葉騰飛，賈同福，周龍茂

（東華理工大學(xué) 勘察設(shè)計研究院，江西 撫州 344000）

樁基結(jié)構(gòu)在大型建筑工程中的應(yīng)用越來越多，其結(jié)構(gòu)質(zhì)量在工程整體中起到?jīng)Q定性作用，考慮到樁基大多深埋在地下，因此，樁基的檢測工作一直是施工方的關(guān)注重點。為滿足工程質(zhì)量的無損檢測需求，本文引進透射波法，采用對獲取的聲波進行CT成像的方式，設(shè)計一種針對樁基的檢測方法，期望達到提高檢測結(jié)果成像精度的作用。

1 基于透射波法和聲波CT的樁基檢測 方法設(shè)計

1.1 樁基檢測點布置

相比常規(guī)的結(jié)構(gòu)，樁基工程的復(fù)雜性與隱蔽性更為顯著，并且樁基內(nèi)部結(jié)構(gòu)往往會存在蜂窩與夾泥等影響基體質(zhì)量的現(xiàn)象，這也導(dǎo)致了樁基的力學(xué)與聲學(xué)特性較為特殊。在使用透射波法進行樁基質(zhì)量檢測時，聲波在混凝土中的傳播方式也呈現(xiàn)一種多元化趨勢，而此時終端接收的聲波序列經(jīng)過多層疊加，將變得較為復(fù)雜，因此如何在大量的聲波中提取有效的聲波信息成為了檢測方的研究重點。

為實現(xiàn)對樁基質(zhì)量的有效檢測，需要在檢測前，做好樁基檢測點的布置工作，即在樁基及其混凝土周邊結(jié)構(gòu)布置信號接收點與信號發(fā)射點，通過樁基工程現(xiàn)場的環(huán)境條件，進行兩點之間空間位置與對應(yīng)關(guān)系的描述，以此提高獲取聲波信號的時效性與價值性。

目前，基于聲波CT的檢測方法主要分為兩種：分別為兩側(cè)布置法與四側(cè)布置法。其中兩側(cè)布置法是指將信號發(fā)射點布置在樁基的一側(cè)，并從此側(cè)發(fā)送散點信號，將信號接收點布置在樁基的一側(cè)，從此側(cè)接收信號[1]。其中，四側(cè)布置法是指將信號從樁基的一側(cè)發(fā)送，從另外三側(cè)進行信號的獲取。檢測點布置如圖1所示。

圖1 基于四側(cè)布置法的檢測點布置圖

在布置檢測點時，考慮到樁基結(jié)構(gòu)大多預(yù)埋在土層，整體隱蔽性較強，采用四側(cè)布置法進行檢測點的布置難度較高，因此，本文選擇兩側(cè)布置法執(zhí)行此項工作。檢測點布置圖見圖2。

圖2 基于兩側(cè)布置法的檢測點布置圖

圖2中，點A～點H均為信號的接收點，按照此種方式，進行樁基檢測點的布置。

1.2 聲波初至走時拾取

在完成樁基現(xiàn)場檢測點的布置后，需要對震源激發(fā)的初至波進行獲取，在此過程中的初至波主要是指最先達到信號接收點的聲波?？紤]到樁基聲波CT反演成像中的數(shù)據(jù)均為初至波數(shù)據(jù)，因此，有針對性地獲取初至波十分關(guān)鍵，拾取信號的質(zhì)量可直接影響到聲波CT成像結(jié)果[2]?，F(xiàn)有的信號拾取方法有兩種：分別為自動獲取前端發(fā)送的首波與人工檢索首波。在使用前者進行聲波獲取時，可采用時窗能量比對法，收集能量幅度較高的聲波，此種拾取方式獲取聲波的效率相對較高，適用于對大批量聲波數(shù)據(jù)同時獲取，此種方式獲取的聲波精度相對較差，尤其在樁基結(jié)構(gòu)缺陷較多情況下，可能會存在首波幅度受限的問題。當(dāng)首波幅度過低時，甚至?xí)绊懟蚋深A(yù)到初至波的檢測時間。為確保獲取的聲波可以有效成像，本文采用人工檢索首波的方式進行聲波獲取，采用此種方式獲取的聲波相對穩(wěn)定，并且在獲取聲波過程中的精度也可以得到保障。

