張邦

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢 430063)

0 引言

層狀鋼筋混凝土是工程建筑中常見(jiàn)的一種結(jié)構(gòu)，各層結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷以及層間離縫脫空直接影響到整體結(jié)構(gòu)性能。高鐵無(wú)砟軌道是一種典型的層狀結(jié)構(gòu)，主要由上層的軌道板、下層的支承層以及層間的砂漿層構(gòu)成。無(wú)砟軌道直接承載著高速列車通行，其質(zhì)量好壞、病害與否直接關(guān)系到列車運(yùn)營(yíng)安全。作為一種露天放置、反復(fù)承受列車荷載的層狀結(jié)構(gòu)，無(wú)砟軌道在長(zhǎng)期服役過(guò)程中，在列車荷載、溫度變化、基礎(chǔ)變形以及混凝土自身收縮變形的影響下容易產(chǎn)生裂縫、離縫、脫空等缺陷。

目前我國(guó)運(yùn)營(yíng)高鐵里程超過(guò)4×104km。國(guó)內(nèi)針對(duì)高鐵無(wú)砟軌道無(wú)損檢測(cè)的研究較多，常見(jiàn)物探方法主要有：地質(zhì)雷達(dá)法、沖擊回波法等。地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)方法以其高效、無(wú)損的特點(diǎn)被廣泛用于高鐵軌道缺陷探測(cè)。廖建紅等[1]通過(guò)數(shù)值模擬的方法給出了砂漿層缺陷的雷達(dá)圖像特征；張邦[2]使用地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)滬杭高鐵無(wú)砟軌道沉降及并結(jié)合注漿前后雷達(dá)資料評(píng)價(jià)治理效果，然而使用地質(zhì)雷達(dá)方法受到高鐵無(wú)砟軌道混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋網(wǎng)的干擾屏蔽作用，導(dǎo)致缺陷檢測(cè)的精細(xì)程度不高。沖擊彈性波響應(yīng)方法主要用于查明軌道板以及支承層間病害，湯政[3]、武思思[4]、鐘鵬飛等[5]對(duì)高鐵無(wú)砟軌道線下不同層間病害建立物理實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行理論分析，通過(guò)彈性波動(dòng)力學(xué)響應(yīng)及時(shí)頻特性判斷軌道缺陷，該類方法根據(jù)缺陷部位對(duì)彈性波的振動(dòng)響應(yīng)差異來(lái)判識(shí)軌道線下結(jié)構(gòu)病害，只能做到定性判識(shí)缺陷位置，無(wú)法定量評(píng)估缺陷的深度及大小。

超聲波方法用于混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)較多。嚴(yán)武平等[6]對(duì)使用單點(diǎn)超聲波法檢測(cè)高鐵軌道板層間缺陷，利用頻譜特征定性地分析層間離縫。張邦等[7]結(jié)合超聲波方法和地質(zhì)雷達(dá)方法聯(lián)合檢測(cè)軌道板沉降缺陷，取得了一致的效果。楊春[8]研究了分層物體的超聲檢測(cè)方法，使用合成孔徑方法采集的小孔徑數(shù)據(jù)，利用延遲疊加的方法合成大孔徑以提高成像精度，但是使用小孔徑采集模式無(wú)法得到混凝土結(jié)構(gòu)的超聲波速度，不利于精確成像。

1 層狀結(jié)構(gòu)常見(jiàn)損傷特征與檢測(cè)方法

1.1 層狀結(jié)構(gòu)常見(jiàn)損傷特征

層狀混凝土結(jié)構(gòu)在服役過(guò)程中產(chǎn)生的常見(jiàn)損傷主要有各層狀結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫、斷裂損傷以及層間離縫、脫空等。這些結(jié)構(gòu)損傷具有隱蔽性強(qiáng)和尺度小的特點(diǎn)，肉眼難以發(fā)現(xiàn)。部分損傷如表面的裂縫可直接觀察，但是其發(fā)育的深度無(wú)法直接測(cè)量。

以運(yùn)營(yíng)高鐵無(wú)砟軌道為列，從上到下依次為軌道板(厚25 cm)、砂漿層(厚3 cm)、支承層(厚約30 cm)。運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的層間離縫、脫空等缺陷尺度極小，通常只有數(shù)毫米，少數(shù)達(dá)到厘米級(jí)，且外部難以發(fā)現(xiàn)，而軌道板與支承層內(nèi)裂縫尺度更小，往往不到1 mm。另外，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部成分復(fù)雜，鋼筋密布，給缺陷的高精度檢測(cè)帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)。

