基于單平面UCT技術(shù)的綜合管廊施工縫缺陷檢測(cè)研究

郭成超，郭鑄鋒，馬會(huì)環(huán)，*，常巨成，馬軍義

(1. 中山大學(xué)土木工程學(xué)院，廣東 廣州 510275; 2. 廣東省地下空間開發(fā)工程技術(shù)研究中心，廣東 廣州 510275; 3. 南方工程檢測(cè)修復(fù)技術(shù)研究院，廣東 惠州 516007; 4. 白銀市城市建設(shè)設(shè)計(jì)院，甘肅 白銀 730900)

0 引言

隨著城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)，地下空間建設(shè)成為城市規(guī)劃中逐漸重要的布局。現(xiàn)階段，我國(guó)城市地下綜合管廊建設(shè)面臨著需求與安全之沖突。一方面，城市綜合管廊在全國(guó)范圍迅速開展，規(guī)模宏大，承擔(dān)著越來越大范圍的城市資源供給任務(wù)[1]； 另一方面，城市地下綜合管廊的運(yùn)營(yíng)管理遭遇嚴(yán)峻考驗(yàn)，地下結(jié)構(gòu)的安全監(jiān)測(cè)問題成為多年的研究熱點(diǎn)，其中，因施工縫破壞帶來的結(jié)構(gòu)安全問題尤為明顯。施工縫是囿于施工工藝及流水安排，無法連續(xù)澆筑而形成的結(jié)構(gòu)縫，存在于先后澆筑的管廊節(jié)段之間。當(dāng)施工縫黏結(jié)質(zhì)量較差或內(nèi)部缺陷明顯時(shí)，會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的整體承載能力[2]和防水性能大幅降低，容易發(fā)生安全事故。由于綜合管廊建于地下空間，施工縫必然要承受土體作用力和滲水壓力，結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)破壞和滲水破壞的可能性大大增加，這對(duì)依賴管廊供給的居民的正常生活和人身安全來說，無疑是一種威脅； 對(duì)研究管廊結(jié)構(gòu)安全的學(xué)者來說，更是一種挑戰(zhàn)。

隨著工程需求越來越大，地下混凝土結(jié)構(gòu)接縫缺陷檢測(cè)技術(shù)得到不斷發(fā)展。部分學(xué)者提出探地雷達(dá)[3]、聲吶[4]、紅外熱成像、激光掃描[5]等結(jié)構(gòu)接縫缺陷檢測(cè)技術(shù)，但上述技術(shù)或方法在綜合管廊施工縫缺陷檢測(cè)中應(yīng)用較少。原因在于： 1)探地雷達(dá)由于其主控機(jī)體積較大，在側(cè)墻、頂板施工縫檢測(cè)工作中操作流程繁瑣； 探地雷達(dá)對(duì)鋼筋的敏感程度高于蜂窩、孔洞等缺陷，當(dāng)施工縫存在界面鋼筋時(shí)其檢測(cè)效果較差。2)聲吶、紅外熱成像等技術(shù)通過監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)縫滲漏水點(diǎn)位得到內(nèi)部缺陷位置，其應(yīng)用前提是施工縫內(nèi)形成滲流，因此其無法判斷無滲流施工縫內(nèi)部的密實(shí)度。

我國(guó)規(guī)范[6-7]推薦采用超聲波脈沖速度(UPV)法檢測(cè)施工縫內(nèi)部缺陷。超聲波脈沖速度法是無損檢測(cè)方法(NDT,non destructive testing)[8-11]的一種，其原理為通過測(cè)量超聲波在已知路徑上的傳播特征來判斷混凝土的相對(duì)狀態(tài)，目前已廣泛應(yīng)用于地下結(jié)構(gòu)工程勘察、灌注樁超聲檢測(cè)、大壩防滲墻質(zhì)量檢測(cè)及路橋路面病害檢測(cè)等領(lǐng)域[12-15]。然而，UPV法存在以下缺點(diǎn)： 1)需要在施工縫測(cè)區(qū)選取2個(gè)相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)面布設(shè)傳感器。而在混凝土檢測(cè)中，如綜合管廊、沉井井壁等混凝土結(jié)構(gòu)僅存在一個(gè)可測(cè)量平面的情況非常普遍[16]。在這種工況下，難以在2個(gè)相對(duì)應(yīng)的檢測(cè)面上布置傳感器。2)只能通過分析所測(cè)UPV數(shù)據(jù)的變化特征間接獲知施工縫的缺陷信息，不能直觀地得到缺陷區(qū)域的位置和大小，且分析檢測(cè)結(jié)果需要耗費(fèi)大量的人力和物力[17]。

