D.1 方法原理
D.1.1 冲击回波法的原理是在结构或构件表面利用人工冲击激发瞬态冲击弹性波并接收其直达、反射、折射、透射等回波信号，通过分析其波速、波形和主频频率等参数的变化情况，判断所测结构、构件的厚度和缺陷的方法。 D.1.2 冲击回波法亦称冲击弹性波法，属于弹性波法的一种。主要在结构和构件的单一表面进行观测，根据装置原理不同分为直达波法、反射波法和面波法等观测方法，根据冲击方式的不同分为单点式、扫描式等观测方式。
D.2 适用范围及应用条件
D.2.1 适用范围
适用于检测隧道围岩支护构件、模筑和喷射混凝土结构和构件等方面内容，主要包括：锚杆的杆体长度和锚固密实度、模筑混凝土表面的裂缝深度、脱空，模筑和喷射混凝土结构和构件的厚度、内部、结合面和背部（下部）的不密实、空洞、脱空、注浆效果等检测项目。 D.2.2 应用条件
如下：
a)测试面应清洁、平整、干燥，并应避开蜂窝麻面部位，不应有施工缝、饰面层、浮浆、油垢等，
必要时可将激发点和接收点用砂轮磨平或用高强度的快凝砂浆抹平，抹平砂浆必须与混凝土粘结良好；
b)冲击点位置与传感器的间距应小于预估厚度或缺陷深度的0.4倍，测点或测区中的测线距所检
测结构或构件边缘宜不小于其厚度的0.3倍；
c)反射波法观测时，被测部位应具有使冲击弹性波垂直或斜穿反射面的测试条件；
d)检测时，周边环境不应有机械振动和高振幅电噪声干扰源存在。
D.3 仪器设备
D.3.1 冲击回波仪器系统主要包括：冲击器（锤）、接收传感器、数据采集系统、数据处理和分析系统、游标卡尺、钢卷尺等。
D.3.2 冲击回波仪器系统的主要性能指标应符合下列规定：
a)观测方式可根据要求选择单点式、扫描式，扫描式冲击器的移动速率可控制；
b)冲击器（锤）的规格应根据检测深度或厚度选择并可更换；
c)传感器采用接收表面垂直位移响应的宽带换能器，并具有接收微弱反射信号的高灵敏度；
d)数据采集系统主要性能指标应符合下列规定：
1)具备触发、信号放大、显示功能和现场数据处理，且增益可调节；
2)频率带宽不窄于100Hz～500kHz，具有实时滤波功能；
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3)系统增益不低于128db；
4)A/D转换不低于16位；
5)最小采样间隔不大于1μs；
6)记录点数不少于1024点；
7)信号叠加次数可选择或自动叠加；
e)数据处理和分析系统应具备时间域窗口选择、数字滤波、时域分析、频域分析等功能，宜具有
三维图形处理和分析功能。
塞林格九故事D.4 现场检测
D.4.1 采用直达波法、反射波法观测的测线和测点布置，应符合下列规定：
a)直达波法、反射波法观测适用于检测混凝土结构和构件厚度（长度）、内部缺陷、表面及结合
面脱空；
b)对锚杆的杆体长度和锚固密实度检测时，测点布置可参照9.2.4执行；
c)测线位置宜避开地形及其它干扰的影响，且应位于沟槽或表面裂缝的同侧，测线长度应保证异
常的完整和具有足够的异常背景；
d)检测范围内有已知点时，测线应通过或靠近该已知点布设，或与其他方法测线重合布设；
e)测线的位置和测网的疏密应考虑预估缺陷的位置、大小、各种预埋件的设置等因素；
f)对于尺寸较小的结构构件，不宜少于3个测区；对于尺寸较大的构件，可按高程、桩号将构件
的某个区域作为一个测区，不宜少于6个测区，且测区应具有代表性，应覆盖怀疑存在内部缺陷区域；
g)每一测区测点布置可为网格状方式，一般布置不少于10个测点，测点间距不大于0.5m；
h)对隧道的模筑和喷射混凝土衬砌检测时，测线和测点布置可参照B.4.2执行，测点间距一般不
大于0.5m；
i)在异常和缺陷处还应适当加密测线。
D.4.2 采用面波法观测的测线和测点布置，应符合下列规定：
a)面波法观测适用于检测形状规则、测试面较大的混凝土结构和构件内部的深层裂缝；