針對(duì)層狀無(wú)砟軌道砂漿層不密實(shí)、脫空、離縫等缺陷，建立無(wú)砟軌道層間損傷數(shù)值模型(圖1)，利用彈性波方程有限差分法進(jìn)行數(shù)值模擬。

圖1 無(wú)砟軌道與層間病害數(shù)值模型Fig.1 Ballastless track and numerical model of interlaminar damages

各類損傷模型以圖1(b)所示的模型為基礎(chǔ)，模擬不密實(shí)缺陷時(shí)，設(shè)置病害區(qū)橫波速度為1000 m/s；模擬脫空時(shí)，砂漿層缺陷橫波速度設(shè)為0 m/s；模擬離縫時(shí)，離縫區(qū)域速度為0 m/s，厚度為0.01 m，離縫分別出現(xiàn)在砂漿層頂部和底部。使用0.01 m規(guī)則網(wǎng)格對(duì)模型剖分，主頻40 kHz 雷克子波作為聲源，按0.01 m道間距進(jìn)行數(shù)值模擬，不同缺陷模型模擬聲壓剖面如圖2所示。

圖2 砂漿層缺陷數(shù)值模擬Fig.2 Numerical simulation of defects in mortar layer

圖2為砂漿層缺陷(不密實(shí)、脫空、離縫)數(shù)值模擬結(jié)果。圖2(a)中，對(duì)于砂漿層松散缺陷，會(huì)在松散區(qū)端部產(chǎn)生繞射，低速松散區(qū)會(huì)導(dǎo)致砂漿層底部即支承層頂界面反射同相軸相對(duì)其他位置有延遲，且會(huì)產(chǎn)生多次波。圖2(b)中，砂漿層灌注不飽滿導(dǎo)致的脫空，會(huì)在砂漿層頂部產(chǎn)生很強(qiáng)的反射波，且超聲波無(wú)法穿透脫空區(qū)域，導(dǎo)致下部支承層頂?shù)捉缑鏌o(wú)反射，同時(shí)，脫空區(qū)域兩端也會(huì)產(chǎn)生繞射波。圖2(c)為砂漿層頂部離縫模擬記錄，離縫厚1 cm，與脫空(厚度5 cm)情況相同，由于超聲橫波無(wú)法穿透空氣，此時(shí)離縫與脫空對(duì)超聲橫波產(chǎn)生的效果相同。當(dāng)離縫在砂漿層底部時(shí)(圖2(d))，離縫部位會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的反射波，且離縫反射同相軸會(huì)比砂漿層底界面反射同相軸到時(shí)更短，離縫反射波會(huì)在砂漿層間多次震蕩，能量逐次衰減。

1.2 超聲波檢測(cè)方法

超聲波在混凝土結(jié)構(gòu)中的傳播機(jī)理復(fù)雜，會(huì)在混凝土內(nèi)部石塊、鋼筋、裂隙、孔隙等內(nèi)部阻抗界面上發(fā)生反射、散射、波場(chǎng)轉(zhuǎn)換等，這種情況下，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部微小的裂縫、離縫及脫空進(jìn)行準(zhǔn)確的探測(cè)難度較大。通常層狀混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫以及層間離縫等缺陷充填著空氣或水等流體介質(zhì)，而橫波無(wú)法在流體介質(zhì)中傳播，因而對(duì)上述缺陷更為敏感。另外，橫波相比縱波波速更低，波長(zhǎng)更短，具有更高的分辨率。本文采用MIRA A1040型混凝土檢測(cè)設(shè)備采集數(shù)據(jù)，該設(shè)備通過(guò)12通道換能器組成線性陣列，各換能器間距3 cm。換能器(圖3)通過(guò)點(diǎn)接觸硬耦合方式直接作用于檢測(cè)面，探頭尖端與軌道板表面接觸點(diǎn)直徑約1 mm，數(shù)據(jù)采集過(guò)程中無(wú)需使用耦合劑。超聲換能器帶寬為25～80 kHz，直接激發(fā)超聲橫波，通過(guò)接觸點(diǎn)向檢測(cè)對(duì)象發(fā)射和接收信號(hào)。

