CN111189922A - 一种套筒灌浆密实度三维可视化检测方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种套筒灌浆密实度三维可视化检测方法及其装置，利用超声波对测及CT技术，在混凝土结构的待测区域两侧分别设置超声波发射矩阵板和超声波接收矩阵板，使发射换能器与接收换能器一一正对，实现矩阵式多发多收的检测，检测过程中无需频繁移动超声波换能器，大幅提升了检测效率，同时由于采用矩阵式的超声波换能器安装方式，可形成非常直观的灌浆套筒密实度三维立体图像，大大提高了检测结果的准确性及易读性。

Description

一种套筒灌浆密实度三维可视化检测方法及其装置
技术领域
本发明属于建筑质量检测技术领域，更具体地说，涉及一种以超声波CT技术为基础，利用矩阵排列的超声波换能器实现对套筒灌浆密实度进行检测的方法及装置。
背景技术
装配式混凝土结构因具有工业化程度高、施工质量可靠性高、建设效率高、节能环保等优点，近年来在国内得到了迅速推广及使用。《国务院办公厅关于大力发展装配式建筑的指导意见》((2016)71号文)的工作目标提出：以京津冀、长三角、珠三角三大城市群为发展装配式混凝土结构的重点推进地区，其余城市为积极推进地区或鼓励推进地区，力争用10年左右的时间，使装配式建筑占新建建筑面积的比例达到30％。由此可见，未来的建筑行业中，装配式建筑将逐渐成为主流建筑形式。
装配式构件节点的有效连接是装配式混凝土结构能否顺利建造的关键技术，也是装配式混凝土结构能否推广应用的关键。目前，装配式混凝土结构最常用的节点连接技术就是钢筋套筒灌浆连接技术，相比传统的钢筋焊接连接和螺栓连接，该连接技术可有效减小应力集中，适用范围广，施工方便，容易操作。钢筋套筒灌浆连接可靠性是结构整体性、良好抗震性能的重要保障。因此，住建部于2014年颁布了《装配式混凝土结构技术规程》(JGJ1-2014)，该规程要求对钢筋套筒灌浆密实度进行全数检测。然而，目前对于装配式混凝土结构中的钢筋套筒灌浆密实度的检测体系尚不完善，缺乏可靠的现场灌浆密实度检测方法，尤其是针对一些已完成的装配式建筑物，其内部套筒灌浆是否密实一直以来都困扰着大量工程检测人员，这在一定程度上也增加了装配式混凝土结构的推广难度。因此，研究钢筋套筒灌浆密实度的现场检测技术对于推动装配式混凝土结构发展具有重要现实意义。
对于装配式建筑套筒灌浆密实度，目前尚无有效的检测技术和有关文献报道。这主要是由灌浆套筒的特殊结构所造成的。传统超声波检测法检测精度较差、不能定量检测缺陷严重程度；X射线法则由于射线的存在，安全性也较差、且套筒外侧混凝土减弱仪器穿透能量，使图像模糊，增加缺陷的定量判定难度；冲击回波法则因灌浆套筒中不同介质的界面较多，无法通过冲击回波进行准确探测。
在目前常用的混凝土结构无损检测技术中，超声波检测技术因其工艺简单、成本低廉、操作方便、使用安全等优势而得到广泛应用。尤其是超声波层析成像(CT)技术，其利用超声波发射换能器与接收换能器在同一剖面上的多角度对测及斜侧，可实现对该剖面缺陷大小、形状、位置的定量判定，提高了超声波无损检测的成像精度和可视化程度，但传统的超声波CT扫描技术均为二维剖面的扫描成像，这对于以三维圆柱体形式存在的套筒来说，并不能完整展现出其整体的灌浆密实度情况。基于此，本发明提出了一种套筒灌浆密实度三维可视化检测方法及其装置，可实现对套筒灌浆密实度的高效率、高精度、全方位、可视化检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种套筒灌浆密实度三维可视化检测方法及其装置，能够有效提高检测方法的效率、精度及可视化程度。
为了解决上述技术问题，本发明的一个方面提供了一种套筒灌浆密实度三维可视化检测方法，其包括如下步骤：