針對(duì)傳統(tǒng)超聲波脈沖速度(UPV)法的不足，Khazanovich等[18]、Shokouhi等[19]、Choi等[20]在應(yīng)用超聲波計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)(UCT)[21-22]的基礎(chǔ)上，選用單一平面作為測(cè)量區(qū)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并取得了良好效果。然而，目前基于單一檢測(cè)平面的UCT檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用關(guān)注點(diǎn)主要集中在道路、橋梁的分層、裂縫、鋼筋腐蝕[23]等病害，對(duì)諸如綜合管廊等復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)施工縫質(zhì)量檢測(cè)的研究仍在起步和探索階段，因此需要更多的應(yīng)用成果對(duì)其適應(yīng)性做進(jìn)一步驗(yàn)證。

為探討基于單平面的UCT檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)澆矩形箱式綜合管廊施工縫缺陷檢測(cè)及密實(shí)度評(píng)價(jià)上的應(yīng)用效果，本文首先將綜合管廊中含施工縫的細(xì)部節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化為含水平施工縫及豎向施工縫的混凝土試件，以多通道聲發(fā)射(AE,acoustic emission)采集儀作為信號(hào)采集主控機(jī)和單一檢測(cè)平面布設(shè)觀測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行施工縫缺陷檢測(cè)并評(píng)價(jià)其密實(shí)度； 在驗(yàn)證該檢測(cè)技術(shù)的可行性后，對(duì)綜合管廊縮尺模型中豎向施工縫進(jìn)行缺陷檢測(cè)，評(píng)價(jià)該檢測(cè)技術(shù)的適用性及有效性，以期為類似綜合管廊工程提供參考。

1 UCT檢測(cè)原理

UCT檢測(cè)思路是先檢測(cè)出通過被測(cè)物體剖面的超聲波走時(shí)(TOF,time of flight)，然后對(duì)聲波走時(shí)數(shù)據(jù)處理后導(dǎo)入成像軟件，再對(duì)測(cè)試剖面上UPV的分布情況進(jìn)行反演。根據(jù)施工縫的UPV與其黏結(jié)質(zhì)量間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系[24]，可以確定測(cè)試施工縫上的缺陷分布情況。

將檢測(cè)區(qū)域的剖面分割成M個(gè)單元，剖面內(nèi)共有N條超聲波射線。設(shè)Vx,y為二維模型速度分布函數(shù)，當(dāng)成像單元足夠小時(shí)，由Radon公式可得第i條射線的走時(shí)Ti，見式(1)。

(1)

對(duì)式(1)求解可得測(cè)區(qū)內(nèi)施工縫速度場(chǎng)反演圖像及分布曲線，步驟如下：

1)應(yīng)用反投影技術(shù)BPT(back projection technique)計(jì)算各單元的初始慢度均值S。

2)應(yīng)用射線追蹤算法獲取射線在各單元內(nèi)的長(zhǎng)度和走時(shí)。由于采用單一平面作為觀測(cè)系統(tǒng)，需布設(shè)大量的檢測(cè)射線來提高檢測(cè)精度，因此，選用的追蹤算法為橢圓約束快速射線追蹤法[25]。該算法以超聲波激發(fā)點(diǎn)及接收點(diǎn)為焦點(diǎn)形成橢圓區(qū)域，進(jìn)行射線追蹤時(shí)優(yōu)先求解橢圓區(qū)域內(nèi)的離散點(diǎn)。由于橢圓內(nèi)單元離散點(diǎn)數(shù)量遠(yuǎn)小于整個(gè)CT(computed tomography)剖面，因此追蹤速率大大提升。