圖3 超聲點(diǎn)接觸干耦合探頭Fig.3 Ultrasonic point contact dry coupled probe

超聲橫波在無(wú)砟軌道混凝土結(jié)構(gòu)中的傳播速度范圍在2600～3200 m/s，使用50 kHz 脈沖信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。在檢測(cè)面上等間距布置測(cè)線、測(cè)點(diǎn)組成測(cè)網(wǎng)，測(cè)點(diǎn)間距為0.2 m，每個(gè)測(cè)點(diǎn)使用換能器陣列按如圖4(a)示意方式采集半矩陣數(shù)據(jù)并進(jìn)行TFM成像[9-10]。換能器排列從左到右，第1個(gè)探頭發(fā)射時(shí)，其右邊11 個(gè)探頭接收信號(hào)，第2 個(gè)探頭發(fā)射時(shí)，其右邊10 個(gè)探頭接收信號(hào)，陣元接收到的信號(hào)記為Rij，其中i為發(fā)射陣元編號(hào)(1 ≤i ＜N)，j為接收陣元編號(hào)(i ＜j≤N)。按此方式每個(gè)探頭發(fā)射時(shí)，其右邊所有探頭接收信號(hào)，最終得到半矩陣數(shù)據(jù)，如圖4(b)所示。

圖4 超聲陣列半矩陣數(shù)據(jù)采集示意Fig.4 Ultrasonic array half matrix data acquisition diagram

完成一次采集共可以得到66道數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)該線性陣列的半矩陣數(shù)據(jù)采集，如圖5所示，圖中超聲直達(dá)波和反射波明顯，藍(lán)線為前兩個(gè)探頭激發(fā)時(shí)的表面直達(dá)波，紅線為層狀介質(zhì)界面反射波信號(hào)。

1.2.2 課中討論 A組（教改組）：（1）病例匯報(bào)階段：在前期準(zhǔn)備基礎(chǔ)上，翻轉(zhuǎn)課堂進(jìn)行過(guò)程中小組抽簽后對(duì)前期分發(fā)的病例進(jìn)行講解，包括對(duì)臨床病史分析、檢查方法的選擇、影像學(xué)征象及鑒別診斷、治療原則等進(jìn)行簡(jiǎn)明扼要的講解，其他小組學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)和討論，并記錄問(wèn)題，教師重點(diǎn)收集不同意見(jiàn)，觀察學(xué)生講解得情況及其余同學(xué)得討論和交流情況；（2）教師指導(dǎo)階段：教師對(duì)講解小組進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，對(duì)課中闡述的重點(diǎn)、難點(diǎn)及疑點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行解答，并對(duì)延伸出的相關(guān)交叉學(xué)科知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行分析；（3）總結(jié)回顧階段：組織學(xué)生根據(jù)講解內(nèi)容自行回顧影像資料，擬寫出診斷報(bào)告并總結(jié)相關(guān)知識(shí)點(diǎn)、提出問(wèn)題，教師根據(jù)提出的問(wèn)題進(jìn)行梳理并集中講解。

圖5 超聲陣列半矩陣記錄Fig.5 Ultrasonic array common shot point gather

2 層狀結(jié)構(gòu)成像原理

2.1 TFM原理

對(duì)點(diǎn)接觸換能器陣列采集的半矩陣數(shù)據(jù)，使用TFM 對(duì)層狀混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。TFM 成像示意圖如圖6所示。

圖6 全聚焦疊加原理示意圖Fig.6 Schematic diagram of kirschhoffdiffraction superposition principle

對(duì)半矩陣中的單個(gè)回波記錄成像時(shí)，記發(fā)射點(diǎn)為S，接收點(diǎn)G，則聚焦點(diǎn)為M的成像幅值SM為

式(1)中，Rij(ti,j)為半矩陣數(shù)據(jù)中第i/j個(gè)探頭對(duì)激發(fā)/接收到的信號(hào)，其中ti,j為發(fā)射點(diǎn)S到聚焦成像點(diǎn)M最短傳播時(shí)間tS和成像點(diǎn)M到接收點(diǎn)G的傳播時(shí)間tG之和。對(duì)單一混凝土介質(zhì)，ti,j的計(jì)算可通過(guò)距離除以時(shí)間得到；但是對(duì)于層狀混凝土結(jié)構(gòu)，進(jìn)行精確成像需要得到超聲波在各層混凝土結(jié)構(gòu)中的傳播速度v，和成像點(diǎn)到激發(fā)和接收點(diǎn)的傳播路徑以及最短時(shí)間tS、tG。