步骤1，根据套筒的位置、分布方向及形式，确定待测区域，并在该待测区域的一侧设置超声波发射矩阵板作为发射端，在该待测区域的另一侧设置超声波接收矩阵板作为接收端，超声波发射矩阵板上的发射换能器与超声波接收矩阵板上的接收换能器一一正对设置；
步骤2，将超声波激发器的开关打到“初判”档位，对每一组正对设置的发射换能器和接收换能器进行一发一收的超声波对测；
步骤3，根据各组正对设置的发射换能器和接收换能器测得的首波时间差，判断灌浆套筒的具***置，移动超声波发射矩阵板及超声波接收矩阵板，使超声波发射矩阵板的正中心和超声波接收矩阵板的正中心与套筒的正中心对齐；
步骤4，***软件中输入混凝土待测区域厚度d、混凝土中超声波波速vc、混凝土中钢筋直径rs、钢筋中的超声波波速vs、套筒壁厚dt、套筒外径rt、套筒壁中的声波波速vt、灌浆料中声波波速vg，***软件根据套筒、发射换能器和接收换能器的具***置，自动计算超声波穿过待测区域的理论波速值；
步骤5，再次将超声波激发器的开关打到“初判”档位，对每一组正对设置的发射换能器和接收换能器进行一发一收的超声波对测；***软件以步骤4中计算获得的理论波速值为标准，自动对比每一组的首波时间差和PSD判别(PSD为声时-深度曲线相邻两点之间的斜率与声时差之积)，通过分析初步定性判断套筒内的注浆是否密实；如果判断套筒内的注浆密实(即实测波速与理论波速接近且PSD不存在突变)，则判定被检测对象为合格，无需进行后续步骤；
步骤6，如果根据超声波对测结果，判断套筒内的注浆某位置处存在不密实现象，检测人员将超声波激发器的开关打到“成像”档位，此时超声波发射矩阵板上的发射换能器依次单独发射超声波，与该发射超声波的发射换能器相正对的接收换能器所处的行阵列与列阵列上的所有接收换能器均处于接收状态，收集超声波经混凝土结构传递过来的超声波数据；
步骤7，通过***软件建立被测混凝土结构的空间三维离散化模型，并假设混凝土结构中超声波速度均匀，即慢度f(0)均匀(慢度即速度的倒数)；
步骤8，当一列发射换能器(如：a11～am1)全部依次发射完超声波后，利用最短路径射线追踪算法得到该剖面含套筒的混凝土体中声波射线的传播路径，记录每条射线在每个单元内部的几何行走距离，形成单元行走距离矩阵A(0)；
步骤9，***软件将步骤8计算得到的行走距离矩阵A(0)代入到ART迭代重建算法中，将理论声时与实测声时的误差分配到各个单元，并据此修正单元慢度，继而形成新的慢度分布矩阵f(1)；
步骤10，利用新的慢度分布矩阵f(1)重新代入到步骤8的最短路径射线追踪算法中，得到行走距离矩阵A(1)；
步骤11，将行走距离矩阵A(1)替代步骤9中的A(0)反演计算得到慢度分布矩阵f(2)；
步骤12，重复步骤9～步骤11，直到f(n)满足收敛条件；
步骤13，根据计算得到的慢度分布矩阵f(n)，绘制被测结构在单列换能器所对应(如：a11～am1)纵向剖面的速度分布色谱图；
步骤14，重复步骤8～步骤13，将所有沿列阵列划分的纵向剖面速度分布色谱图全部绘制出；
步骤15，由于在步骤6中同样获得了所有沿行阵列(如：a11～a1n)划分的横向剖面的超声波CT扫描数据，按步骤8～步骤14的方法将所有沿行阵列划分的横向剖面速度分布色谱图全部绘制出；
步骤16，通过横向剖面与纵向剖面的速度分布色谱图分析，获得该检测区域的空间三维立体速度分布色谱图，进而确定套管内注浆的密实程度，并定量确定套筒内注浆体的缺陷类型、大小、位置。
