楊勁屾 張寒韜 黃歐龍

1. 玉溪市大戛高速公路投資建設(shè)開(kāi)發(fā)有限公司 云南 新平 653400

2. 云南航天工程物探檢測(cè)股份有限公司 云南 昆明 650200

3. 32392部隊(duì) 云南 昆明 650222

橋梁工程結(jié)構(gòu)混凝土質(zhì)量是關(guān)系到橋梁安全的關(guān)鍵原因，在橋梁建設(shè)期，往往由于施工工序不合理，施工質(zhì)量不合格等原因?qū)е聵蛄夯炷两Y(jié)構(gòu)存在振搗不實(shí)、存有孔洞、出現(xiàn)蜂窩狀等問(wèn)題。常用的橋梁混凝土襯砌質(zhì)量檢測(cè)方法包含回彈法、超聲回彈綜合法等地球物理方法，但僅能反映混凝土的表面強(qiáng)度，無(wú)法全面評(píng)價(jià)混凝土整體強(qiáng)度。而取芯法，貫入法僅是對(duì)局部位置進(jìn)行檢測(cè)，且具有破損性，也不能全面評(píng)價(jià)橋梁混凝土整體質(zhì)量。聲波CT（層析成像）是依據(jù)聲波在介質(zhì)中的傳播規(guī)和射線理論為基礎(chǔ)，在被檢測(cè)體外布置數(shù)據(jù)接受傳感器，通過(guò)激發(fā)聲波后，采集器接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并建立聲波CT層析成像數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用反演算法進(jìn)行重建成像，推演結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部的缺陷位置和范圍，結(jié)構(gòu)病害用二維或三維成像技術(shù)展示結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害特征。該方法可對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)整體或局部進(jìn)行全面、客觀的無(wú)損檢測(cè)；除能反映強(qiáng)度外，根據(jù)波速波幅等參數(shù)揭示混凝土內(nèi)部均勻性、密實(shí)程度以及各種缺陷特征；檢測(cè)精度高、定位準(zhǔn)、分辨率高；其成果直觀、明了，在很大程度上彌補(bǔ)了現(xiàn)有橋梁檢測(cè)技術(shù)手段之不足。

混凝土澆筑質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)是利用超聲波在傳播過(guò)程中遇到由各種介質(zhì)缺陷形成的界面時(shí)會(huì)改變傳播方向和路徑，其能量會(huì)在缺陷處發(fā)生衰減，造成聲時(shí)、振幅、頻率變化的特性，對(duì)這些變化進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)混凝土質(zhì)量的檢測(cè)。傳統(tǒng)CT檢測(cè)儀，采用電纜方式傳輸各個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)信號(hào)，由中央主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和處理。該系統(tǒng)存在一個(gè)不便之處是電纜布線復(fù)雜，導(dǎo)致復(fù)雜環(huán)境下探測(cè)效率低下。本文應(yīng)用質(zhì)量檢測(cè)的聲波設(shè)備是無(wú)線聲波CT檢測(cè)儀，該設(shè)備通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸完成數(shù)據(jù)采集，極大的提高了效率。

1 聲波CT技術(shù)原理

聲波CT技術(shù)也叫層析成像技術(shù)（CT，Tomography)，利用獲得的被測(cè)體的聲波CT數(shù)據(jù)，通過(guò)重構(gòu)技術(shù)，重現(xiàn)物體內(nèi)部波速的分布，從而推演物體內(nèi)部的質(zhì)量問(wèn)題。場(chǎng)源包括X射線、地震波、電磁波、聲波等。

聲波CT層析成像技術(shù)基于波動(dòng)力學(xué)，通過(guò)檢測(cè)儀器記錄聲波在激發(fā)點(diǎn)與接受點(diǎn)之間的傳播時(shí)間，利用聲波的傳播時(shí)間換算成介質(zhì)的波速，然后通過(guò)沿線積分路徑進(jìn)行反投影來(lái)重建介質(zhì)速度參數(shù)的分布圖像。利用聲波CT一發(fā)多收系統(tǒng)，在橋梁混凝土一側(cè)發(fā)射，在另一側(cè)接收，獲取聲波在混凝土中的走時(shí)數(shù)據(jù)。基于射線理論，成像方法求解如下方程：

