論公路橋梁局部檢測技術(shù)的方法與發(fā)展動態(tài)

張錫林

摘 要：本文主要針對混凝土橋梁耐久性檢測的各類局部檢測技術(shù)進(jìn)行分析，研究對象包括：混凝土強(qiáng)度檢測方法、混凝土缺陷檢測方法、混凝土碳化狀況檢測方法、鋼筋銹蝕檢測方法、混凝土中氯離子含量檢測方法、鋼筋分布狀況的檢測方法等。

關(guān)鍵詞：橋梁；局部；檢測方法；發(fā)展動態(tài)

1.前言

為了確保橋梁的正常運(yùn)營，必須經(jīng)常對橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，橋梁結(jié)構(gòu)檢測已成為橋梁結(jié)構(gòu)安全養(yǎng)護(hù)和保障正常使用的主要技術(shù)手段。橋梁檢測是消除交通安全隱患，測試橋梁承載能力的有效途徑，是獲得橋梁實(shí)際工作狀態(tài)的實(shí)用方法。目前，研究開發(fā)能及時準(zhǔn)確地診斷橋梁表面和內(nèi)部各種損傷（如裂縫、孔洞、磨損和鋼的銹蝕等）的新型結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)，并對橋梁損傷的發(fā)展趨勢和剩余壽命作出評估，為橋梁管養(yǎng)部門提供合理可靠的建議和依據(jù)，為保證橋梁的安全營運(yùn)具有主要的意義。

2.檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

目前，橋梁結(jié)構(gòu)檢測技術(shù)在實(shí)際工程實(shí)踐中得到了較好的應(yīng)用與發(fā)展，各類檢測技術(shù)的研究也取得了長足的進(jìn)步，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）先進(jìn)的橋面板檢測系統(tǒng)，包括雙帶遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)、地面滲透雷達(dá)等。

（2）先進(jìn)的橋梁測試和健康監(jiān)測系統(tǒng)，包括全橋監(jiān)測系統(tǒng)的無線電發(fā)送、精確的差分式全球定位系統(tǒng)（GPS）測量橋梁變形等。

（3）先進(jìn)的疲勞裂紋探測和評估系統(tǒng)，包括測橋梁裂紋的新型超聲波和磁分析儀系統(tǒng)、熱成像系統(tǒng)、便攜式聲發(fā)射系統(tǒng)、無線應(yīng)變測量系統(tǒng)、微波探測和定量分析、無源疲勞荷載測量設(shè)備和電磁聲發(fā)射傳感器等。

（4）先進(jìn)的銹蝕探測和評估技術(shù)，包括磁漏探測技術(shù)、探測先張法壓漿空隙的沖擊-反射系統(tǒng)、埋入式銹蝕微傳感器以及以磁為基礎(chǔ)的測量系統(tǒng)。

（5）強(qiáng)迫振動響應(yīng)評估橋梁下部結(jié)構(gòu)。磁力控制傳感器、光纖和其他微傳感器研究。

2.1混凝土強(qiáng)度檢測方法

（1）半破損法是以不影響構(gòu)件的承載能力為前提，在構(gòu)件上直接進(jìn)行局部破壞性試驗(yàn)，或直接取樣試驗(yàn)所得的值經(jīng)一定換算獲得混凝土強(qiáng)度。

（2）非破損法以混凝土強(qiáng)度與某些物理量之間的相關(guān)性為基礎(chǔ)，檢測時在不影響混凝土任何性能的前提下，測試某些物理量，然后根據(jù)相關(guān)關(guān)系推算被測混凝土的強(qiáng)度。屬于這類方法的有表面壓痕法、回彈法、超聲脈沖法、回彈-超聲綜合法、振動法、射線法、成熟度法等等。

（3）綜合法就是綜合采用以上兩種檢測方法，獲取多種物理參量，并建立強(qiáng)度與多項(xiàng)物理參量的綜合相關(guān)關(guān)系，以便從不同角度綜合評價混凝土的強(qiáng)度。

下面就幾種典型的混凝土強(qiáng)度檢測方法進(jìn)行詳細(xì)闡述：

2.1.1回彈法

回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的主要設(shè)備是回彈儀，回彈儀是一種機(jī)械式的無損檢驗(yàn)儀器。對于在測區(qū)內(nèi)測點(diǎn)（即測試回彈點(diǎn)）布設(shè)，根據(jù)《回彈法檢測混凝土抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T23-2001）中要求確定。按上述方法所推定的混凝土強(qiáng)度，相當(dāng)于邊長為150mm立方體同條件試塊強(qiáng)度。

