孔道壓漿密實度定量檢測方法綜述

何新原 羅東志 鞏士范 張 俊 周大松

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

1 超聲波法（UT）

1.1 數據采集

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程度。檢測時，依據實際情況，將兩個換能器放置在同一側面進行垂直反射的觀測（回波法）或利用兩個換能器進行透射測量 （透射法），得到該測點聲速的相對變化。

超聲波法需要耦合，易引入很強的結構噪聲，且超聲波本身波形復雜、振幅嚴重衰減，是影響檢測結果的主要問題。密士文等［1］發現通過壓制和去除表面直達波，能獲得較好的原始數據。在發射和接收換能器周圍添加高阻尼材料（如泡沫），能有效壓制直達波和面波的影響，根據實際情況，采用對采集到的超聲數據利用τ-p變換及反變換進行處理、頻率濾波、多組換能器數據疊加計算、并聯換能器等方法，可以很好地去除直達波和面波。朱自強等［8］利用虛擬動態聚焦法提高信噪比，即所有的換能器依次作為震源，每次都是1個換能器發射，其他所有換能器用來接收，同時結合相控陣發射超聲波彌補單個換能器陣元發射超聲波時，信噪比較低、易受噪聲干擾的缺陷。

1.2 數據分析

超聲波法的缺陷定量計算主要有成像和建模兩種方式。密士文等［1］在T梁工程檢測應用中驗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發射單元或接收單元，在發射信號期間，各發射單元依次作為點元發射；在接收信號期間，各接收單元同時接收來自物體各點的信號并加以存儲。然后，根據成像點的空間位置，對各陣元接收的信號引入適當的延時，以得到被成像物體的逐點聚焦聲像。該方法改進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，且逐點聚焦掃描可以完成對整個空洞的描述。徐義標等［2］針對箱梁腹板、T梁肋板的縱向波紋管，通過室內試驗，在超聲波對測的基礎上建立空洞估算模型，將首波聲時作為主要依據，對數據進行收集處理，準確估算出空洞大小。

2 沖擊回波法（IE）

2.1 數據采集

彈性沖擊波的基本性質與超聲波類似，根據在波紋管位置反射信號的有無強度，以及混凝土梁底端反射時間的長短，可以初步判斷孔道壓漿有沒有缺陷以及相應的缺陷類型。當存在缺陷的情況下，通過采取在側壁或者頂（底）面不同的激振和接受的方式，可以對孔道壓漿的缺陷位置、規模等進行定位檢測。

然而，通常的沖擊回波法在檢測壓漿密實度時有著明顯的不足，將反射時間作為判斷參數不夠精確，馬國峰等［6］、翁方文等［5］利用沖擊回波等效波速法（IEEV）進行缺陷定位檢測，即在被測試預應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據計算等效反射波速，根據所述等效彈性波速確定橋梁預應力孔道灌漿密實度。使用該方法，當存在灌漿缺陷時，彈性波波線（或部分波線）的傳播距離增加，時間延長，采用基于相關分析為基礎的頻譜分析方法可以敏感地反映該時間的變化；如此，即使灌漿缺陷僅為局部，或者測線不在缺陷的正上方也可適用，從而大大擴展該方法的適用范圍［3］。

2.2 數據分析

沖擊彈性波具有能量大的特點，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“時間—位移”信號轉換為頻域振幅信號，馬國峰等［6］發現FFT更適用于類正弦波的連續分析，在IEEV法分析時有分辨率低、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的自相關系數，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顯式非線性動態分析和有限元模擬，得到18cm混凝土板厚條件下，壓漿密實度與測試主頻、壓漿密實主頻之間的線性關系，可直接用于孔道壓漿密實度定量評估。

3 結語

采用定性與定量相結合的方式對孔道壓漿密實性進行檢測，使檢測手段之間優勢互補，準確、可靠地進行壓漿質量評價，為缺陷孔道處理提供依據。超聲波法和沖擊回波法測量都受自身特性、構件截面形式、管道大小及埋深、管道內缺陷特征、管道材質（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研究的課題，檢測效率低、精度低、適用范圍狹窄等問題也需要作進一步的研究。