孔道壓漿密實(shí)度定量檢測(cè)方法綜述

何新原 羅東志 鞏士范 張 俊 周大松

（1.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210017；2.宿遷市高速鐵路建設(shè)發(fā)展有限公司，江蘇 宿遷 263800；3.江蘇宿遷交通工程建設(shè)有限公司，江蘇 宿遷 263800）

1 超聲波法（UT）

1.1 數(shù)據(jù)采集

超聲波法（UT）利用超聲脈沖波在不同缺陷程度空洞傳播路徑的差異，可以判斷孔道壓漿密實(shí)程度。檢測(cè)時(shí)，依據(jù)實(shí)際情況，將兩個(gè)換能器放置在同一側(cè)面進(jìn)行垂直反射的觀測(cè)（回波法）或利用兩個(gè)換能器進(jìn)行透射測(cè)量 （透射法），得到該測(cè)點(diǎn)聲速的相對(duì)變化。

超聲波法需要耦合，易引入很強(qiáng)的結(jié)構(gòu)噪聲，且超聲波本身波形復(fù)雜、振幅嚴(yán)重衰減，是影響檢測(cè)結(jié)果的主要問題。密士文等［1］發(fā)現(xiàn)通過壓制和去除表面直達(dá)波，能獲得較好的原始數(shù)據(jù)。在發(fā)射和接收換能器周圍添加高阻尼材料（如泡沫），能有效壓制直達(dá)波和面波的影響，根據(jù)實(shí)際情況，采用對(duì)采集到的超聲數(shù)據(jù)利用τ-p變換及反變換進(jìn)行處理、頻率濾波、多組換能器數(shù)據(jù)疊加計(jì)算、并聯(lián)換能器等方法，可以很好地去除直達(dá)波和面波。朱自強(qiáng)等［8］利用虛擬動(dòng)態(tài)聚焦法提高信噪比，即所有的換能器依次作為震源，每次都是1個(gè)換能器發(fā)射，其他所有換能器用來接收，同時(shí)結(jié)合相控陣發(fā)射超聲波彌補(bǔ)單個(gè)換能器陣元發(fā)射超聲波時(shí)，信噪比較低、易受噪聲干擾的缺陷。

1.2 數(shù)據(jù)分析

超聲波法的缺陷定量計(jì)算主要有成像和建模兩種方式。密士文等［1］在T梁工程檢測(cè)應(yīng)用中驗(yàn)證了超聲反射波合成孔徑聚焦成像方法用于定量分析壓漿缺陷的可行性，把超聲換能器陣列分為若干個(gè)發(fā)射單元或接收單元，在發(fā)射信號(hào)期間，各發(fā)射單元依次作為點(diǎn)元發(fā)射；在接收信號(hào)期間，各接收單元同時(shí)接收來自物體各點(diǎn)的信號(hào)并加以存儲(chǔ)。然后，根據(jù)成像點(diǎn)的空間位置，對(duì)各陣元接收的信號(hào)引入適當(dāng)?shù)难訒r(shí)，以得到被成像物體的逐點(diǎn)聚焦聲像。該方法改進(jìn)了普通的孔徑聚焦成像法信噪比較低、易受噪聲干擾的缺點(diǎn)，且逐點(diǎn)聚焦掃描可以完成對(duì)整個(gè)空洞的描述。徐義標(biāo)等［2］針對(duì)箱梁腹板、T梁肋板的縱向波紋管，通過室內(nèi)試驗(yàn)，在超聲波對(duì)測(cè)的基礎(chǔ)上建立空洞估算模型，將首波聲時(shí)作為主要依據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集處理，準(zhǔn)確估算出空洞大小。

2 沖擊回波法（IE）

2.1 數(shù)據(jù)采集

彈性沖擊波的基本性質(zhì)與超聲波類似，根據(jù)在波紋管位置反射信號(hào)的有無強(qiáng)度，以及混凝土梁底端反射時(shí)間的長(zhǎng)短，可以初步判斷孔道壓漿有沒有缺陷以及相應(yīng)的缺陷類型。當(dāng)存在缺陷的情況下，通過采取在側(cè)壁或者頂（底）面不同的激振和接受的方式，可以對(duì)孔道壓漿的缺陷位置、規(guī)模等進(jìn)行定位檢測(cè)。

然而，通常的沖擊回波法在檢測(cè)壓漿密實(shí)度時(shí)有著明顯的不足，將反射時(shí)間作為判斷參數(shù)不夠精確，馬國(guó)峰等［6］、翁方文等［5］利用沖擊回波等效波速法（IEEV）進(jìn)行缺陷定位檢測(cè)，即在被測(cè)試預(yù)應(yīng)力孔道的中心線位置固定加速度傳感器，用激振錘敲擊激振，通過采集的激振彈性波數(shù)據(jù)計(jì)算等效反射波速，根據(jù)所述等效彈性波速確定橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度。使用該方法，當(dāng)存在灌漿缺陷時(shí)，彈性波波線（或部分波線）的傳播距離增加，時(shí)間延長(zhǎng)，采用基于相關(guān)分析為基礎(chǔ)的頻譜分析方法可以敏感地反映該時(shí)間的變化；如此，即使灌漿缺陷僅為局部，或者測(cè)線不在缺陷的正上方也可適用，從而大大擴(kuò)展該方法的適用范圍［3］。

2.2 數(shù)據(jù)分析

沖擊彈性波具有能量大的特點(diǎn)，因而特別適用于頻譜分析。頻譜分析的方法有很多，目前主要采用高速傅立葉變換FFT和最大熵法MEM。高速傅立葉變換FFT將沖擊回波“時(shí)間—位移”信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域振幅信號(hào)，馬國(guó)峰等［6］發(fā)現(xiàn)FFT更適用于類正弦波的連續(xù)分析，在IEEV法分析時(shí)有分辨率低、分辨率不足的問題，而MEM法解決了這一問題，在不增加熵的條件下推定信號(hào)的自相關(guān)系數(shù)，從而推算其頻譜。

除高速傅立葉變換FFT和最大熵法MEM外，褚鋒等［4］基于ABAQUS顯式非線性動(dòng)態(tài)分析和有限元模擬，得到18cm混凝土板厚條件下，壓漿密實(shí)度與測(cè)試主頻、壓漿密實(shí)主頻之間的線性關(guān)系，可直接用于孔道壓漿密實(shí)度定量評(píng)估。

3 結(jié)語

采用定性與定量相結(jié)合的方式對(duì)孔道壓漿密實(shí)性進(jìn)行檢測(cè)，使檢測(cè)手段之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行壓漿質(zhì)量評(píng)價(jià)，為缺陷孔道處理提供依據(jù)。超聲波法和沖擊回波法測(cè)量都受自身特性、構(gòu)件截面形式、管道大小及埋深、管道內(nèi)缺陷特征、管道材質(zhì)（鐵制和塑料）、管道間距等方面的影響，如何避免這些影響是需要持續(xù)研究的課題，檢測(cè)效率低、精度低、適用范圍狹窄等問題也需要作進(jìn)一步的研究。