2.1.2超聲波法

混凝土超聲檢測目前主要是采用“穿透法”，其基本原理是用一發(fā)射換能器重復(fù)發(fā)射一定頻率的超聲脈沖波，讓超聲波在所檢測的混凝土中傳播，然后由接收換能器將信號傳遞給超聲儀，由超聲儀測量接收到的超聲波信號的各種聲學(xué)參數(shù)，并轉(zhuǎn)化為電信號顯示在示波屏上。研究表明：在混凝土中傳播的超聲波的波速、振幅、頻率和波形等波動參數(shù)與所測混凝土的力學(xué)參數(shù)如彈性模量、泊松比、剪切模量以及內(nèi)部應(yīng)力分布狀態(tài)有直接的關(guān)系，也與混凝土內(nèi)部缺陷如斷裂面、孔洞的大小及形狀的分布有關(guān)。因此，當(dāng)超聲波在混凝土中傳播后，它攜帶了有關(guān)混凝土的材料性能、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成的信息，準(zhǔn)確測定這些聲學(xué)參數(shù)的大小及變化，可以推斷混凝土的強(qiáng)度和內(nèi)部缺陷等情況。

2.1.3超聲-回彈綜合法

“超聲-回彈”綜合法是應(yīng)用超聲法和回彈法綜合檢測混凝土抗壓強(qiáng)度的方法。其誤差約為±20%，而回彈法約為±25%。超聲波檢測混凝土強(qiáng)度的基本依據(jù)是超聲波傳播速度與混凝土彈性性質(zhì)有密切關(guān)系，而混凝土彈性性質(zhì)與其力學(xué)強(qiáng)度存在內(nèi)在聯(lián)系，因此，在實(shí)際檢測中，可以建立超聲聲速與混凝土抗壓強(qiáng)度相關(guān)關(guān)系并籍以推定混凝土的強(qiáng)度。對使用多年的混凝土橋梁結(jié)構(gòu)，當(dāng)采用回彈法檢測橋梁結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土強(qiáng)度時，若檢測條件與測強(qiáng)曲線的運(yùn)用條件有較大差異時，可采用回彈一取芯綜合法檢測混凝土強(qiáng)度。

2.2混凝土缺陷檢測方法

（1）超聲脈沖法檢測內(nèi)部缺陷分為穿透法和反射法。穿透法是根據(jù)超聲脈沖穿過混凝土?xí)r，在缺陷區(qū)的聲時、波幅、波形、接收信號的頻率等參數(shù)所發(fā)生的變化來判斷缺陷的，因此它只能在結(jié)構(gòu)物的兩個相對面上或在同一面上進(jìn)行測試。目前超聲脈沖穿透法已較為成熟，并已普遍用于工程實(shí)踐。

（2）脈沖回波法是采用落球、錘擊等方法在被測物件中產(chǎn)生應(yīng)力波，用傳感器接收回波，然后采用時域或頻域方法分析回波的反射位置，以判斷混凝土中缺陷位置的方法。其特點(diǎn)是激勵力足以產(chǎn)生較強(qiáng)的回波，因而可檢測尺寸較大的構(gòu)件，如深度達(dá)數(shù)十米的基樁或厚度較大的混凝土板等。

（3）雷達(dá)掃描法是利用混凝土反射電磁波的原理，先向被檢測的結(jié)構(gòu)物發(fā)射電磁波，在電特性（電容率及導(dǎo)電率）不同的物質(zhì)界面產(chǎn)生反射波，再根據(jù)反射波的性質(zhì)，分析反射波的影像，便可檢測出結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷。其特點(diǎn)是可迅速對被測結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，適用于道路、機(jī)場等結(jié)構(gòu)物的大面積快速掃測。

（4）紅外熱譜法是測量或記錄混凝土熱發(fā)射的方法。當(dāng)混凝土中存在缺陷時，這些有缺陷的部位與正常部位相比，溫度上升與下降的狀況是不同的，其外表面會產(chǎn)生溫度差。所以，從紅外線照相機(jī)所測得的溫度分布圖像中，便能推斷出缺陷的位置和大小。

（5）超聲發(fā)射法是利用混凝土受力時因內(nèi)部微小區(qū)域破壞而發(fā)聲的現(xiàn)象，根據(jù)聲發(fā)射信號分析混凝土損傷程度的一種方法，這種方法常用于混凝土受力破壞過程的監(jiān)視，用以確定混凝土的受力歷史和損傷程度。