作为本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测方法的优选方案，所述步骤8中的最短路径射线追踪法，其具体步骤为：首先根据被测结构具体尺寸，对其进行离散化处理，将待检测区域划分成一系列单元格并在单元格边界上设置若干节点，然后针对欲成像的剖面，在该剖面内将彼此相邻的节点相连构成一个网络；然后对于某个网格节点，选取与其所有相邻的邻域点组成计算网格点；由一个源点出发，计算出从源点到计算网格点的透射走时、射线路径和射线长度；将除震源之外的所有网格点相继当作次级源，选取该节点相应的计算网格点，计算出从次级源点到计算网格点的透射走时、射线路径和射线长度；将每次计算出来的走时加上从震源到次级源的走时，作为震源点到该网格节点的走时，记录下相应的射线路径位置及射线长度，即完成该剖面的最短路径射线追踪。
作为本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测方法，所述步骤1中，还包括在所述发射换能器与混凝土结构的接触面上涂抹耦合剂的步骤，以及，在所述接收换能器与混凝土结构的接触面上涂抹耦合剂的步骤。
作为本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测方法，所述步骤6中，发射换能器依次发射顺序为(a11→am1)→(a12→am2)→...→(a1n→amn)，m为大于2的整数，n为大于2的整数。
实施本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测方法，与现有技术相比较，具有如下有益效果：
(1)本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测方法，利用超声波CT技术，通过矩阵式多发多收的方式，大幅提升了检测效率，在进行不同斜度的交叉检测时，不用移动超声波换能器，大大提高检测准确性；
(2)本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测方法，采用先整体对测初步确定套筒位置，然后再初步判断是否存在缺陷，若可能存在缺陷，则最后通过CT扫描定量确定缺陷类型、大小、位置，从而既提高检测速度，又确保检测精度；
(3)本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测方法，采用矩阵式超声波换能器排列方式，可对待检测部位实现三维立体成像，增强超声CT检测的准确性，同时也增加了检测结果的易读性。
此外，本发明的另一个方面还提供了一种套筒灌浆密实度三维可视化检测装置，其包括计算机、图像显示器、超声波激发器和超声波数据采集仪，所述超声波激发器连接有超声波发射矩阵板，所述超声波数据采集仪连接有超声波接收矩阵板，所述超声波发射矩阵板设置在混凝土结构的待测区域的一侧，所述超声波接收矩阵板设置在混凝土结构的待测区域的另一侧，所述超声波发射矩阵板包括多个按矩形行列形式排布的发射换能器，所述超声波接收矩阵板包括多个按矩形行列形式排布的接收换能器，所述发射换能器与所述接收换能器一一正对设置；
所述超声波激发器与所述超声波数据采集仪连接，所述超声波数据采集仪能够收集所述超声波激发器发射的超声波数据以及接收换能器接收到的超声波数据；所述计算机分别与所述超声波数据采集仪和所述图像显示器连接，所述计算机能够对所述超声波数据采集仪收集到的超声波数据进行处理并生成三维图像，该三维图像由所述图像显示器示出。
作为本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置的优选方案，所述超声波发射换能器和所述超声波接收换能器分别安装在各自的矩阵式钢板架上，所述矩阵式钢板架上设有可供钢板架矩阵式安装在混凝土结构上的安装孔。
