超聲波CT成像技術(shù)在樁基檢測(cè)中的應(yīng)用

劉沖

摘要：樁基，是一個(gè)工程的地下結(jié)構(gòu)之一，因?yàn)槲挥诘叵?，所以檢測(cè)具有一定的難度，必須使用一些現(xiàn)代化的、專業(yè)的儀器和設(shè)備才能進(jìn)行檢測(cè)工作。目前，超聲波法是檢測(cè)樁基使用頻率最多的方法之一，其檢測(cè)準(zhǔn)確率較高，應(yīng)用較為廣泛。本文將重點(diǎn)介紹超聲波的工作原理以及在實(shí)際探測(cè)中的具體應(yīng)用，，同時(shí)也對(duì)超聲波CT技術(shù)的發(fā)展前景做大膽的預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：超聲波CT技術(shù);樁基檢測(cè);應(yīng)用

超聲波檢測(cè)法是一種操作簡(jiǎn)便、受外界因素影響小、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、反應(yīng)速度靈敏、體型輕便、安全性高的新型檢測(cè)技術(shù)，在當(dāng)前的樁基檢測(cè)工作中較為常用。隨著社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，檢測(cè)技術(shù)正不斷向先進(jìn)化、高效化方向邁進(jìn)，超聲檢測(cè)方法的出現(xiàn)和應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)無(wú)法進(jìn)行深層檢測(cè)等難題，為工程實(shí)施提供了良好的技術(shù)基礎(chǔ)與安全保障

1 超聲波CT技術(shù)的檢測(cè)方法

超聲波CT的檢測(cè)主要是在樁基澆注的過(guò)程當(dāng)中，檢測(cè)人員會(huì)沿著樁軸的外側(cè)放置一些用于檢測(cè)數(shù)據(jù)的聲測(cè)管，這種聲測(cè)管可以對(duì)于樁基內(nèi)部的缺陷進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)的方法主要有兩種，分別為對(duì)測(cè)法和斜測(cè)法。當(dāng)檢測(cè)人員接收到聲測(cè)管發(fā)出的信號(hào)之后，會(huì)根據(jù)這些信號(hào)編輯成衡量樁基構(gòu)造的參數(shù)，然后根據(jù)這些參數(shù)的統(tǒng)計(jì)與分析，就可以確定缺陷發(fā)生的大致范圍，最后通過(guò)精確的定位得出發(fā)生缺陷的具體位置。當(dāng)然這種測(cè)試方法有一定的局限性，測(cè)試結(jié)果只能確定缺陷的大致范圍，對(duì)于缺陷的具體情況比如缺陷的大小，分布范圍無(wú)法做出精準(zhǔn)的測(cè)算。這樣的結(jié)果可能對(duì)于以后的檢修工作產(chǎn)生一定的困難。因此，在運(yùn)用超聲波CT技術(shù)的同時(shí)會(huì)適當(dāng)?shù)募尤胍恍┏上駸o(wú)損技術(shù)，這樣就可以解決上述未曾解決的對(duì)于缺陷大小，分布情況的問(wèn)題了。這種高端的技術(shù)不僅可以得出精確的檢測(cè)結(jié)果，同時(shí)對(duì)于樁基內(nèi)部的情況也可以做出清晰的圖像以供參考。

2 超聲波成像技術(shù)應(yīng)用樁基檢測(cè)的原因

超聲波CT技術(shù)原用于醫(yī)院的診斷當(dāng)中，而正是因?yàn)樵卺t(yī)學(xué)診斷當(dāng)中的廣泛引用，提高了超聲波CT技術(shù)的重視。這種技術(shù)是以提高射線理論的旅行實(shí)踐來(lái)延遲借助古典Radon的變化實(shí)現(xiàn)反演。而后來(lái)又發(fā)展出通過(guò)波動(dòng)方程為基礎(chǔ)的層析成像方法，這種方法主要應(yīng)用于固體介質(zhì)的檢測(cè)，目前針對(duì)煤炭資源的開(kāi)采，石油的發(fā)掘以及對(duì)于各地地質(zhì)的勘探，并且得到了廣泛的應(yīng)用。由于這種方法能夠清晰的識(shí)別缺陷，同時(shí)還具備較高的分辨率，因此對(duì)于樁基的檢測(cè)也有較高的效用。對(duì)于樁基的檢測(cè)主要有樁基結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定以及承載能力，同時(shí)還可以檢測(cè)出疏密程度，空洞，夾泥等現(xiàn)象。

3 超聲波CT技術(shù)的工作步驟

超聲波CT技術(shù)主要包括對(duì)于數(shù)據(jù)的采集，對(duì)于數(shù)據(jù)的處理以及結(jié)果的研究這三個(gè)階段。在這三個(gè)階段當(dāng)中，最關(guān)鍵的就是對(duì)數(shù)據(jù)的處理，數(shù)據(jù)處理主要包括以下步驟，第一進(jìn)行模型的建立以及參數(shù)化，第二對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正演計(jì)算，第三部進(jìn)行反演以及圖像的重建，第四步對(duì)反演的結(jié)果進(jìn)行分析。而在這些步驟當(dāng)中正演的計(jì)算以及對(duì)于反演圖像的分析是最重要的。下面主要介紹其中最重要的正演計(jì)算過(guò)程。