b)观测装置采用“一发双收”测试方式，接收点应跨缝等距离布置，冲击点与一接收点应置于裂
缝同侧，各点应处在同一测线上；
c)冲击点与接收点间距、接收点与裂缝间距应大于激发的面波波长λ，可取1～2倍λ。
D.4.3 检测操作应符合下列规定：
a)换能器宜通过耦合剂与混凝土保持紧密结合，耦合层不得夹杂泥砂或空气；
b)通过现场试验选择最佳的观测方式、观测方法、冲击点与接收传感器的距离以及冲击弹性波的
频率和相应冲击器（锤）的规格等，正确设置仪器工作参数；
c)检测时应及时观察采集到的时域曲线波形的变动情况，接收的波形应全面完整，波幅大小应适
宜，不应有削峰现象；
d)检测时应及时对采集到的数据进行快速傅里叶变换（FFT），当所得振幅谱图无明显峰值时，
应查明原因或改变冲击器（锤）的规格重复测试；
e)每一测点应观测不少于2次，结果相同则保存有效波形，然后再进行下一点测试，否则应查明
原因后复测。
D.5 数据处理
D.5.1 结构和构件混凝土的表观波速确定：
a)在结构和构件厚度未知的情况下，用下列方法对表观波速进行标定：
1)按图D.1示意装置将冲击回波的两个接收传感器置于结构或构件表面，在两传感器连线的外侧激发冲击弹性波；
图D.1 表观速度测试示意图
2)在同一时间坐标上显示两个相应的时域波形，分别读取第一个和第二个传感器直达波的初
至时间值1t (s)和2t (s) ，则混凝土的表观波速可按式（D.1）计算得出；
21P L
V t t =−.....................................(D.1)
式中：
P V ——混凝土的表观速度（m/s）；
L ——两个传感器之间的距离（m）。
3)混凝土的表观波速测试不宜少于3次，每次表观波速与平均值的差不超过平均值的5%，
取多次测试的表观波速平均值作为待测结构和构件的混凝土表观波速值。
b)在结构和构件厚度已知的情况下，用下列方法对表观波速进行标定：
1)获取待测结构和构件的实际厚度值H；
2)用单个接收传感器置于结构或构件表面，在传感器侧面激发冲击弹性波；
3)检查数据采集系统获取的波形并进行快速傅里叶变换（FFT）分析，当出现厚度值H 对应
的一个有效波形的频谱图只有单一峰值频率时，读取该峰值频率f，则混凝土的表观波速可按式（D.2）计算；
2P V Hf =......................................(D.2)
式中：
P V ——混凝土的表观速度（m/s）；
H ——混凝土结构和构件的实际厚度（m）；
f ——频谱图中混凝土结构和构件厚度对应的峰值频率（Hz）。
D.5.2 反射波法观测应以频域分析为主，数据处理包括以下内容：
a)
对信号作快速傅里叶变换（FFT）分析，给出频谱图中厚度、内部缺陷等界面的振幅峰值所对应的频率值；b)混凝土结构和构件的厚度、内部缺陷深度值按式（D.3）计算得出。
2P V H Hc f
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β=或....................................(D.3) 式中：
H ——混凝土结构和构件的厚度（m）；
Hc ——混凝土结构和构件的内部缺陷深度（m）；
P V ——混凝土的表观速度（m/s）；
f ——频谱图中厚度、内部缺陷等界面对应的峰值频率（Hz）；
β——混凝土结构和构件截面的几何形状系数，可取0.96或通过现场试验确定。
D.5.3 反射波法观测宜以时域分析为辅，数据处理包括以下内容：
a)当厚度或缺陷深度大于20 cm 且倾斜较小时，对近冲击器（锤）通道可作零偏移距分析，即点
反射分析；
b)按时域反射波的形态、能量、相位等特征，识别厚度、内部缺陷等反射波到达时间，可采用数
据处理和分析系统进行时间域窗口选择、数字滤波、信号增益等处理；
c)点反射时的界面厚度、内部缺陷深度按式（D.4）计算：
