沧州市建设工程质量检测中心
摘要：在浅层反射桩基检测中勘探中，折射波常作为反射波来临之前的初至干扰被切除掉。与反射波一样，桩基检测中记录中的折射波也同样含有地质构造变化的信息，且具有信噪比高，易于识别的优点。在浅层反射勘探施工中，同时利用反射桩基检测中记录中的折射波，采用折射波层析成像方法，建立浅部地层速度结构，可在一定程度上弥补或替代反射资料的缺失。近些年来，该技术在地质灾害调查中，在矿产勘查中逐渐发挥出其优越性。
关键词：折射层析；速度模型；应用
桩基检测中层析成像就是用桩基检测中资料来反演地下物质的速度属性，并利用现代科技成像技术对其图像进行绘制。经一定观测系统采集的桩基检测中波的走时或振幅等资料，再计算机上通过不同的数学处理方法得出桩基检测中波速度场分布图像，并通过速度的分布特征及速度大小重建各种地质异常体的位置和分布情况。该技术最初是从医学CT理论发展而来的，随着其在地学上的研究不断发展和深入，以及高度集成化多道数字桩基检测中仪的广泛使用，该技术在城市活断层、地裂缝，甚至矿产勘查中要发挥出它的优越性，因而被越来越多的人接受和推广。桩基检测中层析成像按射线追踪时所用的桩基检测中波资料的不同可分为透射波层析、反射波层析、折射波层析、面波层析等。
1、桩基检测中层析成像Radon变换
层析成像的数学基础是拉东变换或者广义拉东变换。拉东变换（Radon transform）又称为倾斜叠加或者投影，它是求取介质的某个特性 沿着特定路径 的线积分，一般为直线。积分路径直线 所对应的方程表达式，其中分别为直角坐标系中和极坐标系中的表达式。模型中的位移矢量 由直角坐标系 和极坐标系 给定，而投影角 决定 坐标系。一般分别将称为模型（或图像），为投影数据。事实上，沿直线的积分是一种投影，投影重建图像是由通过计算机计算并做出图像，不同的重建方法得到的图像精度不同。在地球物理探看中，通过应用拉东变换及其反变换对各种地球物理参数进行成像处理，可能会大幅度提高资料处理质量，便于处理结果进行解释，以达到寻找构造或进行资源勘探的目的。桩基检测中勘探中的多种桩基检测中波的观测量都可以利用拉东变换及其反变换来进行层析或成像。如果是慢度，那么就是桩基检测中波的走时。拉东（Radon）变换是初至波走时层析的数学基础。在简单的桩基检测中地质条件地区，可以直接应用拉东变换。然而在更多数情况下岩性分布很不均匀，因此不能用直射线成像，而是利用射线追踪技术来实现曲射线成像。这就是广义Radon变换应用于实际需要的有效的方法。
2、桩基检测中层析成像射线追踪
费马原理指出，桩基检测中射线在介质中的传播遵循旅行时间最短的原则。因此，传播路径取决于地下介质的速度分布。折射波走时层析处理，以桩基检测中波的初始速度模型计算桩基检测中波理论走时和传播路径，并与实际走时进行对比，不断调整速度场分布，直到得出满足理论走时与实际走时误差要求的地下速度场分布情况。
2.1试射法
先从桩基检测源点出发，在一定的出射角范围内，以很小的出射角步长，追踪出密集的出射到接收排列所在区域的射线，则计算的到时可用最靠近接收点的两相邻出射点桩基检测中走时进行线性插值得到。在二维桩基检测中中，这种密集“射击”的方式特别有效，因为源和接收点排列位于一个单一的U直面内，可十分方便有效地“射击”出一个射线密集分布的扇面，用线性插值方法可较快的搜索到接收点的到时。
2.2弯曲法
已知源点和接受点两点位置，求解其中最有的射线路经。具体方法是首先给出连接桩基检测源和接收点的初始射线路径，然后不断地对射线路径进行扰动直至得到满足费马原理的最终路径为止，该射线即为要追踪的真射线。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
2.3应用
加拿大骄佳技术公司的层析成像软件采用非线性的折射波走时层析成像方法。在射线追踪上联合使用试射法和弯曲射线法，首先用试射法寻找全局最短路径，然后再用弯曲射线法寻找局部最优。反演采用非线性的折射波走时反演方法，得出沿测线从地表道折射深度层之间的速度结构图。在应用中，方法通过提取反射桩基检测中记录中的初至波经处理得到相应剖面的速度结构图（图2），该速度图可以通过对速度差异的甄别，得出不同地层的界面埋深。