2.2 最短時(shí)間計(jì)算

超聲波在上下速度存在差異的層間介質(zhì)中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射現(xiàn)象，可使用射線追蹤計(jì)算超聲波在層間傳播的最短時(shí)間，以及對(duì)應(yīng)的路徑。利用LTI方法計(jì)算超聲波在層狀軌道板結(jié)構(gòu)中傳播的最小時(shí)間與路徑。

如圖7 所示，對(duì)于任意兩點(diǎn)A、B和成像點(diǎn)C，其坐標(biāo)為(xa,za)、(xb,zb)，已知激發(fā)點(diǎn)O到A、B兩點(diǎn)的聲波到達(dá)時(shí)間ta、tb，假設(shè)超聲波射線從A、B間的點(diǎn)D(xd,zd)傳播到達(dá)點(diǎn)C。根據(jù)最短時(shí)間原理，可求得點(diǎn)C的最短到時(shí)公式[11]為

圖7 由A、B 兩點(diǎn)時(shí)間插值求C 點(diǎn)時(shí)間的幾何關(guān)系Fig.7 The geometric relation of time at C is obtained by interpolation of time at two points A, B

式(2)中，|AB|、|AC|分別為AB兩點(diǎn)和AC兩點(diǎn)間距離，φ為AB、AC之間的夾角。

LTI方法通過(guò)網(wǎng)格剖分的方法計(jì)算超聲波在結(jié)構(gòu)物內(nèi)部傳播時(shí)間，同樣適用于任意已知復(fù)雜結(jié)構(gòu)。圖8 為利用射線追蹤方法模擬得到的超聲波在層狀無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)中的傳播路徑與等時(shí)線圖。模型長(zhǎng)1 m，從上到下為軌道板、砂漿層、支承層，厚度分別為0.25 m、0.05 m、0.3 m，橫波速度分別為2700 m/s、2000 m/s、2500 m/s，換能器在(0.2,0)激發(fā)。圖8 中實(shí)線為超聲波向下傳播的最短時(shí)間等時(shí)線，虛線為支承層底反射波等時(shí)線，折線為部分接收點(diǎn)的傳播路徑。換能器激發(fā)信號(hào)后，超聲波向下傳播，遇到砂漿層和支承層時(shí)由于速度差異，波前面形態(tài)發(fā)生變化，沿波前面法線方向?yàn)槌暡ㄉ渚€路徑，當(dāng)入射角較大時(shí)，在波阻抗界面處發(fā)生偏折現(xiàn)象。

圖8 層狀軌道板超聲傳播最短時(shí)間與傳播路徑Fig.8 The shortest ultrasonic propagation time and propagation path of layered track plate

高鐵無(wú)砟軌道板和支承層由于設(shè)計(jì)的混凝土標(biāo)號(hào)不同，聲波速度存在較大差異，成像前對(duì)不同混凝土結(jié)構(gòu)層上進(jìn)行波速測(cè)試，得到各層超聲波速度v。利用公式(2)計(jì)算發(fā)射點(diǎn)-成像點(diǎn)-接收點(diǎn)最短到達(dá)時(shí)間時(shí)，先對(duì)成像區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格劃分(如圖6 所示)，用網(wǎng)格點(diǎn)代表成像點(diǎn)，對(duì)每一個(gè)回波記錄，利用無(wú)砟軌道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的速度值，可以精確地計(jì)算成像點(diǎn)到激發(fā)和接收點(diǎn)的傳播最短時(shí)間tS、tG，帶入TFM成像公式(1)即可得到成像點(diǎn)幅值。

3 層間損傷定量分析

超聲波在層狀混凝土結(jié)構(gòu)中傳播，經(jīng)過(guò)層間界面時(shí)，層間接觸狀態(tài)的差異會(huì)導(dǎo)致超聲波在結(jié)構(gòu)面反射能量不同，當(dāng)出現(xiàn)離縫、脫空時(shí)，反射能量會(huì)顯著增強(qiáng)。使用TFM 可對(duì)層狀無(wú)砟軌道混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確成像，但是對(duì)混凝土層間狀態(tài)的評(píng)價(jià)只能根據(jù)反射面成像的能量幅值定性分析。本文基于超聲波反射波信號(hào)和直達(dá)波信號(hào)進(jìn)行能量特征分析，計(jì)算界面密實(shí)度指標(biāo)。