目前，在諸多混凝土缺陷的無損檢測方法中，應(yīng)用最廣泛、最有效的是超聲法檢測。

2.3混凝土碳化狀況檢測方法

測量碳化深度，可用合適的工具（如鉆、鑿子）在測區(qū)表面形成直徑約為15mm的孔洞，其深度約等于保護(hù)層厚度，然后除去孔洞中的粉末和碎屑，不能用液體沖洗。用75%的酒精溶液與白色酚酞粉末配置成1～2%的酚酞酒精溶液，將其噴灑在孔洞壁的邊緣處，再用深度測尺測量自混凝土表面至深處不變色（未碳化部分呈紫紅色）有代表性的交界處垂直距離1～2次，該距離即為混凝土的碳化深度值。每次測讀至0.5mm。在測區(qū)中選取n個碳化深度測點(diǎn)，得到相應(yīng)碳化深度測量值，即可進(jìn)行平均碳化深度值的計算。

2.4鋼筋銹蝕檢測方法

鋼筋銹蝕檢測檢測方法可分為兩類，一類是直接檢測，用來檢測鋼筋本身的；另一類是間接檢測，用來檢測鋼筋所處環(huán)境的。

2.4.1半電池電位檢測法

通過檢測鋼筋銹蝕的自然電位來評定鋼筋銹蝕的狀態(tài)和活動性是常用的方法。該方法簡便、對結(jié)構(gòu)無損傷、易于現(xiàn)場實(shí)施、結(jié)果明確，適用于混凝土構(gòu)件壽命期間的任何期間，不受構(gòu)件尺寸、鋼筋保護(hù)層厚度的限制。鋼筋銹蝕是一個電化學(xué)過程，鋼筋銹蝕電位的測量是把鋼筋-混凝看作一個半電池，通過檢測與參考電極的電位差來作為鋼筋銹蝕電位的量度。

2.4.2混凝土電阻率的檢測方法

混凝土的電阻率反映其導(dǎo)電性，電阻率越大，則鋼筋銹蝕發(fā)展速度越慢，擴(kuò)散能力弱；電阻率越小，銹蝕發(fā)展速度越快，擴(kuò)散能力強(qiáng)，混凝土電阻率的測量采用四電極方法，即在混凝土表面等間距接觸四支電極，兩外側(cè)電極為電流電極，兩內(nèi)側(cè)電極為電壓電極，通過檢測兩電壓電極間的混凝土電阻即可獲得混凝土電阻率，按一定比例繪出測區(qū)平面圖，標(biāo)出相應(yīng)測位的混凝土電阻率值。根據(jù)測定結(jié)果，確定鋼筋可能的銹蝕速度。

2.5混凝土中氯離子含量的檢測方法

氯離子含量的測定分析方法主要有兩種：一種為實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析法，此法結(jié)果準(zhǔn)確，但對操作人員要求較高；另一種為滴定條法（Quantad-strips），這種方法比較簡便，可在現(xiàn)場完成。同時還可以應(yīng)用混凝土氯離子含量快速測定儀，此種方法也基于實(shí)驗(yàn)室化學(xué)分析法。

氯化物浸入混凝土引起鋼筋的銹蝕，其銹蝕危險性受到多種因素的影響，如碳化深度、混凝土含水量、混凝土質(zhì)量等，因此應(yīng)進(jìn)行綜合的分析。因氯離子含量引起鋼筋銹蝕的危險性可分為三個等級：低（氯離子含量0.4以下）、中（氯離子含量0.4～1.0）、高（氯離子含量1.0以上）。

2.6鋼筋分布狀況的檢測方法

混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋分布狀況可采用混凝土鋼筋檢測儀進(jìn)行無損檢測。另外還可以應(yīng)用混凝土成像雷達(dá)提供一種非破壞性的結(jié)構(gòu)的測定方法。在作業(yè)現(xiàn)場快速取得數(shù)據(jù)，獲得混凝土結(jié)構(gòu)圖像。來確定鋼筋情況，從而得到鋼筋的具體分布狀況。

3.結(jié)束語

本文探討了公路橋梁既有檢測技術(shù)與發(fā)展趨勢，總結(jié)了橋梁各類檢測技術(shù)的適用范圍和功能，測試新技術(shù)。對當(dāng)前常用的橋梁檢測技術(shù)進(jìn)行概括與總結(jié)，從結(jié)構(gòu)局部檢測宏觀角度對其進(jìn)行了歸納分類，為橋梁耐久性及安全性檢測提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)

[1] 章關(guān)永.橋梁結(jié)構(gòu)試驗(yàn).北京：人民交通出版社，2003.

[2] 宋一凡.公路橋梁荷載試驗(yàn)與結(jié)構(gòu)評定.北京：人民交通出版社，2002.

[3] 譚金華、呂秀杰、徐俊等.歐洲橋梁管理概況.世界橋梁，2004.（3）：52-55

[4] 李有豐、林安彥.橋梁檢測評估與補(bǔ)強(qiáng).機(jī)械工業(yè)出版社，2003.8