3)結(jié)合步驟2)所求得的射線長(zhǎng)度及走時(shí)，應(yīng)用SIRT算法校正各單元慢度值Sj。

4)重復(fù)步驟2)、3)。當(dāng)走時(shí)誤差或迭代次數(shù)達(dá)到允許值時(shí)，停止計(jì)算。

采用正演方法[26]求解所需的迭代次數(shù)。設(shè)置具有軟弱層(施工縫)、孔洞缺陷的混凝土試塊模型，采用單平面觀測(cè)系統(tǒng)，通過速度場(chǎng)正演可求得該觀測(cè)系統(tǒng)下各單元的射線數(shù)據(jù)。將射線數(shù)據(jù)導(dǎo)入U(xiǎn)CT反演模塊中，求解各測(cè)區(qū)內(nèi)缺陷分布情況。

預(yù)設(shè)缺陷模型成像結(jié)果如表1所示。當(dāng)模型預(yù)設(shè)缺陷類型為施工縫孔洞缺陷時(shí)，不同迭代次數(shù)下均能獲得良好的反演結(jié)果； 當(dāng)模型預(yù)設(shè)缺陷僅含施工縫且迭代次數(shù)為10時(shí)，UCT反演結(jié)果精度較高。綜合考慮檢測(cè)精度需求及計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力，最終選取迭代次數(shù)為10。

表1 預(yù)設(shè)缺陷模型成像結(jié)果

2 單平面UCT檢測(cè)可行性研究

為了探討基于單一平面測(cè)量區(qū)的UCT檢測(cè)技術(shù)在施工縫缺陷檢測(cè)中的應(yīng)用效果，設(shè)計(jì)了多個(gè)內(nèi)含孔洞缺陷的混凝土施工縫試件，并進(jìn)行超聲波檢測(cè)。將TOF數(shù)據(jù)導(dǎo)入U(xiǎn)CT成像模塊中進(jìn)行圖像重建，獲得試件施工縫UPV分布圖像。

2.1 試件制備

考慮到標(biāo)準(zhǔn)混凝土立方體試件的外表面面積太小，無法設(shè)置足夠的傳感器探頭以形成觀測(cè)系統(tǒng)，本文設(shè)計(jì)了4個(gè)尺寸為300 mm×150 mm×150 mm的C30混凝土試件。

試件分2步進(jìn)行澆筑：

1)首先將一半的混凝土澆筑入模，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)28 d后拆模，此時(shí)試件尺寸為300 mm×150 mm×75 mm。

2)對(duì)試件進(jìn)行人工鑿毛，并涂刷表面處理劑，如圖1(a)所示。選取其中2塊試件，在預(yù)設(shè)的缺陷位置粘貼長(zhǎng)11.5 cm的鋁制氣球，然后1個(gè)水平、另1個(gè)豎向放置于模具中，并澆筑另一半混凝土，形成含水平或豎向施工縫的混凝土試件。對(duì)于另外2個(gè)試件，直接澆筑另一半混凝土，不設(shè)缺陷。含施工縫的混凝土試件如圖1所示。

(a) 試件預(yù)設(shè)缺陷示意圖

(b) 試件澆筑流程

預(yù)設(shè)缺陷的2個(gè)試件分別被命名為含水平施工縫及氣球缺陷試件-1(balloon defect specimen-1，簡(jiǎn)稱bd-1)、含豎向施工縫及氣球缺陷試件-2(balloon defect specimen-2，簡(jiǎn)稱bd-2)； 無預(yù)設(shè)缺陷的2個(gè)試件分別被命名為含水平施工縫試件-1(construction joint specimen -1，簡(jiǎn)稱cj-1)、含豎向施工縫試件-2(construction joint specimen -2，簡(jiǎn)稱cj-2)。

