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Cscan聲波散射成像技術(shù):大體積混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量無損檢測有新招,!
大體積混凝土結(jié)構(gòu)是橋梁工程、建筑工程,、水利工程等現(xiàn)代土木工程中的重要結(jié)構(gòu),,其體積大、施工難度高,、水泥水化熱難以控制,、內(nèi)部受力復(fù)雜,內(nèi)部經(jīng)常出現(xiàn)施工冷縫,、不密實(shí)甚至空鼓等缺陷,,需要采取適當(dāng)?shù)臋z測方法對其進(jìn)行檢測。
大體積混凝土體積大,,常規(guī)混凝土無損檢測方法如超聲回彈法,、沖擊回波法、雷達(dá)法等對其不適用,,而鉆芯法等有損檢測方法難以對大體積混凝土構(gòu)件進(jìn)行整體評價(jià),。聲波CT法在交通和水利行業(yè)已得到相對成熟的應(yīng)用,但聲波CT法需要至少兩個(gè)可測面,,才能整體評價(jià)大體積混凝土的質(zhì)量,。
Cscan技術(shù)的基本原理及特點(diǎn)
Cscan現(xiàn)場采集
Cscan混凝土檢測設(shè)備如圖2所示
圖2 Cscan混凝土檢測設(shè)備
Cscan數(shù)據(jù)處理
濾波是散射數(shù)據(jù)處理中最為重要的環(huán)節(jié)之一,,行之有效的是以下3種二維濾波技術(shù):F-K,、T-P與雙曲Radon變換。其相互之間的關(guān)系如圖4所示(τ為斜率,;p為截距,;ω為角頻率;v為波速),。
前兩種技術(shù)是線性濾波技術(shù),,功能類似,都是根據(jù)視速度差異濾除直達(dá)波,、面波等具有線性走時(shí)特征的信號(hào)干擾,。雙曲Radon濾波技術(shù)功能更加強(qiáng)大,除了能濾除線性走時(shí)的干擾波,,還可以濾除多次波,,是常用的濾波方法。利用雙曲Radon變換,,將時(shí)間-空間域原始信號(hào)轉(zhuǎn)變成時(shí)間-波速域數(shù)據(jù),,再根據(jù)混凝土波速確定濾波參數(shù)(一般大于2000 m/s),最后進(jìn)行雙曲濾波?,F(xiàn)場采集混凝土內(nèi)反射波/散射波的原始信號(hào)及雙曲濾波后的信號(hào)如圖5和圖6所示,。
圖7 混凝土構(gòu)件的二維波速掃描結(jié)果界面
工程解釋要點(diǎn)
Cscan技術(shù)得到的結(jié)果是空間域的偏移圖像與波速圖像,。偏移圖像是對混凝土構(gòu)件內(nèi)部不均勻性界面的彈性波阻抗差異大小的成像。偏移圖像的工程解釋遵循如下原則:
1
偏移圖像內(nèi)的紅藍(lán)條紋表示混凝土內(nèi)存在波阻抗差異界面。條紋數(shù)量少,,表示結(jié)構(gòu)均勻,,條紋多表示結(jié)構(gòu)均勻性差。條紋的位置就是混凝土內(nèi)界面的位置,,條紋顏色越深,,表示波阻抗差異越大。
2
紅色條紋表示正反射,,說明相比于界面上部介質(zhì),,下部介質(zhì)的波阻抗高,波速大,,密實(shí)性好,,彈性模量高,剛性強(qiáng),。
3
藍(lán)色條紋表示負(fù)反射,,說明對應(yīng)界面下部介質(zhì)相比于上部介質(zhì),其波阻抗低,,波速低,,密實(shí)性差,彈性模量低,,剛性弱,。
4
組合的藍(lán)紅條紋表示條紋部位混凝土不均勻、欠密實(shí),。
現(xiàn)場應(yīng)用及驗(yàn)證
儲(chǔ)罐基坑混凝土測線偏移圖像如圖9所示,,分析圖9可得到以下結(jié)論:
1
出現(xiàn)在水平距離為0~7米與89~96米,深度為3.8米附近和水平距離為7~89米,,深度為4.3米附近的黃色條紋是基坑混凝土結(jié)構(gòu)的底部界面,。
2
混凝土底部界面清楚,中部厚約4.3米,,兩側(cè)減薄,,厚度與設(shè)計(jì)值基本一致。
3
水平距離為0~28米,,深度為2.5~4.0米處存在斷續(xù)的紅,、藍(lán)條紋,表明混凝不均勻,,存在結(jié)構(gòu)差異較大的界面,。推斷或?yàn)楣橇狭6冗^大、或?yàn)檎駬v不足所致,。
儲(chǔ)罐基坑混凝土剖面波速圖像如圖10所示,。分析圖10可得到以下結(jié)論:
1
剖面內(nèi)混凝土波速為1900~3700 m/s,均勻性較差,;現(xiàn)場分幾個(gè)位置進(jìn)行澆筑,,澆筑的位置波速高,上下均勻,,澆筑位置間的混凝土波速較低(1900 m/s),,以深藍(lán)色表示。
2
水平距離為45~55米的中心范圍內(nèi),,從上到下混凝土波速偏高,,達(dá)2800~3700 m/s。
3
水平距離為0~28 m處,,波速差異大,,表示混凝土欠均勻,離散度較大,,與偏移圖像得到的結(jié)論一致,。
為驗(yàn)證檢測結(jié)果,在水平距離為3米處鉆取芯樣,,芯樣長度為2.9米,,如圖11所示,。該芯樣整體質(zhì)量較好,但芯樣在距表面2.53米處斷為兩截,,且在2.53~2.90米深度范圍內(nèi)存在小氣孔和垂直狀裂縫,,與Cscan檢測的結(jié)果基本一致。
結(jié)語