作为本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置的优选方案，所述超声波发射矩阵板上的各列发射换能器沿套筒的纵向长度方向等距间隔布置，各行发射换能器沿套筒的横向方向等距间隔分布；所述超声波接收矩阵板上的各列接收换能器沿套筒的纵向长度方向等距间隔布置，各行接收换能器沿套筒的横向方向等距间隔分布。
作为本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置的优选方案，每一所述发射换能器通过活扣固定在矩阵式钢板架上；每一所述接收换能器通过活扣固定在矩阵式钢板架上。
作为本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置的优选方案，所述矩阵式钢板架上设有用于校准所述发射换能器的位置或所述接收换能器的位置的刻度。
作为本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置的优选方案，所述发射换能器与混凝土结构的接触面上涂抹有耦合剂；所述接收换能器与混凝土结构的接触面上涂抹有耦合剂。
作为本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置的优选方案，所述超声波激发器与所述超声波数据采集仪连接，所述超声波数据采集仪能够收集所述超声波激发器发射的超声波数据以及所述超声波接收换能器接收到的超声波数据。
作为本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置的优选方案，所述计算机分别与所述超声波数据采集仪和所述图像显示器连接，所述计算机能够对所述超声波数据采集仪收集到的超声波数据进行处理并生成三维图像，该图像由所述图像显示器示出。
实施本发明的一种套筒灌浆密实度三维可视化检测装置，与现有技术相比较，具有如下有益效果：
本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置，通过超声波发射矩阵板和超声波接收矩阵板设置，能够实现矩阵式多发多收的检测，大幅提升了检测效率，在进行不同斜度的交叉检测时，不用移动超声波换能器，即可实现套筒部位的三维立体成像，大大提高了套筒灌浆密实度的检测准确性；同时，采用矩阵式超声波换能器排列方式，能够对待检测部位实现三维立体成像，增加了检测结果的易读性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是本发明提供的一种套筒灌浆密实度三维可视化检测方法进行一发一收时的初步识别示意图；
图2是本发明提供的一种套筒灌浆密实度三维可视化检测方法进行多发多收时的检测示意图；
图3是本发明提供的一种套筒灌浆密实度三维可视化检测装置的结构示意图；
其中图中标记：1为套筒，2为超声波发射矩阵板，21为发射换能器，3为超声波接收矩阵板，31为接收换能器，4为混凝土结构，5为超声波激发器，6为超声波数据采集仪，7为计算机，8为图像显示器，9为矩阵式钢板架，10为安装孔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1至图3所示，本发明的一个方面提供的一种套筒灌浆密实度三维可视化检测方法的优选实施例，其包括如下步骤：
步骤1，根据套筒1的位置、分布方向及形式，确定待测区域，并在该待测区域的一侧设置超声波发射矩阵板2作为发射端，在该待测区域的另一侧设置超声波接收矩阵板3作为接收端，超声波发射矩阵板2上的发射换能器21与超声波接收矩阵板3上的接收换能器31一一正对设置；
还需要说明的是，所述步骤1中，还包括在所述发射换能器21与混凝土结构4的接触面上涂抹耦合剂的步骤，以及，在所述接收换能器31与混凝土结构4的接触面上涂抹耦合剂的步骤，使用耦合剂能有效排除发射换能器21和接收换能器31与混凝土结构4之间的空气，使超声波有良好穿透性，能有效地穿入混凝土结构4达到有效检测目的。
