彈性波檢測客運專線橋梁墩臺支承墊石密實度方法研究

黎敏

（中鐵十一局集團有限公司,湖北 武漢430060）

彈性波檢測客運專線橋梁墩臺支承墊石密實度方法研究

黎敏

（中鐵十一局集團有限公司,湖北 武漢430060）

在客運專線橋梁建設(shè)中，支承墊石混凝土的質(zhì)量對整座橋梁的質(zhì)量有著舉足輕重的影響。判斷支承墊石混凝土耐久性好壞的一個重要指標(biāo)就是混凝土的密實度?；炷恋拿軐嵍瓤赏ㄟ^對混凝土直接取芯進(jìn)行外觀判斷，也可以用超聲波無損檢測或用滲水性測定儀器間接判定，但這些檢測方法都有速度慢、效率低的缺點，同時還有造成誤判的可能。采用沖擊彈性波無損檢測方法可以有效避免這些不利影響，能夠較為準(zhǔn)確地測定混凝土內(nèi)部密實度質(zhì)量。闡述沖擊彈性波無損檢測的原理，介紹彈性波檢測的測點布置及編號規(guī)則、測試數(shù)據(jù)及結(jié)果。

客運專線；支承墊石；密實度；沖擊彈性波；無損檢測

0 引言

支承墊石是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分，它的好壞直接影響橋梁的使用壽命和結(jié)構(gòu)安全[1]。支承墊石施工具有體積小、受力大、應(yīng)力集中、分布鋼筋密，施工精度要求高的特點。如果在工程施工中支承墊石標(biāo)高及平面位置控制不好，分布鋼筋布置不合理，就會造成支座受力不均勻或脫空等質(zhì)量問題，從而引起嚴(yán)重的安全和質(zhì)量隱患[2]。

支承墊石是橋梁結(jié)構(gòu)中傳力最為關(guān)鍵的部位，但在施工過程中仍存在一些質(zhì)量問題。如：因標(biāo)高控制不準(zhǔn)確引起的支承墊石高程偏差過高或過低；因平面位置控制不準(zhǔn)確引起的預(yù)留錨栓孔位置偏差過大；混凝土振搗過程中因鋼筋過密造成漏振引起的混凝土內(nèi)部空洞；模板跑模引起的支承墊石尺寸偏差過大；預(yù)留錨栓孔模具固定不牢引起的孔位傾斜或孔深不夠；支承墊石預(yù)埋鋼筋位置不準(zhǔn)確引起的保護(hù)層過大或過??；養(yǎng)護(hù)不及時引起的收縮裂紋。這些質(zhì)量通病嚴(yán)重危 害著橋梁的正常使用，如果施工時不注意防止或避免，交付運營后維修會非常困難。這些質(zhì)量問題應(yīng)引起施工、質(zhì)檢和驗收人員的高度重視。因此，在梁體架設(shè)前確保墊石質(zhì)量顯得尤為重要。

1 檢測原理

沖擊回波法檢測原理為:在結(jié)構(gòu)混凝土表面利用瞬時的機械沖擊產(chǎn)生低頻的應(yīng)力波，應(yīng)力波傳播到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，遇到聲阻抗有差異的界面如構(gòu)件底面或缺陷表面時將被反射回來，并在構(gòu)件表面、內(nèi)部缺陷表面或構(gòu)件底部之間來回反射產(chǎn)生瞬態(tài)共振，其共振頻率能在振幅譜中辨別出來，然后通過對反射回來的應(yīng)力波進(jìn)行時域分析與頻域分析，就能用于確定構(gòu)件厚度及其內(nèi)部缺陷位置[3]。

堅硬的物體在沖擊混凝土表面時，形成一瞬間應(yīng)力脈沖（見圖1）。該應(yīng)力脈沖由壓縮波（縱波，P波）、剪切波（橫波，S波）及瑞利波（R波）組成[4]。P波和S波沿圓形波陣面?zhèn)魅朐圀w，R波沿表面?zhèn)鞑5]。當(dāng)P、S波在傳播過程中遇到缺陷或邊界（底面）時，由于兩種介質(zhì)的聲阻抗率不同，應(yīng)力波在這些界面處將發(fā)生反射。這樣，在表面與界面（缺陷與邊界）之間產(chǎn)生多重反射，結(jié)果形成瞬時的類諧振條件。當(dāng)把一個傳感器置于沖擊點附近時，即可測出該處由于多次反射波引起的表面位移響應(yīng)。

