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目前檢測樁基內(nèi)部結(jié)構(gòu)的方法較多，如利用動(dòng)能、光、聲、電、熱、磁和放射法等技術(shù)。比較常見的方法有低應(yīng)變動(dòng)力測試、探地雷達(dá)測試、鉆芯法、超聲波透射法等。各種方法都有其優(yōu)、缺點(diǎn)。
（1）低應(yīng)變動(dòng)力測試速度快、成本低。但該方法在測試大樁徑或超長樁時(shí)，其數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，且樁的淺層缺陷容易屏蔽深層缺陷。
（2）探地雷達(dá)測試精度較高，成果較為直觀。但該方法測試易受外界電磁信號(hào)干擾，且在遇到金屬界面和富水區(qū)域時(shí)，其信號(hào)容易被屏蔽，且成本較高。
（3）鉆芯法是檢測樁基內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)用最古老，技術(shù)最成熟，最直觀的方法。但該方法檢測速度慢、成本高，對(duì)樁基會(huì)造成一定的物理破壞，只能進(jìn)行少量抽測?，F(xiàn)在，超聲波透射法已經(jīng)能夠成熟地應(yīng)用于樁基檢測領(lǐng)域。在工程中，較為重要的大直徑樁基，多會(huì)預(yù)埋聲測管進(jìn)行超聲波透射法檢測。但超聲波透射法所得波速為剖面間介質(zhì)平均縱波速度，因而它雖然能測得缺陷，但其分辨率并不高?，F(xiàn)用超聲波透射法結(jié)合CT層析成像技術(shù)，能夠得出剖面間介質(zhì)實(shí)際縱波速度。因而，該技術(shù)具有高準(zhǔn)確率和高分辨率的特點(diǎn)，并且能直觀地展示檢測成果，其應(yīng)用意義較大。這種用超聲波透射法結(jié)合CT層析成像技術(shù)的方法，即為超聲波CT技術(shù)。
1 方法技術(shù)與原理
1．1 超聲波透射原理
（1）超聲波是一種頻率超過20 kHz的機(jī)械波。它在介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到不同介質(zhì)，將發(fā)生波的反射、折射、繞射、衰減等現(xiàn)象。相應(yīng)地，傳播時(shí)的振幅、波形、頻率也會(huì)發(fā)生變化。若在一個(gè)有限的、均質(zhì)的，且各向同性的介質(zhì)中傳播時(shí)，超聲波的傳播速度與介質(zhì)的某些性質(zhì)則有如下關(guān)系：變化，分析判斷介質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。用超聲法來檢測樁基的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，主要是基于混凝土的強(qiáng)度，其強(qiáng)度越高，超聲波的波速就越快。因此，當(dāng)超聲波在樁基中傳播遇到軟弱層、缺陷或不密實(shí)區(qū)域時(shí)，產(chǎn)生繞射或直接穿過低速介質(zhì)時(shí)，其聲時(shí)值偏大，波幅和頻率降低。根據(jù)此特點(diǎn)，即可判定出樁基的內(nèi)部情況。
1．2 CT層析成像技術(shù)
CT層析成像技術(shù)是近年發(fā)展起來的一門應(yīng)用交叉學(xué)科，涉及數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)、工程與材料等許多學(xué)科，有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。采用層析成像技術(shù)，可以在不損傷“檢測對(duì)象”內(nèi)部結(jié)構(gòu)的情況下，根據(jù)從“檢測對(duì)象”用檢測設(shè)備獲得的投影數(shù)據(jù)，通過射線追蹤和反演的迭代運(yùn)算，求得測試區(qū)域的波速場，并生成二維、三維圖像，以呈現(xiàn)出測試對(duì)象內(nèi)部的幾何形態(tài)和物理特性。層析成像檢測技術(shù)具有信息量豐富，準(zhǔn)確可靠，手段多樣化，費(fèi)用相對(duì)較低、速度較快的特點(diǎn)，缺陷評(píng)估更直觀。超聲波CT技術(shù)其基本原理是：超聲波透射數(shù)據(jù)采集進(jìn)行一發(fā)多收的扇形法數(shù)據(jù)采集，具有Ⅳ個(gè)發(fā)射點(diǎn)，每個(gè)發(fā)射點(diǎn)都有 個(gè)接收數(shù)據(jù)，形成孔間射線網(wǎng)絡(luò)（其發(fā)射、接收如圖1所示）。將孔間剖面劃分成N X M個(gè)網(wǎng)格，這樣便有了足夠的CT層析成像數(shù)據(jù)。成像主要計(jì)算步驟為：