步骤2，将超声波激发器5的开关打到“初判”档位，对每一组正对设置的发射换能器21和接收换能器31进行一发一收的超声波对测；
步骤3，根据各组正对设置的发射换能器21和接收换能器31测得的首波时间差，判断灌浆套筒1的具***置，移动超声波发射矩阵板2及超声波接收矩阵板3，使超声波发射矩阵板2的正中心和超声波接收矩阵板3的正中心与套筒的正中心对齐；
步骤4，***软件中输入混凝土结构4待测区域厚度d、混凝土中4超声波波速vc、混凝土中钢筋直径rs、钢筋中的超声波波速vs、套筒1壁厚dt、套筒1外径rt、套筒1壁中的声波波速vt、灌浆料中声波波速vg，***软件根据套筒1与、发射换能器21和接收换能器31的具***置，自动计算超声波穿过待测区域的理论波速值；
步骤5，再次将超声波激发器5的开关打到“初判”档位，对每一组正对设置的发射换能器21和接收换能器31进行一发一收的超声波对测；***软件以步骤4中计算获得的理论波速值为标准，自动对比每一组的首波时间差和PSD判别(PSD为声时-深度曲线相邻两点之间的斜率与声时差之积)，通过分析初步定性判断套筒1内的注浆是否密实；如果判断套筒1内的注浆密实(即实测波速与理论波速接近且PSD不存在突变)，则被检测对象为合格，无需进行后续步骤；
步骤6，如果根据超声波对测结果，判断套筒1内的注浆某位置处存在不密实现象，检测人员将超声波激发器5的开关打到“成像”档位，此时超声波发射矩阵板2上的发射换能器21依次单独发射超声波，与该发射超声波的发射换能器21相正对的接收换能器31所处的行阵列与列阵列上的所有接收换能器31均处于接收状态，收集超声波经混凝土结构传递过来的超声波数据；
步骤7，通过***软件建立被测混凝土结构4的空间三维离散化模型，并假设混凝土结构4中超声波速度均匀，即慢度f(0)均匀(慢度即速度的倒数)；
步骤8，当一列发射换能器21(如：a11～am1)全部依次发射完超声波后，利用最短路径射线追踪算法得到该剖面含套筒的混凝土体4中声波射线的传播路径，记录每条射线在每个单元内部的几何行走距离，形成单元行走距离矩阵A(0)；
本实施例中，最短路径射线追踪法的具体步骤为：首先根据被测混凝土结构4具体尺寸，对其进行离散化处理，将待检测区域划分成一系列单元格并在单元格边界上设置若干节点，然后针对欲成像的剖面，在该剖面内将彼此相邻的节点相连构成一个网络；然后对于某个网格节点，选取与其所有相邻的邻域点组成计算网格点；由一个源点出发，计算出从源点到计算网格点的透射走时、射线路径和射线长度；将除震源之外的所有网格点相继当作次级源，选取该节点相应的计算网格点，计算出从次级源点到计算网格点的透射走时、射线路径和射线长度；将每次计算出来的走时加上从震源到次级源的走时，作为震源点到该网格节点的走时，记录下相应的射线路径位置及射线长度，即完成该剖面的最短路径射线追踪。
步骤9，***软件将步骤8计算得到的行走距离矩阵A(0)代入到ART迭代重建算法中，将理论声时与实测声时的误差分配到各个单元，并据此修正单元慢度，继而形成新的慢度分布矩阵f(1)；
步骤10，利用新的慢度分布矩阵f(1)重新代入到步骤8的最短路径射线追踪算法中，得到行走距离矩阵A(1)；
步骤11，将行走距离矩阵A(1)替代步骤9中的A(0)反演计算得到慢度分布矩阵f(2)；
步骤12，重复步骤9～步骤11，直到f(n)满足收敛条件；
步骤13，根据计算得到的慢度分布矩阵f(n)，绘制被测结构在单列换能器所对应(如：a11～am1)纵向剖面的速度分布色谱图；
步骤14，重复步骤8～步骤13，将所有沿列阵列划分的纵向剖面速度分布色谱图全部绘制出；