2.2 試驗(yàn)流程

UCT設(shè)備連接示意圖及信號(hào)采集和處理示意圖如圖2所示。該檢測(cè)系統(tǒng)主要包括波形發(fā)射模塊、高功率放大器、波形存儲(chǔ)模塊及UCT成像模塊等。波形發(fā)射模塊可以發(fā)射不同幅度、不同頻率的超聲波信號(hào)； 高功率放大器可以通過調(diào)節(jié)發(fā)射電壓來增加信號(hào)的能量和幅度； 波形存儲(chǔ)模塊具有超聲波信號(hào)的存儲(chǔ)、濾波、旅行時(shí)間(TOF)校正、頻譜分析等功能。UCT成像模塊可以實(shí)現(xiàn)基于TOF的測(cè)區(qū)超聲波波速場(chǎng)反演。

(a) 設(shè)備連接示意圖

(b) 信號(hào)采集和處理示意圖

UCT觀測(cè)系統(tǒng)及布設(shè)示意如圖3所示。采用試件的某一表面作為檢測(cè)區(qū)域。在施工縫兩側(cè)放置相同數(shù)量的接收傳感器，傳感器接觸面與混凝土試件之間涂抹耦合劑，形成對(duì)稱分布觀測(cè)系統(tǒng)(如圖3(c)所示)。每次發(fā)射超聲波時(shí)，檢測(cè)信號(hào)同時(shí)經(jīng)過完好區(qū)域(即直接從發(fā)射端到接收端)和含有缺陷的區(qū)域(即從發(fā)射端穿越施工縫后到接收端)，能迅速形成高密度、波速對(duì)比度明顯的檢測(cè)射線，提高了檢測(cè)效率和精度。

(a) UCT觀測(cè)系統(tǒng)

(b) 施工縫檢測(cè)示意圖

(c) 對(duì)稱分布觀測(cè)系統(tǒng)

由于高頻超聲波在穿越大型混凝土構(gòu)件時(shí)容易大幅度衰減，傳感器無法接收到所需的信號(hào)，考慮到該檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果，選用低頻、低電壓的超聲波對(duì)小型混凝土試件進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試中使用的激發(fā)信號(hào)為40 kHz正弦波(傳感器中心頻率)，單次激發(fā)，發(fā)射電壓為40 V，AE主機(jī)的采樣率為3 MHz。超聲波發(fā)射傳感器位于兩側(cè)低頻接收傳感器之間，矩形檢測(cè)區(qū)域的上下兩側(cè)以及施工縫兩側(cè)布設(shè)有超聲波激發(fā)點(diǎn)。

2.3 可行性分析

單平面UCT試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

(b) 施工縫UPV分布曲線

(c) 施工縫UPV色帶圖

1)通過傅里葉變換和帶通濾波，去除波形文件中頻率為5～20 kHz的試驗(yàn)環(huán)境噪聲。提取每條射線的TOF，導(dǎo)入CT成像模塊，得到各試件的UCT反演圖像如圖4(a)所示。

由圖4(a)可知： ①試件bd-1的缺陷面積明顯小于試件bd-2，這是由于試件bd-1在澆注過程中氣球局部受擠壓，形成上下側(cè)密實(shí)區(qū)。②普通施工縫試件UCT圖像右側(cè)出現(xiàn)許多低速區(qū)域，這是由于澆筑時(shí)間、工藝、振搗時(shí)間不同造成新舊混凝土試件強(qiáng)度不一致，在試件內(nèi)部無明顯缺陷的情況下，UCT會(huì)反饋強(qiáng)度較低的區(qū)域?yàn)榈退賲^(qū)。

2)求解式(1)可得到施工縫UPV分布曲線(x=70～80 mm，z=0～150 mm，y=0～300 mm)，結(jié)果如圖4(b)所示。

由圖4(b)可知： ①試件bd-1和試件bd-2 UPV變化曲線有明顯的下凹端，說明存在明顯缺陷區(qū)。②各曲線的下凹段長(zhǎng)度與實(shí)際施工縫內(nèi)缺陷面積的最大縱向長(zhǎng)度接近，誤差在4.5 mm內(nèi)，說明單平面UCT技術(shù)在施工縫缺陷檢測(cè)中精度良好。③試件cj-1和試件cj-2 UPV變化曲線平坦，無明顯下凹段； 試件cj-2 UPV變化曲線兩端UPV較低，說明該區(qū)域施工縫的黏結(jié)質(zhì)量較差，這與上述UCT成像結(jié)果一致。④在y=280～300 mm處，試件bd-2、cj-2的UPV最大值與最小值之差大于500 m/s，說明該區(qū)域施工縫兩側(cè)混凝土強(qiáng)度差異較大，部分混凝土澆筑質(zhì)量較差，外荷載作用下容易導(dǎo)致局部混凝土破壞或剝落。

