淺析道路橋梁檢測(cè)技術(shù)

李 響

鞍山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心

淺析道路橋梁檢測(cè)技術(shù)

李 響

鞍山市建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)中心

道路橋梁是國(guó)家經(jīng)濟(jì)文化發(fā)展的命脈，發(fā)揮著重要的作用，為了適應(yīng)我國(guó)高速發(fā)展，我國(guó)的道路橋梁進(jìn)入大規(guī)模建設(shè)的時(shí)代，伴隨而來的質(zhì)量問題引起了社會(huì)廣泛關(guān)注，作為道路橋梁的質(zhì)量安全的保障的道路橋梁檢測(cè)技術(shù)顯的尤為重要，新的檢測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)我國(guó)的道路橋梁事業(yè)的發(fā)展起到促進(jìn)作用。

道路橋梁；橋梁檢測(cè)技術(shù)；綜述

經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的需求帶動(dòng)道路橋梁的進(jìn)入了大規(guī)模建設(shè)期，但是，交通運(yùn)輸業(yè)的高速發(fā)展與相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對(duì)落后之間的矛盾越來越突出，有相當(dāng)一部分處于超期服役的狀態(tài)，人為損壞、老化以及承載力下降等現(xiàn)象十分突出，嚴(yán)重制約與威脅著交通事業(yè)的發(fā)展與人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。采用高效的檢測(cè)技術(shù)能夠讓技術(shù)人員準(zhǔn)確了解道路橋梁的各項(xiàng)性能參數(shù)，有利于及時(shí)采用相關(guān)措施。

一、超聲檢測(cè)技術(shù)

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得超聲檢測(cè)儀器從最初笨重的電子管單示波顯示型轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的半導(dǎo)體集成化、數(shù)字化甚至智能化的輕便儀器。同時(shí)，測(cè)量參數(shù)也更加多元化，從當(dāng)初的單一聲速參數(shù)檢測(cè)發(fā)展為現(xiàn)在的聲速、波幅以及頻率等多參數(shù)檢測(cè)；其檢測(cè)效果也有了質(zhì)的飛躍，從最早的定性檢測(cè)發(fā)展為現(xiàn)在的定量檢測(cè)。

在進(jìn)行道路橋梁檢測(cè)時(shí)，超聲波能夠穿透混凝土結(jié)構(gòu)并在其中傳播較遠(yuǎn)的距離，并且使用安全，操作簡(jiǎn)便。使用超聲儀器最為常用的方法就是穿透測(cè)法，但是利用該方法進(jìn)行檢測(cè)時(shí)要求兩個(gè)相對(duì)測(cè)試面。因此，這限制了超聲檢測(cè)的應(yīng)用范圍，例如，超聲檢測(cè)技術(shù)不適用于隧道中的襯砌、噴射混凝土等結(jié)構(gòu)或者在墻體、路面、跑道、護(hù)坡、護(hù)坦以及底板等方面。同時(shí)需要注意的是，因?yàn)槭锹暡ù┩笝z測(cè)，其缺陷信號(hào)的有效捕捉始終是制約其發(fā)展的瓶頸問題。因此，在對(duì)于道路橋梁進(jìn)行檢測(cè)的過程中，我們通常采用比較多測(cè)點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)的方式，利用統(tǒng)計(jì)概率對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并對(duì)缺陷情況進(jìn)行評(píng)估。

二、地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)

地質(zhì)雷達(dá)（又稱探地雷達(dá)，Ground Penetrating Radar，簡(jiǎn)稱GPR）檢測(cè)技術(shù)是一種高精度、連續(xù)無損、經(jīng)濟(jì)快速、圖像直觀的高科技檢測(cè)技術(shù)。它是通過地質(zhì)雷達(dá)向物體內(nèi)部發(fā)射高頻電磁波并接收相應(yīng)的反射波來判斷物體內(nèi)部異常情況。作為目前精度較高的一種物理探測(cè)技術(shù)，地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工程地質(zhì)、巖土工程、地基工程、道路橋梁、文物考古、混凝土結(jié)構(gòu)探傷等領(lǐng)域。

地質(zhì)雷達(dá)儀器的構(gòu)成部分主要包括：控制單元、控制中心（通常是筆記本電腦）、發(fā)射天線以及接收天線。探地雷達(dá)的工作流程為：①檢測(cè)人員利用筆記本電腦能夠?qū)刂茊卧l(fā)出各種指令；②控制單元在接收到指令之后，可以同時(shí)向發(fā)射天線與接收天線發(fā)出觸發(fā)信號(hào)；③在發(fā)射天線觸發(fā)之后，它能夠向地面發(fā)射高頻脈沖電磁波（通常其頻率在幾十至幾千兆赫之間）；④電磁波在向下傳播的過程中會(huì)遇到不同電性的目標(biāo)和界面等，或者當(dāng)被探位置局域介質(zhì)不均勻體的時(shí)候，部分電磁波便可以被反射回地面，并由接收天線進(jìn)行接收，接收到的信號(hào)會(huì)以數(shù)據(jù)的形式被輸送到控制單元，并最終傳回到筆記本電腦，以圖像的方式顯示出來。⑤通過對(duì)圖像進(jìn)行處理與分析，就可以了解地下介質(zhì)的具體分布情況，檢測(cè)目的便也達(dá)到了。

三、聲發(fā)射法檢測(cè)技術(shù)