步骤15，由于在步骤6中同样获得了所有沿行阵列(如：a11～a1n)划分的横向剖面的超声波CT扫描数据，按步骤8～步骤14的方法将所有沿行阵列划分的横向剖面速度分布色谱图全部绘制出；
步骤16，通过横向剖面与纵向剖面的速度分布色谱图分析，获得该检测区域的空间三维立体速度分布色谱图，进而确定套管1内注浆的密实程度，并定量确定套筒1内注浆体的缺陷类型、大小、位置。
由此，本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测方法，利用矩阵式排列的多发多收超声换能器布置方式，大幅提升了检测效率，检测过程中在进行不同斜度的交叉检测时，不用移动超声波换能器，大大提高检测准确性；采用先整体对测初步确定套筒位置，然后对中矩阵板中心与套筒中心，再进行对测确定是否存在缺陷，若可能存在缺陷则通过CT扫描定量缺陷大小，从而既提高检测速度，又确保检测精度；同时由于采用了矩阵式换能器布置方式，可对待检测部位实现三维立体成像，增强超声CT检测的准确性，同时也增加了检测结果的易读性。
此外，如图1至图3所示，本发明的另一个方面还提供了一种套筒灌浆密实度三维可视化检测装置，其包括超声波激发器5、超声波数据采集仪6、计算机7和图像显示器8。
所述超声波激发器5连接有超声波发射矩阵板2，所述超声波数据采集仪6连接有超声波接收矩阵板3，所述超声波发射矩阵板2设置在混凝土结构4的待测区域的一侧，所述超声波接收矩阵板3设置在混凝土结构4的待测区域的另一侧，所述超声波发射矩阵板2包括多个按矩形行列形式排布的发射换能器21，所述超声波接收矩阵板3包括多个按矩形行列形式排布的接收换能器31，所述发射换能器21与所述接收换能器31一一正对设置。
所述超声波激发器5与所述超声波数据采集仪6连接，所述超声波数据采集仪6能够收集所述超声波激发器5发射的超声波数据以及接收换能器31接收到的超声波数据；所述计算机7分别与所述超声波数据采集仪6和所述图像显示器8连接，所述计算机7能够对所述超声波数据采集仪6收集到的超声波数据进行处理并生成三维图像，该三维图像由所述图像显示器8示出。
由此，本发明的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置，通过超声波发射矩阵板2和超声波接收矩阵板3设置，能够实现矩阵式多发多收的检测，大幅提升了检测效率，检测过程中在进行不同斜度的交叉检测时，不用移动超声波换能器21、31，大大提高检测准确性；同时，采用矩阵式超声波换能器排列方式，能够对待检测部位实现三维立体成像，增加了检测结果的易读性。
示例性的，所述超声波发射矩阵板2和所述超声波接收矩阵板3分别安装在各自的矩阵式钢板架9上，所述矩阵式钢板架9上设有可供矩阵式钢板架9安装在混凝土结构4上的安装孔10，让超声波发射阵列2和超声波接收阵列3更方便装卸。
示例性的，所述超声波发射矩阵板2上的各列发射换能器21(如：a11～am1)沿套筒1的纵向长度方向等距间隔布置，各行发射换能器21(如：a11～a1n)沿套筒1的横向方向等距间隔分布；所述超声波接收矩阵板3上的各列接收换能器31沿套筒1的纵向长度方向等距间隔布置，各行接收换能器31沿套筒1的横向方向等距间隔分布，从而能够使超声波换能器更均匀地发射与接收超声波，让检测结果更加精准。
示例性的，每一所述发射换能器21通过活扣固定在矩阵式钢板架9上；每一所述接收换能器31通过活扣固定在矩阵式钢板架9上。由此，发射换能器21和接收换能器31的位置、间距和数量均可根据被测物来具体调整，使用活扣固定的方式，使超声波换能器更方便装卸。
示例性的，为了发射换能器21和接收换能器31能更方便、准确地定位，所述矩阵式钢板架9上设有用于校准所述发射换能器的位置或所述接收换能器的位置的刻度。