3)施工縫UPV色帶如圖4(c)所示。各試件的色帶深淺度對(duì)應(yīng)施工縫中UPV值的密度。色帶的顏色越深，相應(yīng)區(qū)間內(nèi)UPV的數(shù)值點(diǎn)越多，占總數(shù)值的比例越大。

由圖4(c)可知： ①水平施工縫的UPV標(biāo)準(zhǔn)差均大于豎向施工縫，說明水平施工縫黏結(jié)質(zhì)量比豎向施工縫好。這是因?yàn)樵谒^程中重力作用下水平施工縫試件的新舊混凝土界面內(nèi)骨料接觸密實(shí)，黏結(jié)力強(qiáng)；而豎向施工縫試件的接縫界面平行于重力方向，缺乏界面法向的擠壓力，導(dǎo)致黏結(jié)質(zhì)量較差。②試件cj-1、cj-2施工縫UPV標(biāo)準(zhǔn)差較小，為100～250 m/s； UPV極值較小，分別為790.71 m/s和960.50 m/s； 2 500～3 000 m/s處色帶偏暗，沒有明顯的斷續(xù)區(qū)，整體速度較高，說明試件cj-1和試件cj-2施工縫黏結(jié)質(zhì)量較好。③試件bd-1和試件bd-2 UPV標(biāo)準(zhǔn)差均大于300 m/s，極值大于1 400 m/s，色帶較長(zhǎng)，低速區(qū)顏色較深，低速區(qū)與高速區(qū)之間存在明顯的斷續(xù)區(qū)，說明低速區(qū)(缺陷區(qū))與高速區(qū)(密實(shí)區(qū))之間波速過渡劇烈。這與缺陷的類型有關(guān)，氣球缺陷試件的缺陷區(qū)域?yàn)闅怏w填充，缺陷區(qū)邊緣為氣體-混凝土界面。而超聲波在大氣中傳播時(shí)衰減效應(yīng)明顯，傳播速度遠(yuǎn)小于在混凝土介質(zhì)中的速度。因此，超聲波穿越混凝土區(qū)域、氣體-混凝土界面、缺陷區(qū)時(shí)，UPV的劇烈變化導(dǎo)致色帶具有明顯的斷續(xù)區(qū)特征。將UPV的標(biāo)準(zhǔn)差250～450 m/s作為Ⅰ區(qū)間，即為密實(shí)度差的施工縫波速區(qū)間； 將UPV標(biāo)準(zhǔn)差0～250 m/s作為Ⅱ區(qū)間，即為密實(shí)度良好的施工縫波速區(qū)間。

綜上，以單一平面為測(cè)區(qū)的UCT技術(shù)在施工縫缺陷檢測(cè)及密實(shí)度評(píng)價(jià)上具有良好的應(yīng)用效果。其中，UCT反演圖像可以直觀反饋混凝土施工縫的孔洞缺陷位置與大小，反演缺陷與實(shí)測(cè)缺陷的縱向尺寸誤差小于4.5 mm； UPV色帶圖可為施工縫黏結(jié)質(zhì)量評(píng)價(jià)提供依據(jù)，當(dāng)UPV標(biāo)準(zhǔn)差小于250 m/s且色帶圖中未出現(xiàn)明顯斷續(xù)區(qū)時(shí)，說明施工縫黏結(jié)質(zhì)量高，內(nèi)部無明顯缺陷。

3 綜合管廊施工縫缺陷檢測(cè)

