，再按2）、3）、4）所述方法进行计算和判断。5）相邻异常值的判断。当按上述方法进行单个测值异常值判断结束后，宜再进行相邻两测点值的判断。首先计算相邻点临界值XL2：
式中 mx、Sx——单点判断中最后一次统计计算的平均值与标准差；
K2——相邻点异常值判定系数，其值根据所有测点总数n，查表1-6（分一般结构与孔中测量两种情况）。
表1-6 异常值判定系数表
注 n为测点总数；本表取自DL/T5150—2001《水工混凝土试验规程》。
若结构或构件中任何相邻的两测点值均同时小于或等于XL2，则可判该相邻两测点测值均为异常值。
用以统计判断的测值可以是声速，也可以是振幅或频率，都可按以上方法获得判断结果。考虑到振幅及频率值测试误差较大，在最后确定某测点是否属异常值时，宜以声速的判断结果为主，以振幅或频率的判断结果为辅，并参考波形的观察结果综合确定。当所测结构缺陷范围较大，难以保证有足够数量的正常测点来统计平均值和标准差时，可另在同类型的其它正常结构上测量30个以上测点，进行平均值与标准差的统计，再来对该结构进行计算判断。
（2）异常点位置图。按比例绘制构件侧面轮廓图，将实测的各测点参数值点绘在图上。以阴影线勾画出异常点的位置及范围。若是孔中测量，则绘制出沿孔深变化的测值变化图，并标出XL1、XL2两条临界值线。
（3）缺陷的判定。经上述方法确定的异常值，表明该测点内部混凝土情况异常。最后应结合结构施工过程的实际情况、施工记录、异常点所处部位判定缺陷的类型、范围及严重程度。
图1-17缺陷尺寸及位置
（4）缺陷尺寸的估计。当缺陷形状近于圆球或圆柱体，且缺陷类型为空洞或虽不是空洞，但缺陷介质的声速仅为该结构混凝土声速的0.7倍以下时，可按以下方法估算缺陷的半径r。
设半径为r的圆形缺陷的中心位于测距为l的结构物一侧，距该侧面距离为l1如图1-17所示。声波在缺陷附近正常混凝土处的声时为tn，在缺陷中心处的声时（声波绕缺陷传播）为tf。
根据X、Y值查表1-7可得Z值。则缺陷半径r=lZ。
表1-7 缺陷尺寸估算表
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