示例性的，所述发射换能器21与混凝土结构4的接触面上涂抹有耦合剂，所述接收换能器31与混凝土结构4的接触面上涂抹有耦合剂，使用耦合剂能有效排除发射换能器21和接收换能器31与混凝土结构4之间的空气，使超声波有良好穿透性，能有效地穿入混凝土结构4达到有效检测目的。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种套筒灌浆密实度三维可视化检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，根据套筒的位置、分布方向及形式，确定待测区域，并在该待测区域的一侧设置超声波发射矩阵板作为发射端，在该待测区域的另一侧设置超声波接收矩阵板作为接收端，超声波发射矩阵板上的发射换能器与超声波接收矩阵板上的接收换能器一一正对设置；
步骤2，将超声波激发器的开关打到“初判”档位，对每一组正对设置的发射换能器和接收换能器进行一发一收的超声波对测；
步骤3，根据各组正对设置的发射换能器和接收换能器测得的首波时间差，判断灌浆套筒的具***置，移动超声波发射矩阵板及超声波接收矩阵板，使超声波发射矩阵板的正中心和超声波接收矩阵板的正中心与套筒的正中心对齐；
步骤4，***软件中输入混凝土待测区域厚度d、混凝土中超声波波速vc、混凝土中钢筋直径rs、钢筋中的超声波波速vs、套筒壁厚dt、套筒外径rt、套筒壁中的声波波速vt、灌浆料中声波波速vg，***软件根据套筒、发射换能器和接收换能器的具***置，自动计算超声波穿过待测区域的理论波速值；
步骤5，再次将超声波激发器的开关打到“初判”档位，对每一组正对设置的发射换能器和接收换能器进行一发一收的超声波对测；***软件以步骤4中计算获得的理论波速值为标准，自动对比每一组的首波时间差以及声时-深度曲线相邻两点之间的斜率与声时差之积，通过分析初步定性判断套筒内的注浆是否密实；如果判断套筒内的注浆密实，则被检测对象为合格，无需进行后续步骤；
步骤6，如果根据超声波对测结果，判断套筒内的注浆某位置处存在不密实现象，检测人员将超声波激发器的开关打到“成像”档位，此时超声波发射矩阵板上的发射换能器依次单独发射超声波，与该发射超声波的发射换能器相正对的接收换能器所处的行阵列与列阵列上的所有接收换能器均处于接收状态，收集超声波经混凝土结构传递过来的超声波数据；
步骤7，通过***软件建立被测混凝土结构的空间三维离散化模型，并假设混凝土结构中超声波速度均匀，即慢度f(0)均匀；
步骤8，当一列发射换能器全部依次发射完超声波后，利用最短路径射线追踪算法得到该剖面含套筒的混凝土体中声波射线的传播路径，记录每条射线在每个单元内部的几何行走距离，形成单元行走距离矩阵A(0)；
步骤9，***软件将步骤8计算得到的行走距离矩阵A(0)代入到ART迭代重建算法中，将理论声时与实测声时的误差分配到各个单元，并据此修正单元慢度，继而形成新的慢度分布矩阵f(1)；
步骤10，利用新的慢度分布矩阵f(1)重新代入到步骤8的最短路径射线追踪算法中，得到行走距离矩阵A(1)；
步骤11，将行走距离矩阵A(1)替代步骤9中的A(0)反演计算得到慢度分布矩阵f(2)；
步骤12，重复步骤9～步骤11，直到f(n)满足收敛条件；
步骤13，根据计算得到的慢度分布矩阵f(n)，绘制被测结构在单列换能器所对应纵向剖面的速度分布色谱图；
步骤14，重复步骤8～步骤13，将所有沿列阵列划分的纵向剖面速度分布色谱图全部绘制出；
步骤15，由于在步骤6中同样获得了所有沿行阵列划分的横向剖面的超声波数据，按步骤8～步骤14的方法将所有沿行阵列划分的横向剖面速度分布色谱图全部绘制出；
步骤16，通过横向剖面与纵向剖面的速度分布色谱图分析，获得该检测区域的空间三维立体速度分布色谱图，进而确定套管内注浆的密实程度，并定量确定套筒内注浆体的缺陷类型、大小、位置。