根據(jù)彈性波波傳播理論以及CT技術(shù)的不同，超聲波技術(shù)可分為大致的兩類，第一種就是波動(dòng)方程層析，這種方法是在波動(dòng)方程上將微分波場(chǎng)進(jìn)行反投影，同時(shí)根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本規(guī)律對(duì)層析成像的投影進(jìn)行計(jì)算，這種方式計(jì)算的過(guò)程較為簡(jiǎn)單，操作方便，但是精度相對(duì)較低。第二種方法就是射線理論層析成像。這種方法忽略了地震波動(dòng)力學(xué)的特征，是在射線路徑上將樁基的內(nèi)部構(gòu)造進(jìn)行反投影，然后同樣根據(jù)動(dòng)力學(xué)的特征以及層析成像技術(shù)對(duì)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算。這種方式的操作較為繁瑣，需要耗費(fèi)大量的實(shí)踐，但是精度較高。而對(duì)成像投影的計(jì)算方法還有很多種，例如打靶法，近似彎曲法以及彎曲法等等，這些方法也都在不斷的探索當(dāng)中，相信在逐漸的進(jìn)展中會(huì)取得不錯(cuò)的效果。

4 對(duì)于成像結(jié)果的數(shù)據(jù)處理

超聲波CT技術(shù)對(duì)樁基檢測(cè)之后，儀器會(huì)顯示多種圖像的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)能夠真實(shí)的反映出砼結(jié)構(gòu)內(nèi)部的實(shí)際情況，要解讀這些數(shù)據(jù)，一般要采用一個(gè)超聲波層析成像軟件的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是利用VB語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的，它的系統(tǒng)核心主要完成對(duì)圖像的正反演數(shù)據(jù)的處理。在對(duì)正反演數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的過(guò)程當(dāng)中，主要有四種層析反演方法，分別是最小二乘共軛梯度，代數(shù)重建方法，奇異值分解方法以及LSQR方法。使用該系統(tǒng)可以根據(jù)使用者所選的反演算法進(jìn)行層析圖像的數(shù)據(jù)處理。而這些選擇只需要在系統(tǒng)的主界面上就可以輸入。

5 超聲波技術(shù)的發(fā)展前景

由于超聲波技術(shù)在樁基的檢測(cè)中不僅對(duì)樁基沒(méi)有損傷，而且檢測(cè)效率較高，方法較為簡(jiǎn)便，能夠直觀的看到檢測(cè)結(jié)果，因此超聲波檢測(cè)技術(shù)在以后的檢測(cè)技術(shù)手段中必然占有很高的地位。

首先超聲波技術(shù)會(huì)逐步應(yīng)用到三維層析成像。普通的層析成像是將立體的檢測(cè)對(duì)象分解成為二維的薄片，然后對(duì)很多的二維薄片進(jìn)行缺陷分析，這種方法不僅耗時(shí)耗力，同時(shí)檢測(cè)結(jié)果容易出錯(cuò)。相反，三維層析成像不僅可以直觀的反映出檢測(cè)對(duì)象的缺陷分布，同時(shí)加入超聲波技術(shù)，還可以極大的降低內(nèi)存的消耗以及CPU的占用情況，同時(shí)三維層析成像加入超聲技術(shù)，還可以降低正反演的計(jì)算過(guò)程，計(jì)算過(guò)程也降低了很多。因此，這種技術(shù)在以后的探測(cè)領(lǐng)域必將得到很好的發(fā)展前景。其次就是多參量層析成像方向。以往的聲波層析技術(shù)知識(shí)根據(jù)單一的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演單一的物理量，同時(shí)各個(gè)物理量之間聯(lián)系萬(wàn)千，如果想確定每個(gè)物理量的準(zhǔn)確值，難度很大。而如果將多參數(shù)同步反演加入超聲波的成像研究方法，就可以實(shí)現(xiàn)多種參數(shù)同時(shí)求解。而這種反演方法對(duì)于多參數(shù)的多分量的分析無(wú)疑是最佳的辦法。最后就是基于波動(dòng)方程的層析成像?；谏渚€理論，在樁基中的層析成像方法由于具有較高的信噪比，傳播方式單一，具有一定的局限性，而如果波動(dòng)方程的層析成像應(yīng)用超聲波技術(shù)，會(huì)克服以上的缺陷，同時(shí)超聲波技術(shù)還可以提取樁基中的全部信息，這比僅僅利用射線跟蹤層析成像更能直觀的反映其中的結(jié)構(gòu)內(nèi)容，因此也必將成為未來(lái)層析成像的重點(diǎn)發(fā)展方向。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上述的分析我們可以得知，超聲波CT技術(shù)應(yīng)用于樁基的檢測(cè)，具有較高的分辨率，反映情況真實(shí)準(zhǔn)確，并且具有很好的靈敏度，特別是對(duì)于缺陷的定位具有其他方法不可比及的精度。然而這種方法也有它的缺點(diǎn)，成本高，一些小的工程很難想象應(yīng)用這種檢測(cè)方法，因此如何降低成本，更加完善超聲波CT檢測(cè)技術(shù)的系統(tǒng)功能成為我們需要開(kāi)展的重要課題。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙明杰，徐蓉，超聲波CT成像技術(shù)以及其在大型橋梁樁基無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用，[J]，重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，20（2）：73—86

[2]溫健平，謝斌龍.探討超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在樁基工程中的應(yīng)用[J].江西建材，2017（24）：88-89.

[3]邱雪峰.超聲波無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在樁基工程中的應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（07）：235.