张依龙
（中铁西南科学研究院有限公司，四川 成都 611731）
摘要：从冲击回波的原理出发，对冲击回波在地铁道床板上的适用性以及检测结果的准确性进行验证，具体是对地铁道床板进行现场实地检测，并采取打孔的方法来验证现场实测结果的准确性，以及通过高分辨率频谱分析方法（MEM分析）对测试信号进行处理，提取出该处的反射信号，根据反射信号的位置我们可以判定哪里存在脱空，根据反射能量的强弱可以判断病害程度；在此过程中若普通钢筋对波形采集形成干扰，选择合适的激振装置及适合的滤波方法可以有效地减小这种杂波的干扰；相比于地质雷达法而言，冲击回波法对于钢筋的干扰有很强的免疫性，数据处理也更加的简单方便。
关键字：冲击回波法；弹性波；地铁道床板；
中图分类号：TV34 文献标识码：A
引言：常用的混凝土无损检测技术主要有电阻率法、超声波脉冲反射法、冲击回波法、探地雷达法以及回弹法等。其中冲击回波法由于其现场适用性强，操作方便而日益受到重视，该方法尤其适用于大体积混凝土结构快速、全面的质量评价，因为其发射的能量大且集中、探测深度大、受混凝土骨料颗粒散射和外界杂散波影响小。随着冲击回波法的检测技术和设备越来越成熟，该技术越来越广泛地应用于桥梁、水利、建筑、公路、隧道等工程领域的无损检测中，并取得了良好的技术和经济效益[1]。冲击回波法原理本质上是在构件表面利用瞬时机械冲击产生低频的应力波，应力波传播到结构内部，遇到波阻抗有差异的界面（如构件底面或缺陷表面）时被反射回来，并在构件底部、内部缺陷表面和构件表面之间来回反射产生纵波共振，通过测试冲击弹性波引起的振动主频率比来确定构件厚度及其内部缺陷位置的方法。
1、冲击回波法基本原理
冲击回波法检测过程中利用冲击锤和传感器在道床板表面进行激振和受信，当道床板下方未填满修补材料而存在脱空时，由于空气和道床板的阻抗存在较大差异，弹性波传播到脱空区域会产生全反射，而对于填满修补材料的位置，弹性波信号会发生透射（反射信号成分较少）。我们通过高分辨率频谱分析方法（MEM分析）对测试信号进行处理，提取出该处的反射信号，根据反射信号的位置我们可以判定哪里存在脱空，根据反射能量的强弱可以判断脱空程度[2]。换言之，弹性波在混凝土构件内传播时，当遇到声阻抗有明显差异的分界面，将发生反射、绕射和折射现象，当混凝土结构中存在孔洞、裂纹等缺陷，因应力波要绕过内部缺陷才能被底部边界面反射，使传播路径增大，从而使传播时间加长，利用信号处理方法抽出底部边界面的反射信号，确定出底部边界面反射信号的传播时长(反射周期)，再根据结构物厚度可间接确定出弹性波在混凝土内部的传播速度(表观波速)，从而来反映混凝土内部的损伤大小。冲击回波法测试混凝土内部传播速度的推算公式为
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其中：Vp为冲击弹性波波速，单位为 m/s；L为混凝土结构厚度计算值，单位为m；f为底部边界面反射频率，单位为Hz；ΔT为由MEM频谱分析的底部边界面反射周期，单位为s。
2、仪器设备
无砟轨道多功能无损检测仪（Ⅲ型）《SBT-MATS-Ⅲ型》设备系统可对高速铁路无砟轨道板结构质量进行检测，该设备系统具备丰富的图形处理机能：弹性波雷达扫描EWR、计算机层析CT、快速平面成像QPG、3维切片技术3DS、快速平面成像QPG，智能化阈值计算，可对病害区域面积与不同状态的病害情况进行数值化表示，通过缺陷与残余模量或强度对结构损伤情况进行评价。
3、测线布置及现场采集
现场采集时，震源采用17mm钢球或激发器直接短促敲击轨道板面短路激发，偏移距0.05m，采样率20.833us，记录长度0.01s。
4、数据处理及检测结果
被测道床板长度1.6m，宽度2.8m，厚度0.38m，根据被测板的长宽共布置测线9条，测线间距0.325m，每条测线布置测点8个，测点间距0.2m，一块道床板总共布置测点72个，最外侧测线及测点距离板四周均为0.1m。
1号板：检测共发现4处缺陷以及1号板的板端边缘出现离缝的概率较大；如图所示其他部分区域也有存在离缝的可能，但相比之下1号区域（0.6，2.42），2号区域（1.2，1.3）、3号区域（1.28，1.7）、4号区域（1.13，0.34）的离缝概率更大，故对1、2、3、4号区域进行开孔验证，现场开孔结果见表1。
2号板：检测共发现3处缺陷；1号区域，2号区域、3号区域存在离缝的可能，故对1号区域：开孔位置为（1.2，2.5），2号区域：开孔位置为（1.05，1.35）进行开孔验证，现场开孔结果见表2。
表1 1号板现场开孔验证情况
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结语
冲击回波法是一种检测速度较快、操作简便的方法，在现场检测中实用性很强。冲击回波法相对于地质雷达法而言，其优势在于钢筋混凝土中小直径的普通钢筋的配置对P波波速值并无太大影响，相应强度等级的素混凝土和钢筋混凝土纵波波速相同。若普通钢筋对波形采集形成干扰，选择合适的激振装置及适合的滤波方法可以有效地减小这种杂波的干扰，或采取加大冲击持续时间的方法来避开普通钢筋的影响，使频谱的分析变得简化、明显[3]。但由于冲击回波法检测时涉及的问题随机性大，对人员经验的要求较高，还有很多方面需要更深更广的研究。
参考文献
[1] 黄建新．冲击回波法在混凝土结构无损检测中的应用[D]．南京：河海大学，2007．
[2] 吴新璇.混凝土无损检测技术手册[M].北京：人民交通出版社，2003.
[3] 李炎隆,王军忠,陈俊豪,刘云贺.冲击回波法对混凝土内部损伤检测的试验研究[J].应用力学学报，2002,37（1）:149-154
[4] 宁建国，黄新，曲华，等.冲击回波法检测混凝土结构[J].中国矿业大学学报，2004，33(6)：703-707.