通過混凝土試件試驗(yàn)已驗(yàn)證了單平面UCT技術(shù)在施工縫質(zhì)量檢測(cè)中的可行性，為綜合管廊施工縫質(zhì)量檢測(cè)提供了新思路。但在實(shí)際工程中，若綜合管廊施工縫內(nèi)部存在界面連接鋼筋，則檢測(cè)超聲波將在鋼筋骨架處產(chǎn)生散射及折射；若綜合管廊施工縫長(zhǎng)度過大，則超聲波在傳播過程中會(huì)出現(xiàn)明顯衰減。上述現(xiàn)象均可能致使UCT檢測(cè)精度大幅度降低，從而出現(xiàn)缺陷區(qū)域漏判、誤判。因此，為驗(yàn)證單平面UCT檢測(cè)技術(shù)在綜合管廊施工縫缺陷檢測(cè)中的實(shí)用性，以綜合管廊縮尺模型為檢測(cè)對(duì)象，對(duì)豎向施工縫進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。綜合管廊縮尺模型由不同的前期綜合管廊和后澆綜合管廊組成[27]，新舊混凝土之間的施工縫界面已經(jīng)過鑿毛處理，施工縫內(nèi)存在等距的界面連接鋼筋，如圖5所示。

(a) 綜合管廊縮尺模型

(b) 縮尺模型組成

3.1 試驗(yàn)流程

由于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)條件限制，無法設(shè)置對(duì)稱分布觀測(cè)系統(tǒng)，因此選用單平面分布觀測(cè)系統(tǒng)，如圖6所示。超聲波檢測(cè)信號(hào)采用單次激發(fā)、周期為40 kHz的正弦波，AE主機(jī)采樣率為3 MHz。

圖6 單平面分布觀測(cè)系統(tǒng)(單位： mm)

試驗(yàn)過程分為4個(gè)階段： 1)采用單平面UCT技術(shù)檢測(cè)綜合管廊模型施工縫的原始缺陷。2)進(jìn)行閉水試驗(yàn)，即通過加壓水泵向綜合管廊內(nèi)注水，使得腔體內(nèi)整體水壓保持在設(shè)計(jì)值內(nèi)，然后觀察施工縫是否發(fā)生滲漏破壞。整個(gè)過程按照規(guī)范[28]要求進(jìn)行。3)采用聚氨酯高聚物注漿技術(shù)[29-30]修復(fù)施工縫的內(nèi)部缺陷。4)因高聚物材料與混凝土材料的UPV存在顯著差異(對(duì)比如表2所示)，采用單平面UCT技術(shù)評(píng)價(jià)施工縫注漿修復(fù)效果，并進(jìn)行二次閉水試驗(yàn)。

表2 高聚物試件及混凝土試件的UPV比較

3.2 結(jié)果分析

注漿前測(cè)區(qū)UCT反演結(jié)果如圖7(a)所示； 閉水試驗(yàn)中測(cè)區(qū)滲漏點(diǎn)位置及注漿修復(fù)示意如圖7(b)所示； 注漿后測(cè)區(qū)UCT反演結(jié)果如圖7(c)所示。

1)從圖7(a)中UCT成像上看，測(cè)區(qū)左中側(cè)和右下側(cè)UPV較低(UPV=2 200～2 400 m/s)，考慮為1、2號(hào)明顯缺陷區(qū)。

2)當(dāng)綜合管廊內(nèi)水壓上升到0.2 MPa時(shí)，測(cè)區(qū)發(fā)生滲水破壞。滲漏點(diǎn)見圖7(b)。滲漏點(diǎn)1、2與UCT反演圖像上的明顯缺陷區(qū)1、2相對(duì)應(yīng)，施工縫范圍內(nèi)沒有滲水點(diǎn)出現(xiàn)，說明單平面UCT技術(shù)及色帶區(qū)域的劃分是準(zhǔn)確和有效的。

3)對(duì)綜合管廊滲漏點(diǎn)進(jìn)行高聚物注漿修復(fù)，如圖7(b)所示。通過定點(diǎn)打孔注漿對(duì)滲漏點(diǎn)1、2進(jìn)行修復(fù)； 對(duì)于施工縫則從內(nèi)部預(yù)設(shè)的注漿導(dǎo)管進(jìn)行注漿修復(fù)。