式中:lij為第i條射線在第j個(gè)單元內(nèi)的路徑長(zhǎng)度；Sj=1/Vj是第j個(gè)單元的慢度值；ti是第i條射線的走時(shí)值。應(yīng)用SIRT方法求解方程1即可得到波速成像圖，通過(guò)混凝土構(gòu)件中高低波速的分布情況即可直觀的分析混凝土不密實(shí)位置，判定其質(zhì)量情況。

2 無(wú)線聲波CT檢測(cè)儀簡(jiǎn)介

無(wú)線聲波CT設(shè)備包含控制總站、震源觸發(fā)子站和若干個(gè)檢測(cè)子站構(gòu)成，設(shè)備構(gòu)成圖如圖1，各站之間依靠無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，形成一個(gè)星形網(wǎng)絡(luò)?？刂瓶傉居晌⑿陀?jì)算機(jī)和無(wú)線通信模塊組成，負(fù)責(zé)向各子站發(fā)布命令，指揮系統(tǒng)工作，并回收采集數(shù)據(jù)，繪制檢測(cè)曲線。檢測(cè)子站由數(shù)據(jù)采集模塊和無(wú)線通信模塊組成，負(fù)責(zé)檢測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集和傳送。震源觸發(fā)子站在激發(fā)時(shí)發(fā)出數(shù)據(jù)采集命令。

圖1 無(wú)線聲波CT質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 工程應(yīng)用

應(yīng)用聲波CT技術(shù)檢測(cè)的混凝土為某高速公路特大橋箱梁，該箱梁左側(cè)存在細(xì)小裂縫，為查明該裂縫的影響范圍并與箱梁右側(cè)梁板質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比，本次研究采用了聲波無(wú)線CT檢測(cè)儀對(duì)該箱梁兩側(cè)混凝土進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)，獲得了橋梁箱梁混凝土質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)先進(jìn)行初至波拾取，獲得每個(gè)震源點(diǎn)的走時(shí)文件，應(yīng)用SIRT算法對(duì)走時(shí)文件進(jìn)行了圖像重構(gòu)，獲得成像結(jié)果如圖2和圖3。

圖2 橋梁混凝土聲波CT成像成果（箱梁左側(cè)）

圖3 橋梁混凝土聲波CT成像圖（箱梁右側(cè)）

由圖1可知，箱梁左側(cè)梁板混凝土整體平均波速在3800m/s左右，無(wú)明顯低波速區(qū)域，說(shuō)明檢測(cè)對(duì)象混凝土密實(shí)性較好，表面裂縫并無(wú)較大影響，可以正常使用。

由圖2可知，箱梁右側(cè)梁板混凝土整體波速在4000m/s左右，無(wú)明顯低波速區(qū)域，說(shuō)明該梁板混凝土密實(shí)性較好，施工質(zhì)量控制得當(dāng)，可以正常使用。

4 結(jié)語(yǔ)

本文應(yīng)用無(wú)線CT檢測(cè)儀對(duì)混凝土箱梁一側(cè)梁板進(jìn)行了質(zhì)量檢測(cè)，應(yīng)用SIRT重構(gòu)技術(shù)呈現(xiàn)了混凝土波速的分布，成果顯示混凝土波速正常，質(zhì)量沒(méi)有問(wèn)題。

應(yīng)用聲波CT成像技術(shù)可以完整，清晰的呈現(xiàn)混凝土內(nèi)部不同部位波速的分布，波速的高低表示混凝土的完整性和密實(shí)性，總體上能評(píng)價(jià)混凝土的質(zhì)量。相比于回彈法，聲波CT成像更能全面的反應(yīng)橋梁箱梁混凝土整體的質(zhì)量，可推廣應(yīng)用于橋梁混凝土質(zhì)量檢測(cè)與評(píng)價(jià)。