聲發(fā)射法的具體原理是，由于材料內(nèi)部微觀構(gòu)造不均勻或者存在性質(zhì)不同的缺陷，局部的應(yīng)力集中會(huì)致使應(yīng)力分布的不穩(wěn)定；材料的塑性變形、產(chǎn)生裂縫、裂縫擴(kuò)展、失穩(wěn)斷裂等一系列過程能夠有效完成不穩(wěn)定高能狀態(tài)向穩(wěn)定的低能狀態(tài)的轉(zhuǎn)化；在整個(gè)應(yīng)力松弛釋放的過程中，所釋放的部分應(yīng)變能將會(huì)以應(yīng)力波的形式想四周發(fā)射，我們稱之為聲發(fā)射。

以道路橋梁中的混凝土結(jié)構(gòu)為例，它在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生變形。當(dāng)這種變形超過設(shè)計(jì)要求，混凝土結(jié)構(gòu)便會(huì)出現(xiàn)裂縫，并通過彈性波的形式釋放出應(yīng)變能（例聲能、熱能或者光能等）。在對(duì)其進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，我們可以將聲發(fā)射感應(yīng)器放置在待檢測(cè)部位，通過確定不同位置收到聲音的時(shí)間差，我們可以明確發(fā)生源（即裂縫部位）的具體位置。通過此種措施，我們可以比較詳細(xì)、準(zhǔn)確地了解道路橋梁的內(nèi)部變化。同時(shí)，分析與研究發(fā)聲位置之后，裂縫的大小、種類、開裂速度、最大荷變應(yīng)力都可以得到比較詳細(xì)地認(rèn)識(shí)。

但是其最大的缺點(diǎn)是進(jìn)行檢測(cè)非常容易受各種噪聲的影響，進(jìn)而導(dǎo)致檢測(cè)精度的幅度下降；然而，該檢測(cè)方式是利用道路橋梁自身的內(nèi)部缺陷，因而可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)的動(dòng)態(tài)檢測(cè)?？傮w來說，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用較少。

四、沖擊回波法檢測(cè)技術(shù)

我國(guó)南京水利科學(xué)研究院在20世紀(jì)80年代末研制成功IES沖擊反射系統(tǒng)，并在大型模擬試驗(yàn)板及工程實(shí)測(cè)實(shí)踐中取得了成功，使沖擊回波法在我國(guó)進(jìn)入實(shí)用階段。沖擊回波法的測(cè)試原理是儀器通過機(jī)械沖擊器向物體表面發(fā)送短周期應(yīng)力脈沖波，其中壓縮波（P波）在物體內(nèi)傳播過程中，當(dāng)遇到內(nèi)部缺陷（如裂縫寬度＞0.03mm）時(shí)，波便不能穿透而產(chǎn)生反射，遇到表面邊界時(shí)也會(huì)發(fā)生反射，一旦波速確定，且選擇正確的沖擊器，就可通過單面測(cè)試準(zhǔn)確地測(cè)得裂縫等缺陷的位置和深度，當(dāng)構(gòu)件不存在缺陷時(shí)則可測(cè)得其厚度。

沖擊回波法通常為單面反射測(cè)試，因此它的測(cè)試比較方便和快速，測(cè)試結(jié)果也比較直觀。此方法可以實(shí)現(xiàn)“測(cè)一點(diǎn)判斷一點(diǎn)”，因此曾經(jīng)廣泛地應(yīng)用于測(cè)定道路橋梁的瀝青混凝土或者混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷，但是這種方法由于是單點(diǎn)檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果往往不全面，因此實(shí)際應(yīng)用也比較少。

五、紅外熱像檢測(cè)技術(shù)

紅外熱像檢測(cè)技術(shù)是指運(yùn)用紅外熱像儀探測(cè)物體各部分輻射出的紅外線能量，根據(jù)物體表面的溫度場(chǎng)分布狀況所形成的熱像圖，直觀地顯示材料、結(jié)構(gòu)物及其結(jié)合上存在的不連續(xù)缺陷的檢測(cè)技術(shù)。它是非接觸的無損檢測(cè)技術(shù)，即在技術(shù)上可作上下、左右對(duì)被測(cè)物非接觸的連續(xù)掃測(cè)，因此也稱紅外掃描測(cè)試技術(shù)。

紅外熱像檢測(cè)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：①在理論上，其探測(cè)器焦距為20cm至無窮遠(yuǎn)，所以特別適合具有非接觸和廣視域等特點(diǎn)的大面積無損檢測(cè)；②該探測(cè)器只對(duì)紅外線響應(yīng)，因此只要道路橋梁高于絕對(duì)零度（顯然會(huì)高于絕對(duì)零度），紅外線熱像監(jiān)測(cè)技術(shù)便可以工作，白天和晚上均可；③當(dāng)前紅外熱像儀的溫度分辨率已經(jīng)高達(dá)0.1℃，因此檢測(cè)精度有技術(shù)保證；④紅外熱像儀的可測(cè)溫度范圍在-50℃-2000℃之間，具有非常廣闊的探測(cè)空間；⑤攝像速度在1幀每秒至30幀每秒之間，靜態(tài)的常規(guī)檢測(cè)和動(dòng)態(tài)的跟蹤探測(cè)都適用，檢測(cè)模式的選擇更加靈活。

總而言之，橋梁檢測(cè)是一個(gè)多學(xué)科交叉的系統(tǒng)工作，需要各個(gè)環(huán)節(jié)都做好才 能達(dá)到一個(gè)最優(yōu)的效果。為了保證橋梁的安全運(yùn)營(yíng)，必須經(jīng)常對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)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。

［1］盧彭真等.無損檢測(cè)技術(shù)在道路橋梁中的應(yīng)用與發(fā)展［J］.公路交通技術(shù).2004 （12）.

［2］余志雄.地質(zhì)雷達(dá)數(shù)字處理技術(shù)研究及地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)在水電工程中的應(yīng)用［D］.武漢大學(xué)碩士論文，2003，（6）