4)待高聚物注漿材料完全發(fā)泡后，采用與初檢相同的觀測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行超聲波檢測(cè)，結(jié)果如圖7(c)所示。對(duì)比圖7(a)和圖7(c)，明顯缺陷區(qū)1處和2處的UPV大大增強(qiáng)，從2 200～2 400 m/s增大至3 000～3 200 m/s，且測(cè)區(qū)的整體UPV也大大增強(qiáng)。

繪制施工縫UPV色帶圖及分布曲線，結(jié)果如圖8所示。注漿前綜合管廊施工縫的UPV平均值為3 188.69 m/s，標(biāo)準(zhǔn)差為241.99 m/s，處于區(qū)間Ⅰ、Ⅱ之間，說明施工縫整體密實(shí)度一般，但中下部位存在疑似缺陷區(qū)(UPV=2 700 m/s)； 色帶內(nèi)未發(fā)現(xiàn)明顯斷續(xù)區(qū)，說明施工縫內(nèi)部不存在大范圍的孔洞缺陷。

由圖7和圖8可知，通過注漿導(dǎo)管對(duì)施工縫進(jìn)行高聚物注漿修復(fù)，修復(fù)后施工縫UPV的標(biāo)準(zhǔn)值和極差均明顯降低，色帶長(zhǎng)度減少，底部低速區(qū)的UPV大大提高，施工縫的密實(shí)度得到改善。

(a) 施工縫UPV色帶 (b) 注漿前后綜合管廊施工縫UPV分布曲線

在進(jìn)行二次閉水試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)將綜合管廊內(nèi)的水壓加至0.2 MPa，原滲漏點(diǎn)不再出現(xiàn)滲漏水?？梢哉J(rèn)為高聚物注漿材料已起到了防滲堵漏的作用，修復(fù)效果良好，同時(shí)說明單平面UCT檢測(cè)技術(shù)可以直觀地評(píng)價(jià)注漿材料的修復(fù)效果。

4 結(jié)論與討論

1)以單一平面為測(cè)區(qū)的UCT檢測(cè)技術(shù)在混凝土試件及綜合管廊模型的施工縫質(zhì)量檢測(cè)中取得了良好效果。UCT反演圖像可以直觀反饋混凝土施工縫的孔洞缺陷位置與大小，反演缺陷縱向尺寸誤差小于4.5 mm。當(dāng)施工縫缺陷區(qū)與密實(shí)區(qū)之間的UPV差值大于1 000 m/s時(shí)，可以認(rèn)為施工縫內(nèi)存在孔洞等明顯缺陷。

2)當(dāng)施工縫的UPV色帶中斷續(xù)區(qū)數(shù)量較多時(shí)，說明施工縫內(nèi)部分布著大量微小缺陷； 當(dāng)斷續(xù)區(qū)范圍較大時(shí)，說明超聲波在內(nèi)部傳播時(shí)出現(xiàn)突變衰減，施工縫內(nèi)部可能存在孔洞缺陷。當(dāng)施工縫UPV色帶越靠近Ⅰ區(qū)域左上角且色帶中斷續(xù)區(qū)越明顯時(shí)，施工縫密實(shí)度越差，內(nèi)部缺陷區(qū)域越多； 反之，當(dāng)施工縫聲速色帶越靠近Ⅱ區(qū)域右下角，施工縫黏結(jié)質(zhì)量越好。

3)高聚物注漿材料在綜合管廊施工縫缺陷修復(fù)中具有良好的應(yīng)用效果，抗?jié)B堵漏效果明顯。高聚物以及混凝土材料的UPV差異明顯，UCT成像結(jié)果可以直觀、實(shí)時(shí)地評(píng)價(jià)施工縫內(nèi)注漿材料的擴(kuò)散、填充效果。

4)本文只考慮了一種觀測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行單平面UCT檢測(cè)試驗(yàn)，并未對(duì)觀測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)深度之間的關(guān)系進(jìn)行探討。下一步研究需要針對(duì)被測(cè)結(jié)構(gòu)體的構(gòu)造特征采取不同的觀測(cè)系統(tǒng)，以分析觀測(cè)系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)深度的影響。