用超聲反射波能量來(lái)評(píng)價(jià)無(wú)砟軌道結(jié)構(gòu)層間狀態(tài)，要考慮在探頭與檢測(cè)面接觸耦合的一致性問(wèn)題，即采集數(shù)據(jù)時(shí)部分接收單元由于探頭耦合較好，使得目的層反射能量相對(duì)較強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致離縫、脫空的誤判。使用超聲波沿檢測(cè)面?zhèn)鞑サ闹边_(dá)表面波能量為基準(zhǔn)分析反射波能量可有效避免該問(wèn)題。

計(jì)算步驟如圖9 所示。首先，對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行去零漂、濾波等預(yù)處理。然后，利用一個(gè)探頭激發(fā)多個(gè)探頭接收的信號(hào)表面直達(dá)波，計(jì)算軌道板速度值v及其對(duì)應(yīng)的直達(dá)波累計(jì)參考能量A0。其次，根據(jù)速度v進(jìn)行反射波校正疊加，形成疊后實(shí)測(cè)反射能量值為A(x,t)實(shí)測(cè)，其中x為測(cè)點(diǎn)位置，t為目的界面反射波傳播時(shí)間。再次，根據(jù)能量擴(kuò)散衰減理論，以表層參考能量A0為基礎(chǔ)，計(jì)算目的界面反射能量參考理論能量幅值A(chǔ)(x,t)理論。最后，將實(shí)際疊后振幅取絕對(duì)值得到A(x,t)實(shí)測(cè)與計(jì)算出的參考理論能量值A(chǔ)(x,t)理論相除，獲得密實(shí)指數(shù)Cf(x,t)：

圖9 密實(shí)指數(shù)計(jì)算流程圖Fig.9 Flow chart of compactness index calculation

式(4)中，α為衰減系數(shù)，v為速度，t為傳播時(shí)間。在理論能量值計(jì)算過(guò)程中，超聲主頻為50 kHz，超聲橫波波長(zhǎng)約為6 cm，大于混凝土軌道板內(nèi)骨料顆粒直徑，鋼筋和骨料對(duì)超聲波能量衰減不大，因此本文主要考慮擴(kuò)散衰減系數(shù)αd和材料衰減系數(shù)αm(包含吸收和散射衰減)[12]。當(dāng)頻率為定值時(shí)，材料衰減率αm為定值，總衰減率α只和擴(kuò)散衰減率有關(guān)，且為距離的函數(shù)[12]。α根據(jù)一點(diǎn)激發(fā)多道接收的表面直達(dá)波能量衰減情況近似計(jì)算。得到整個(gè)檢測(cè)面的密實(shí)指數(shù)后，根據(jù)速度v將指數(shù)時(shí)間剖面由時(shí)間域變換到深度域，最終得到具有深度信息的密實(shí)指數(shù)深度剖面Cf(x,z)，其值越大表明密實(shí)度越高。

4 層狀結(jié)構(gòu)超聲成像檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

4.1 結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫檢測(cè)

采用陣列式超聲成像方法對(duì)軌道板結(jié)構(gòu)內(nèi)部的微小結(jié)構(gòu)及裂縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以適當(dāng)提高檢測(cè)主頻，對(duì)軌道板上的裂縫進(jìn)行精細(xì)檢測(cè)。對(duì)軌道板裂縫進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，采集陣列(換能器間距0.03 m) 橫跨裂縫并以裂縫為中心點(diǎn)進(jìn)行半矩陣數(shù)據(jù)采集，發(fā)射信號(hào)主頻70 kHz，成像剖面如圖10(a)所示，圖中可清晰地看到軌道板結(jié)構(gòu)內(nèi)部的兩層鋼筋結(jié)構(gòu)、軌道板底界面，剖面中存在從坐標(biāo)(0,0)至(-0.1,0.2)斜向連續(xù)能量團(tuán)，推測(cè)該裂縫為傾斜發(fā)育，深度0.2 m (如圖10(a)中黑線所示)，該探測(cè)結(jié)果與從軌道板側(cè)邊觀察結(jié)果基本相符。為確保探測(cè)結(jié)構(gòu)的有效性，以裂縫為中心，將探測(cè)裝置反轉(zhuǎn)，進(jìn)行重復(fù)探測(cè)，結(jié)果圖10(b)所示，兩次檢測(cè)剖面有較好的重復(fù)性。

