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Cscan聲波散射成像技術：大體積混凝土結構質量無損檢測有新招！
大體積混凝土結構是橋梁工程、建筑工程、水利工程等現代土木工程中的重要結構，其體積大、施工難度高、水泥水化熱難以控制、內部受力復雜，內部經常出現施工冷縫、不密實甚至空鼓等缺陷，需要采取適當的檢測方法對其進行檢測。
大體積混凝土體積大，常規混凝土無損檢測方法如超聲回彈法、沖擊回波法、雷達法等對其不適用，而鉆芯法等有損檢測方法難以對大體積混凝土構件進行整體評價。聲波CT法在交通和水利行業已得到相對成熟的應用，但聲波CT法需要至少兩個可測面，才能整體評價大體積混凝土的質量。
Cscan技術的基本原理及特點
Cscan現場采集
Cscan混凝土檢測設備如圖2所示
圖2 Cscan混凝土檢測設備
Cscan數據處理
濾波是散射數據處理中最為重要的環節之一，行之有效的是以下3種二維濾波技術：F-K、T-P與雙曲Radon變換。其相互之間的關系如圖4所示（τ為斜率；p為截距；ω為角頻率；v為波速）。
前兩種技術是線性濾波技術，功能類似，都是根據視速度差異濾除直達波、面波等具有線性走時特征的信號干擾。雙曲Radon濾波技術功能更加強大，除了能濾除線性走時的干擾波，還可以濾除多次波，是常用的濾波方法。利用雙曲Radon變換，將時間-空間域原始信號轉變成時間-波速域數據，再根據混凝土波速確定濾波參數（一般大于2000 m/s），最后進行雙曲濾波。現場采集混凝土內反射波/散射波的原始信號及雙曲濾波后的信號如圖5和圖6所示。
圖7 混凝土構件的二維波速掃描結果界面
工程解釋要點
Cscan技術得到的結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件內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
偏移圖像內的紅藍條紋表示混凝土內存在波阻抗差異界面。條紋數量少，表示結構均勻，條紋多表示結構均勻性差。條紋的位置就是混凝土內界面的位置，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，下部介質的波阻抗高，波速大，密實性好，彈性模量高，剛性強。
3
藍色條紋表示負反射，說明對應界面下部介質相比于上部介質，其波阻抗低，波速低，密實性差，彈性模量低，剛性弱。
4
組合的藍紅條紋表示條紋部位混凝土不均勻、欠密實。
現場應用及驗證
儲罐基坑混凝土測線偏移圖像如圖9所示，分析圖9可得到以下結論：
1
出現在水平距離為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構的底部界面。
2
混凝土底部界面清楚，中部厚約4.3米，兩側減薄，厚度與設計值基本一致。
3
水平距離為0~28米，深度為2.5~4.0米處存在斷續的紅、藍條紋，表明混凝不均勻，存在結構差異較大的界面。推斷或為骨料粒度過大、或為振搗不足所致。
儲罐基坑混凝土剖面波速圖像如圖10所示。分析圖10可得到以下結論：
1
剖面內混凝土波速為1900~3700 m/s，均勻性較差；現場分幾個位置進行澆筑，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），以深藍色表示。
2
水平距離為45~55米的中心范圍內，從上到下混凝土波速偏高，達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論一致。
為驗證檢測結果，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米深度范圍內存在小氣孔和垂直狀裂縫，與Cscan檢測的結果基本一致。
結語