2.如权利要求1所述的套筒灌浆密实度三维可视化检测方法，其特征在于，所述步骤8中的最短路径射线追踪法其具体步骤为：首先根据被测结构具体尺寸，对其进行离散化处理，将待检测区域划分成一系列单元格并在单元格边界上设置若干节点，然后针对欲成像的剖面，在该剖面内将彼此相邻的节点相连构成一个网络；然后对于某个网格节点，选取与其所有相邻的邻域点组成计算网格点；由一个源点出发，计算出从源点到计算网格点的透射走时、射线路径和射线长度；将除震源之外的所有网格点相继当作次级源，选取该节点相应的计算网格点，计算出从次级源点到计算网格点的透射走时、射线路径和射线长度；将每次计算出来的走时加上从震源到次级源的走时，作为震源点到该网格节点的走时，记录下相应的射线路径位置及射线长度，即完成该剖面的最短路径射线追踪。
3.如权利要求1所述的套筒灌浆密实度三维可视化检测方法，其特征在于，所述步骤1中，还包括在所述发射换能器与混凝土结构的接触面上涂抹耦合剂的步骤，以及，在所述接收换能器与混凝土结构的接触面上涂抹耦合剂的步骤。
4.如权利要求1所述的套筒灌浆密实度三维可视化检测方法，其特征在于，所述步骤6中，发射换能器依次发射顺序为(a11→am1)→(a12→am2)→...→(a1n→amn)，m为大于2的整数，n为大于2的整数。
5.一种套筒灌浆密实度三维可视化检测装置，包括计算机、图像显示器、超声波激发器和超声波数据采集仪，其特征在于，所述超声波激发器连接有超声波发射矩阵板，所述超声波数据采集仪连接有超声波接收矩阵板，所述超声波发射矩阵板设置在混凝土结构的待测区域的一侧，所述超声波接收矩阵板设置在混凝土结构的待测区域的另一侧，所述超声波发射矩阵板包括多个按矩形行列形式排布的发射换能器，所述超声波接收矩阵板包括多个按矩形行列形式排布的接收换能器，所述发射换能器与所述接收换能器一一正对设置；
所述超声波激发器与所述超声波数据采集仪连接，所述超声波数据采集仪能够收集所述超声波激发器发射的超声波数据以及接收换能器接收到的超声波数据；所述计算机分别与所述超声波数据采集仪和所述图像显示器连接，所述计算机能够对所述超声波数据采集仪收集到的超声波数据进行处理并生成三维图像，该三维图像由所述图像显示器示出。
6.如权利要求5所述的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置，其特征在于，所述超声波发射换能器和所述超声波接收换能器分别安装在各自的矩阵式钢板架上，所述矩阵式钢板架上设有可供矩阵式钢板架安装在混凝土结构上的安装孔。
7.如权利要求5所述的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置，其特征在于，所述超声波发射矩阵板上的各列发射换能器沿套筒的纵向长度方向等距间隔布置，各行发射换能器沿套筒的横向方向等距间隔分布；所述超声波接收矩阵板上的各列接收换能器沿套筒的纵向长度方向等距间隔布置，各行接收换能器沿套筒的横向方向等距间隔分布。
8.如权利要求6所述的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置，其特征在于，每一所述发射换能器通过活扣固定在矩阵式钢板架上；每一所述接收换能器通过活扣固定在矩阵式钢板架上。
9.如权利要求6所述的套筒灌浆密实度三维可视化检测装置，其特征在于，所述矩阵式钢板架上设有用于校准所述发射换能器的位置或所述接收换能器的位置的刻度。
10.如权利要求5所述的基于超声波CT的套筒灌浆密实度检测装置，其特征在于，所述发射换能器与混凝土结构的接触面上涂抹有耦合剂；所述接收换能器与混凝土结构的接触面上涂抹有耦合剂。
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