孔道压浆密实度定量检测方法综述

何新原 罗东志 巩士范 张 俊 周大松

（1.苏交科集团股份有限公司，江苏 南京 210017；2.宿迁市高速铁路建设发展有限公司，江苏 宿迁 263800；3.江苏宿迁交通工程建设有限公司，江苏 宿迁 263800）

1 超声波法（UT）

1.1 数据采集

超声波法（UT）利用超声脉冲波在不同缺陷程度空洞传播路径的差异，可以判断孔道压浆密实程度。检测时，依据实际情况，将两个换能器放置在同一侧面进行垂直反射的观测（回波法）或利用两个换能器进行透射测量 （透射法），得到该测点声速的相对变化。

超声波法需要耦合，易引入很强的结构噪声，且超声波本身波形复杂、振幅严重衰减，是影响检测结果的主要问题。密士文等［1］发现通过压制和去除表面直达波，能获得较好的原始数据。在发射和接收换能器周围添加高阻尼材料（如泡沫），能有效压制直达波和面波的影响，根据实际情况，采用对采集到的超声数据利用τ-p变换及反变换进行处理、频率滤波、多组换能器数据叠加计算、并联换能器等方法，可以很好地去除直达波和面波。朱自强等［8］利用虚拟动态聚焦法提高信噪比，即所有的换能器依次作为震源，每次都是1个换能器发射，其他所有换能器用来接收，同时结合相控阵发射超声波弥补单个换能器阵元发射超声波时，信噪比较低、易受噪声干扰的缺陷。

1.2 数据分析

超声波法的缺陷定量计算主要有成像和建模两种方式。密士文等［1］在T梁工程检测应用中验证了超声反射波合成孔径聚焦成像方法用于定量分析压浆缺陷的可行性，把超声换能器阵列分为若干个发射单元或接收单元，在发射信号期间，各发射单元依次作为点元发射；在接收信号期间，各接收单元同时接收来自物体各点的信号并加以存储。然后，根据成像点的空间位置，对各阵元接收的信号引入适当的延时，以得到被成像物体的逐点聚焦声像。该方法改进了普通的孔径聚焦成像法信噪比较低、易受噪声干扰的缺点，且逐点聚焦扫描可以完成对整个空洞的描述。徐义标等［2］针对箱梁腹板、T梁肋板的纵向波纹管，通过室内试验，在超声波对测的基础上建立空洞估算模型，将首波声时作为主要依据，对数据进行收集处理，准确估算出空洞大小。

2 冲击回波法（IE）

2.1 数据采集

弹性冲击波的基本性质与超声波类似，根据在波纹管位置反射信号的有无强度，以及混凝土梁底端反射时间的长短，可以初步判断孔道压浆有没有缺陷以及相应的缺陷类型。当存在缺陷的情况下，通过采取在侧壁或者顶（底）面不同的激振和接受的方式，可以对孔道压浆的缺陷位置、规模等进行定位检测。

然而，通常的冲击回波法在检测压浆密实度时有着明显的不足，将反射时间作为判断参数不够精确，马国峰等［6］、翁方文等［5］利用冲击回波等效波速法（IEEV）进行缺陷定位检测，即在被测试预应力孔道的中心线位置固定加速度传感器，用激振锤敲击激振，通过采集的激振弹性波数据计算等效反射波速，根据所述等效弹性波速确定桥梁预应力孔道灌浆密实度。使用该方法，当存在灌浆缺陷时，弹性波波线（或部分波线）的传播距离增加，时间延长，采用基于相关分析为基础的频谱分析方法可以敏感地反映该时间的变化；如此，即使灌浆缺陷仅为局部，或者测线不在缺陷的正上方也可适用，从而大大扩展该方法的适用范围［3］。

2.2 数据分析

冲击弹性波具有能量大的特点，因而特别适用于频谱分析。频谱分析的方法有很多，目前主要采用高速傅立叶变换FFT和最大熵法MEM。高速傅立叶变换FFT将冲击回波“时间—位移”信号转换为频域振幅信号，马国峰等［6］发现FFT更适用于类正弦波的连续分析，在IEEV法分析时有分辨率低、分辨率不足的问题，而MEM法解决了这一问题，在不增加熵的条件下推定信号的自相关系数，从而推算其频谱。

除高速傅立叶变换FFT和最大熵法MEM外，褚锋等［4］基于ABAQUS显式非线性动态分析和有限元模拟，得到18cm混凝土板厚条件下，压浆密实度与测试主频、压浆密实主频之间的线性关系，可直接用于孔道压浆密实度定量评估。

3 结语

采用定性与定量相结合的方式对孔道压浆密实性进行检测，使检测手段之间优势互补，准确、可靠地进行压浆质量评价，为缺陷孔道处理提供依据。超声波法和冲击回波法测量都受自身特性、构件截面形式、管道大小及埋深、管道内缺陷特征、管道材质（铁制和塑料）、管道间距等方面的影响，如何避免这些影响是需要持续研究的课题，检测效率低、精度低、适用范围狭窄等问题也需要作进一步的研究。