（1）網(wǎng)格劃分，建立初始波速模型 。
（2）計(jì)算理論走時(shí)與實(shí)際觀測值的殘差△￡。
（3）建立并求解大型稀疏超定或亞定方程：A△ V = At式中A為N X M 階Jacobi矩陣；AV為 維曼度（速度的倒數(shù)）修正列向量；At為Ⅳ維走時(shí)觀測值與理論計(jì)算值之差。
（4）在計(jì)算出△ 后，對(duì)初始波速模型進(jìn)行修正，重新代人上述步驟（2）～步驟（4）步，直至實(shí)測走時(shí)與理論走時(shí)之差小于預(yù)先給定的一個(gè)正數(shù)，即可成像輸出最終結(jié)果。從而可直觀地了解介質(zhì)的波速分布，借以解決介質(zhì)內(nèi)部質(zhì)量問題。
2 超聲波CT測試
2．1 儀器設(shè)備
作者使用中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所生產(chǎn)的RSMSY5數(shù)字智能聲波檢測儀，主要包括超聲波的發(fā)生、傳遞、信號(hào)自動(dòng)采集、放大、聲時(shí)測量、數(shù)據(jù)存盤、自動(dòng)計(jì)算波速和實(shí)時(shí)圖形顯示等功能，采用40 kHz的單發(fā)單收柱狀徑向換能器（該頻率換發(fā)能器檢測混凝土介質(zhì)具有較好的效果）。
2．2 數(shù)據(jù)處理軟件
CT層析成像使用軟件為WYS2005工程物探信息系統(tǒng)。該軟件系統(tǒng)功能較為完善，可以對(duì)超聲波透射資料進(jìn)行處理與管理。該軟件對(duì)超聲波透射數(shù)據(jù)進(jìn)行二維、三維反演處理，所得結(jié)果能較好地反映工程實(shí)際情況。
2．3 測試過程
被檢測介質(zhì)一般為由多種材料組成的非均質(zhì)介質(zhì)，會(huì)存在如孔隙、水、空氣等，所以超聲波在介質(zhì)中傳播會(huì)有較大衰減。采用低頻換能器和加大發(fā)射信號(hào)功率，均能增大檢測距離。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)需要適當(dāng)選擇。換能器應(yīng)與介質(zhì)有良好的聲耦合。如在混凝土二平行面檢測，則需對(duì)測點(diǎn)位置進(jìn)打磨和表面除塵處理，以保證其表面平整度，明確超聲波的傳播路徑，常用黃油、凡士林等材料作為耦合劑。如在平行孔中檢測，則需在檢測孔中注滿清水，以保證換能器與被檢測介質(zhì)耦合良好（超聲波透射法測試示意圖見下頁圖2）?！?14．4 m段進(jìn)行介紹）。通過現(xiàn)場測試得到聲時(shí)與聲速值，通過數(shù)據(jù)對(duì)比，聲速異常段波速值見表1。
2．4 CT層析成像根據(jù)超聲波透射所采集到的數(shù)據(jù)，應(yīng)用WYS 2005層析成像，可以得到成果圖（見下頁圖3、圖4）（選取2剖面 3剖面、3剖面～4剖面）。
2．5 超聲波CT測試成果分析從檢測數(shù)據(jù)表1可知，該被檢測樁在1剖面～3剖面、2剖面～3剖面、3剖面～4剖面的14．0 m～ 14．4 m段，波速值明顯偏低。從測試成果圖3、圖4可知，2剖面～3剖面在測深14．0 m～14．4 m、測距1 100 m～1 920 mm段（近三號(hào)聲測管段），3剖面～4剖面在測深14．0 m～14．4 m、測距0 mill～500 mill段（近三號(hào)聲測管段），為色譜異常區(qū)域。從以上分析可知，該樁在14．0 m～14．4 m段，近三號(hào)聲測管混凝土離析（橫截面見下頁圖5），該段混凝土強(qiáng)度比正常段低約20％ 。以上測試結(jié)果與后期該樁基取芯驗(yàn)證結(jié)果一致。
3 結(jié)論
超聲波CT技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，效率高，成本較低。從以上的實(shí)例可以看出，其測試結(jié)果具有高分辨率、高確率的特點(diǎn)。因此，該方法在檢測樁基內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面有很好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，該方法在基礎(chǔ)建設(shè)中，定能發(fā)揮重要的作用。
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