圖1 沖擊反射原理

沖擊反射測量中，主要關(guān)心的是P波，因為由P波所引起的表面位移比S波大得多。在傳感器所獲得的時間-位移曲線（簡稱時域曲線，如圖2所示）上可看到P波多次反射引起的表面位移變化情況。

圖2 測試分析結(jié)果

將所得的沖擊響應(yīng)進(jìn)行快速傅利葉變換(FFI)，即獲得該沖擊響應(yīng)中各種頻率成分的振幅分布圖，稱為頻譜圖（振幅譜）或頻域曲線。圖2是應(yīng)用該系統(tǒng)在一塊混凝土板上沖擊，接收到響應(yīng)后再進(jìn)行FFT變換，最后在計算機屏幕上獲得的沖擊響應(yīng)（波形）的頻譜圖。譜圖中最高的峰正是由于應(yīng)力波在頂面與界面（此處為底面）間來回反射形成的振幅加強所致，這時最高峰所對應(yīng)的頻率就是厚度頻率。

2 測點布置及編號規(guī)則

在測試中對每個螺栓孔布置3條測線，每個測線布置3個測點；測線之間的間距為5 cm，測點之間的間距為15 cm，每個墊石共布置6條測線；每個橋墩有兩塊支座墊石，即52-1（第52#橋墩北側(cè)）和52-2（第52#橋墩南側(cè))。圖3為測點布置圖。

圖3 測點布置圖

3 測試數(shù)據(jù)及結(jié)果

各墊石螺栓孔檢測結(jié)果見圖4～圖7，分析結(jié)果見圖8～圖11，各測點應(yīng)力波速見表1，檢測結(jié)果匯總見表2。

圖4 52-1測試曲線

圖5 52-2測試曲線

圖6 53-1測試曲線

圖7 53-2測試曲線

圖8 52-1分析曲線

圖9 52-2分析曲線

圖10 53-1分析曲線

圖11 53-2分析曲線

表1 各測點應(yīng)力波波速值

表2 52#～53#橋墩支座墊石螺栓孔應(yīng)力波法檢測結(jié)果匯總表

4 結(jié)論

由檢測結(jié)果可知各被檢橋墩南北兩側(cè)支座墊石現(xiàn)齡期混凝土強度推定值均在50MPa以上；52#南側(cè)墊石存在表層缺陷的情況，但不影響正常使用。綜上所述，52#～53#橋墩支座墊石滿足設(shè)計要求，可以正常使用。因此，利用沖擊回波法無損檢測結(jié)果中的頻譜曲線，可以得到被測混凝土構(gòu)件的內(nèi)部密實情況，精度較高，完全可以滿足實際工程檢測精度要求。

[1]劉萌.超聲波法在混凝土密實度檢測中的應(yīng)用[J].中國建材科技，2015(3)：20-22.

[2]榮寧.地震CT在混凝土無損檢測中的應(yīng)用研究[D].昆明：昆明理工大學(xué)，2008.

[3]肖云風(fēng).鋼管混凝土拱橋無損檢測技術(shù)及應(yīng)用研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2007.

[4]孫其臣.沖擊彈性波技術(shù)在水工混凝土結(jié)構(gòu)無損檢測中的應(yīng)用研究[D].北京：中國水利水電科學(xué)研究院，2013.

[5]張雪峰.沖擊回波法在現(xiàn)澆混凝土箱梁厚度及密實性無損檢測中的應(yīng)用研究[J].2015(5)：232-233.

U443.2

B

1009-7716（2016）12-0156-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.046

2016-08-17

黎敏（1984-），男，江西新余人，工程師，從事工程施工技術(shù)工作。