技术背景
桥梁墩台、水工建筑物、坝体及其他水下混凝土结构长期处于复杂水环境中，其施工质量与服役状态直接关系到工程安全。受施工缺陷、材料离析、长期浸水、冲刷侵蚀及服役荷载等因素影响，混凝土内部可能形成空洞、裂缝、离析、层间胶结不良等隐蔽缺陷。由于水下结构难以直接观察，常规目视、摄像等检测手段主要反映结构表面状态，对内部缺陷、结构厚度以及预应力孔道灌浆等质量问题难以进行直观判断。
近年来，相控阵超声成像技术逐渐应用于混凝土无损检测。通过阵列式超声换能器对混凝土内部进行扫描，可将传统单点超声信号转化为二维甚至三维影像，实现对混凝土内部结构和异常体的可视化分析，因此也被形象地称为混凝土“B超”。然而，目前市场上的混凝土B超设备主要面向普通陆上混凝土结构，其主流技术路线多采用低频横波阵列进行内部成像，难以直接应用于水下环境。 低频横波兼顾了混凝土中的传播能力与成像分辨率，是普通混凝土B超实现内部缺陷精细成像的重要基础，但横波无法在水等液体介质中传播。当探头与混凝土结构之间存在水层时，传统横波检测所依赖的声波传播链路难以建立。
围绕混凝土内部精细检测需求，武汉长盛已研发JL-UCID(B)相控超声混凝土影像检测仪，实现陆上混凝土内部结构及缺陷的可视化检测。在此基础上，针对水下混凝土内部探测难题，公司进一步拓展相控超声成像技术，自主研发JL-PUID(A)水下相控超声混凝土影像检测仪，采用水耦合纵波阵列成像技术，将混凝土“B超”从陆上延伸至水下。
技术特点：从普通“B超”到水下“B超”
水下混凝土B超并不是普通混凝土B超的简单“防水版”，但两者面对的传播环境不同，因此采用的技术路线也不同，需要重新构建适用于“水—混凝土”跨介质传播的超声检测体系。
u 普通B超：低频横波阵列
普通混凝土B超主要面向陆上结构，探头可直接与混凝土表面接触，通过低频横波阵列采集结构内部反射信息，并结合超声成像方法识别空洞、裂缝、脱空及结构界面等异常。其传播路径可以简单表示为：横波阵列 → 混凝土 → 内部缺陷/结构界面 → 横波阵列
u 水下B超：水耦合纵波阵列
进入水下环境后，由于水不能传播横波，原有技术路线无法直接沿用。与横波不同，纵波既可以在水中传播，也可以在混凝土中传播。因此，JL-PUID(A)采用纵波阵列检测方式，建立：超声阵列 → 水 → 混凝土 → 内部缺陷/结构界面 → 混凝土 → 水 → 超声阵列的跨介质传播路径。水不再只是检测环境，而成为超声波进入混凝土结构的天然声学耦合介质。从横波到纵波，改变的不只是换能器，而是针对不同检测环境重新建立了混凝土超声传播和成像方式。
JL-PUID(A)通过水耦合高灵敏度超声换能器进行纵波激发与接收，结合阵列式采集和合成孔径超声成像，将来自混凝土内部缺陷及结构界面的反射信息转化为直观的B-scan剖面彩图，并可进一步进行线、面及三维扫描影像分析。
设备可用于水下混凝土：
· 内部空洞、裂缝、离析等缺陷检测；
· 混凝土结构厚度检测；
· 预应力孔道灌浆效果检测；
· 分层浇筑混凝土层间胶结质量检测；
· 混凝土纵波速度测试。
这也意味着，武汉长盛的混凝土相控超声检测由陆上横波成像进一步拓展至水下纵波成像，形成面向水陆两栖的混凝土内部可视化检测能力。
案例1：混凝土试块检测
在长盛基地开展的水下混凝土试块试验中，系统验证了JL-PUID(A)对不同厚度混凝土及内部空腔异常的成像能力。试验采用300 mm、500 mm和700 mm厚混凝土试块，并分别在500 mm和700 mm试块内部设置不同深度、不同尺度的空心管道模拟内部缺陷。
从检测结果可以看到，在500 mm混凝土试块中，距检测面约280 mm处预埋的φ50 mm空心管道形成明显局部异常响应；在700 mm混凝土试块中，距检测面约500 mm处预埋的φ250 mm空心管道同样形成了清晰的异常反射特征。整体而言，不同厚度试块的底部反射界面均清晰可辨，成像位置与实际厚度基本一致；内部预埋的φ50 mm和φ250 mm空心管道也形成了明显异常反射。
试验表明，基于水耦合纵波阵列的超声成像方式不仅能够识别混凝土结构底部界面，还能够对混凝土内部空腔类异常进行成像，实现结构厚度与内部异常体的同步检测。
案例2：桥墩承台围堰漏水检测
设备在广州南沙针对某桥墩承台围堰漏水问题进行检测，被测承台垫层平均厚度约3 m，检测位置位于水下约20 m，由潜水员携带探头在指定区域完成多测线采集。现场混凝土表面存在约2～3 cm泥浆层，且浇筑表面平整度较低，水下能见度较差，对超声信号采集与测点定位均带来一定干扰。
在上述复杂水下条件下，设备仍能够获取较连续的内部反射信息，各测线均可识别约2.7～3.2 m范围内的底部反射界面，与垫层实际厚度基本对应。同时，多条测线在约1.0～1.5 m深度范围内出现较明显异常反射，局部位置还出现疑似空洞、蜂窝等异常响应。
综合结果表明，设备在复杂水下环境中仍具有较好的穿透与成像能力，可实现厚大水下混凝土结构底界面及内部缺陷的有效识别，为水下混凝土质量检测提供直观可靠的技术依据。
从陆上横波成像到水下纵波成像，武汉长盛仍将持续拓展相控超声混凝土检测技术的应用边界与实施效果。