3、桩基质量的判别
有了上面几种对缺陷的判断方法，根据桩身是否存在缺陷及缺陷的严重程度，将桩的完整性分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类，并根据各检测剖面的声学参数异常点的分布情况及异常点的偏离程度，判定被测桩的完整性类别。由于混凝土是集结型的复合材料，多相复合体系，分布着复杂界面，因此其检测的声参量数据波动较大，加上灌注桩的混凝土是自密实，地质条件及成桩工艺等影响，其声参量的波动性就更大了，在实际测试的过程中完全不出现异常点的可能性极小，因此不能机械地理解并执行规范中桩身完整性的判定标准（规范对声参量异常判断均采用“可判断”），否则工程上很难有Ⅰ类桩。上述理论异常点只是可疑缺陷点，从定性定量的角度，可结合以下5个方面进行综合判定：①异常点的实测声速与正常混凝土声速的偏离程度。②异常点的实测幅度与同一剖面内正常混凝土幅度的偏离程度。③异常点的波形与正常混凝土的波形相比的畸变程度。④异常点的分布范围及其他剖面异常点的分布情况。⑤桩的类型（摩擦桩或端承桩），地质情况及成桩工艺，桩的类型及地质情况决定了桩身混凝土的压应力及弯矩大小随深度的变化规律，因此相同大小程度的缺陷在桩身不同深度对该桩承载力的影响程度差别较大，怎样处理，应适当加以区分。
4、工程检测实例及分析
某工程C16-0#桩，桩径1.5m，桩长60m，埋置3根声测管，管距依次为LAB=95cm，LAC=92cm，LBC=97cm，灌注完毕14d后进行超声波检测。
（1）粗测后，按前面的分析方法，经综合判断，结果如下：AB测面：混凝土良好，无缺陷；AC测面：43.9～45.2m，泥和砂浆；BC测面：44.1～44.7m，砂浆。
初步判断上述缺陷是C管附近局部夹裹砂浆和泥的缺陷，为进一步判断缺陷上下限和局部缺陷占桩横截面的比例，需进行细测和加密斜测。
（2）采取间隔为5cm进行细测。先加密平测，两探头同时放到46.0m，同步向上测至42.0m；再加密斜测，A管放至46.0m，C管放至46.5m，C管向上测至42.0m，再斜测，A管放至46.5m，C管放至46.0m，A管向上测至42.0m，以同样的方法测BC面。
检测完后，为对缺陷的位置、大小进行判断，以声测管作为横坐标，深度作为纵坐标，按比例绘图，黑阴影线包围的为有缺陷的部分，纵断面缺陷图如图1所示。
整桩检测结果，C管附近，44.0～45.1m之间为砂浆，缺陷面积约占桩横截面积的27%，横断面缺陷图如图2所示。
钻芯验证：经取芯，在该处有1.0m左右的砂浆和泥的混合物，共钻2个孔。该桩孔经冲洗放置4根1m左右Φ25钢筋后采用压浆法修补，经过14d后补测达到要求。
5、总结
反射波勘探因为地表或浅层的不均一性、低速性等导致对地表的分辨率不高。折射波走时层析方法在射线分布密集的浅部经反演可得到可靠的表层速度结构资料，弥补了反射桩基检测中勘探在近地表的空白区，也可以给反射桩基检测中勘探处理提供可靠地速度信息，尤其是地表速度信息，增加资料处理解释的准确性。折射层析成像的结果可以辅助或部分取代近地表的钻探、槽探，将大大节省研究和勘察经费，降低建设费用；同时也无需额外的工作量，可缩短勘察施工周期。
参考文献：
[1]李世涌.层析成像技术在桩基检测中的应用[J]地质工程，2010（10）
[2]周佳光.桩基缺陷检测中应该注意的几个问题[J].公路交通技术，2010（2）
[3]程宇.电容层析成像技术在多相流测试中的应用和进展[J]科技与企业，2014（07）
论文作者:冀旭
论文发表刊物:《基层建设》2015年26期供稿
论文发表时间:2016/3/21
标签：层析论文; 桩基论文; 射线论文; 缺陷论文; 速度论文; 中波论文; 反射论文; 《基层建设》2015年26期供稿论文;