1.3 樁基缺陷反演成像及成像特征分析

完成上述檢測準備及檢測后，為了得到更加準確的檢測結(jié)果，還需要對樁基缺陷位置的圖像進行反演，并對其成像特征進行分析，從而得到最終的缺陷檢測結(jié)果。在樁基聲波層結(jié)構(gòu)當(dāng)中，對聲波成像進行獲取[3]。假設(shè)檢測點聲時數(shù)據(jù)個數(shù)為N，在離散網(wǎng)格單元當(dāng)中劃分的個數(shù)為M，將離散的x條射線的測量聲時集合記為Ti，則Ti的表達式為Ti=（T1，T2，T3，……，Tn）。將離散結(jié)構(gòu)當(dāng)中第j個單元的真實波速度記為Vj，則Vj的表達式為Vj=（V1，V2，V3，……，Vm）。則Ti與Vj之間存在著如公式（1）所示的線性關(guān)系：

公式（2）中，A表示為Jacobi矩陣。

在對聲波演化成像進行計算的過程中，由于每個樁基結(jié)構(gòu)上都存在較多的檢測數(shù)據(jù)，并且網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的劃分較細，每一條透射波射線穿過單元的數(shù)量與總單元數(shù)據(jù)相比都是極小的一部分，因此結(jié)合公式（2）計算后，會得到更龐大的矩陣[4]。因此，針對這一問題，若采用直接解法求解，無法達到理想的檢測效果。本文選用ART方法在上述操作的基礎(chǔ)上對被重建的區(qū)域給定一個初始值，再將得到的走時殘差沿著射線的方向，采用均勻分布的方式投射，并不斷地對重新構(gòu)建的反演成像圖像進行修正，直到得到的數(shù)據(jù)滿足計算精度為止。根據(jù)聲波在不同介質(zhì)當(dāng)中的傳播特性，對最終檢測得到的樁基缺陷反演成像的特征進行分析。利用聲波CT成像圖當(dāng)中不同色譜，對相應(yīng)的聲速值進行表達，以此通過更加直觀的方式，觀察存在異常色譜形狀以及分布情況，從而確定樁基缺陷的類型以及位置。

2 對比試驗

本文在完成上述對樁基檢測方法的理論設(shè)計后，為進一步驗證該方法在實際應(yīng)用中的效果，將上述提出的檢測方法應(yīng)用到江西某地區(qū)正在開展的樁基施工工程項目當(dāng)中，并選擇將傳統(tǒng)樁基檢測方法作為對照組，將本文提出的檢測方法作為實驗組的方式，完成如下對比試驗：

已知該建筑工程施工項目當(dāng)中由樁基施工班組完成沖孔、水下砼灌注等樁基施工任務(wù)，為驗證該工程項目當(dāng)中樁基的質(zhì)量，對其缺陷進行檢測，分別利用實驗組檢測方法和對照組檢測方法在各個樁基不同位置上設(shè)置5個對應(yīng)的檢測點。為了確保驗證結(jié)果的準確性，選擇進行檢測的樁基均為不存在缺陷的樁基，人為在樁基上設(shè)置四個尺寸不等的空洞缺陷，其尺寸分別為0.25m×0.25m、0.35m×0.25m、0.55m×0.25m和0.75m×0.25m。將真實的樁基空洞缺陷情況與試驗組和對照組的檢測結(jié)果進行對比，并得出如表1所示兩種檢測方法檢測結(jié)果對比表。

表1 試驗組與對照組檢測結(jié)果對比表

從表1中得出的試驗結(jié)果對比得出，試驗組檢測方法能夠針對上述四個樁基空洞缺陷，準確找到其相應(yīng)位置，并保證檢測結(jié)果的誤差在0.05m以下。而對照組檢測方法未檢測到在I點和II點尺寸大小為0.25m×0.25m和0.35m×0.25m的樁基空洞缺陷，并且在對IV點和V點檢測時，得出的檢測結(jié)果誤差明顯大于試驗組。因此，通過上述試驗及結(jié)果進一步證明，本文提出的基于透射波法和聲波CT的樁基檢測方法在應(yīng)用到真實建設(shè)工程項目當(dāng)中，可以對樁基缺陷問題進行更加精準的檢測，同時可針對尺寸小于0.35m×0.35m以下的樁基空洞缺陷問題進行檢測，進一步提高施工過程中樁基的施工質(zhì)量。

3 結(jié)語

混凝土樁基內(nèi)部缺陷會直接影響到工程質(zhì)量，并且此種缺陷會導(dǎo)致檢測過程中的聲波成像較為復(fù)雜。為提高檢測結(jié)果的精度，引進透射波法開展本文課題的研究，在完成研究后，采用對比試驗的方式，對此方法進行檢驗，經(jīng)證明，此檢測方法可用于樁基檢測，且檢測結(jié)果的適用性較強。