2
P V t H Hc ⋅=或...................................(D.4) 式中：
H ——混凝土结构和构件的厚度（m）；
Hc ——混凝土结构和构件的内部缺陷深度（m）；
P V ——混凝土的表观速度（m/s）；化工易
t ——反射波到达时间（s）。
D.5.4 面波法观测数据处理包括以下内容：狼之家
a)按式（D.5）计算冲击器激发的面波波长λ；
2c R t V λ≈......................................(D.5)
式中：
c t ——冲击持续时间（s），可根据冲击器的规格按式（D.6）计算；
R V ——混凝土的面波速度（m/s），估算时可取2 000（m/s）。
0.0043c t D =....................................(D.6)
式中：
D ——冲击头（锤）的直径（m ）。
b)
按式（D.7）计算冲击产生的面波传递至裂缝另一侧传感器的振幅比；
x =..................................(D.7) 式中：
x ——振幅比；
1A ——传感器1测试得到的面波最大振幅；
2A ——传感器2测试得到的面波最大振幅；
0d ——冲击点与传感器1的距离（m）；
d ——传感器1和2与裂缝的距离（m）。
c)
当裂缝面穿过钢筋时，按式（D.8）修正振幅比；
ˆx
x n =−......................................(D.8)式中：
ˆx ——修正后振幅比；n ——钢筋率。
d)按式（D.9）计算裂缝深度。ˆln h x
ξλ=−....................................(D.9)式中：
h ——裂缝深度（m）；
ξ——常数，宜通过标定或现场试验得出。
D.6 结果解释和判定
D.6.1 锚杆的杆体长度和锚固密实度检测数据分析与判定，可参照本规范第9.3.3条执行。
D.6.2 模筑混凝土浅部缺陷的定性解释和判定：
a)低强度混凝土：表观速度明显较正常混凝土偏低；
b)充填低速异物（如片石、夹泥等）：直达波形态畸变且表观速度较正常混凝土偏低；c)充填高速异物（如卵石、金属材料和构件等）：直达波形态畸变且表观速度明显较正常混凝土
偏高；
d)表面脱空：表观速度正常，直达波形严重畸变，有强低频信号叠加，频域分析的频谱图中结构
厚度相应峰值频率难以辨认，且振幅也远低于高频峰值的振幅。
D.6.3 模筑和喷射混凝土结构和构件的厚度、内部缺陷深度解释和判定：
a)应将各测点的时域信号进行频域分析，通过快速傅立叶变换（FFT）得到测点的频谱图，确定
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厚度、内部缺陷等界面在其中的峰值频率；
b)按式（D.3）计算各测点的厚度、内部缺陷深度；
c)若时域信号分析能识别厚度、内部缺陷等界面反射波到达时间，则按式（D.4）验算厚度、内
部缺陷深度值，应与频域分析结果接近。
D.6.4 模筑混凝土的裂缝深度的解释和判定：
a)
按式（D.9）计算的裂缝深度h 不应大于1.3倍面波波长λ，否则应更换冲击器规格重复测试； b)当满足上述要求时，应按以下步骤对面波波长λ进行复核，并按式（D.9）进行裂缝深度修正：
1)
选取与裂缝测线相近的、完整的混凝土结构；2)
按照与裂缝深度测试相同的布点方式和选取同样的冲击器；3)按式（D.10）计算冲击产生的面波波速VR；
212R d V t t =
−....................................(D.10) 式中：
1t ——面波到达传感器1的时间（s ）；
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