圖10 無(wú)砟軌道板裂縫檢測(cè)剖面圖Fig.10 Section drawing of crack detection of ballastless track plate

4.2 層狀結(jié)構(gòu)檢測(cè)

沿高鐵層狀無(wú)砟軌道方向布置測(cè)線，測(cè)線長(zhǎng)度100 m，測(cè)點(diǎn)間距0.2 m，每個(gè)測(cè)點(diǎn)采集半矩陣數(shù)據(jù)。使用層狀介質(zhì)TFM和單一均勻介質(zhì)TFM處理結(jié)果如圖11所示，圖11(a)為層狀介質(zhì)TFM成像結(jié)果，圖11(b)為使用固定速度TFM 成像結(jié)果。圖11中虛線為上層軌道板內(nèi)鋼筋層，實(shí)線為軌道板底界面，箭頭所示同相軸為支承層底界面。由于軌道板超聲波速度高于支承層速度，兩者成像結(jié)果中，上層支承層結(jié)果基本一致，而支承層底界面成像結(jié)果則出現(xiàn)較大差別，如圖中箭頭所示，常速度成像結(jié)果中支承層底界面層位深度偏差較大，且成像結(jié)果不聚焦。

4.3 層間離縫檢測(cè)

圖12(a)為無(wú)砟軌道砂漿層泛漿情況，使用陣列式超聲波方法檢測(cè)層狀無(wú)砟軌道的層間離縫時(shí)，在軌道板表面布置多條測(cè)線組成測(cè)網(wǎng)(圖12(b))，線間距0.5 m，點(diǎn)距0.2 m，逐點(diǎn)測(cè)量。計(jì)算每個(gè)測(cè)點(diǎn)的密實(shí)指數(shù)，最終可得到三維密實(shí)指數(shù)Cf(x,y,z)，其中x、y為測(cè)點(diǎn)平面坐標(biāo)，z為深度。取軌道板界面深度z=0.25 m，得到密實(shí)指數(shù)平面圖(圖13)，橫坐標(biāo)為沿軌道方向的距離，縱坐標(biāo)為垂直軌道方向距離。圖13 中密實(shí)指數(shù)小于0.8的藍(lán)色區(qū)域?qū)?yīng)軌道板側(cè)邊離縫泛漿發(fā)育范圍。

圖12 無(wú)砟軌道離縫與超聲檢測(cè)測(cè)線布置圖Fig.12 Ballastless track offseam and ultrasonic testing line layout

圖13 軌道板密實(shí)指數(shù)平面圖Fig.13 Plan of track plate compactness index

根據(jù)該結(jié)果在無(wú)砟軌道側(cè)邊布置等間隔的注膠孔，為避免軌道板上拱變形，采用低壓(0.1～0.2 MPa)注膠的方式，將灌注膠注入無(wú)砟軌道板離縫(圖14(a))。注膠從一端逐步向另一端進(jìn)行，直到全部注膠孔注滿注完。灌注膠在較小的壓力下擴(kuò)散充填離縫，最終的注膠量(圖14(b)藍(lán)色曲線)在側(cè)邊6～12 m 范圍內(nèi)明顯高于其他位置，圖14(b)中紅色曲線為圖13平面圖中沿軌道方向左側(cè)0.3 m處的密實(shí)指數(shù)曲線，與注膠量結(jié)果有較好的對(duì)應(yīng)性，即密實(shí)度指數(shù)較低處注膠量較大。

圖14 軌道板離縫注膠及注膠量Fig.14 Amount of grouting for track plate

5 結(jié)論

本文針對(duì)層狀鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層內(nèi)裂縫以及層間離縫等損傷，使用基于超聲橫波的點(diǎn)接觸陣列采集半矩陣數(shù)據(jù)，有效查明鋼筋混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)和裂縫。利用LTI射線追蹤方法計(jì)算聲波最短到達(dá)時(shí)間用于TFM 成像，相比單一介質(zhì)常速度成像結(jié)果，具有深度準(zhǔn)確、分辨率高、聚焦性好的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)層間損傷，以超聲直達(dá)波能量為基準(zhǔn)，利用反射波能量計(jì)算密實(shí)指數(shù)，可定量分析無(wú)砟軌道層間狀態(tài)。使用基于網(wǎng)格剖分的LTI 射線追蹤方法提高超聲TFM 成像精度對(duì)任意已知復(fù)雜結(jié)構(gòu)內(nèi)部高精度成像具有借鑒意義。