橋梁無損檢測技術(shù)的研究與應(yīng)用

趙文勝

（廣東冠安建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司 廣東中山 528400）

0 引言

在橋梁工程施工中，質(zhì)量檢測是十分重要的環(huán)節(jié)?，F(xiàn)如今，社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，橋梁工程建設(shè)數(shù)量和規(guī)模均不斷增加，社會各界對于橋梁工程施工質(zhì)量的關(guān)注度不斷提升。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，橋梁工程檢測技術(shù)類型越來越多，其中，無損檢測技術(shù)優(yōu)勢明顯，因此，對無損檢測技術(shù)在橋梁工程檢測中的應(yīng)用進(jìn)行深入研究迫在眉睫。

1 無損檢測技術(shù)

在以往的橋梁工程檢測中，一般采用破壞性檢測方式，即隨機選擇檢測點進(jìn)行鉆孔取樣，對樣本進(jìn)行檢測分析，進(jìn)而判斷橋梁工程施工質(zhì)量。但是，這種傳統(tǒng)的質(zhì)量檢測方式存在很多弊端：①鉆孔點選擇具有隨機性特征，容易造成部分區(qū)域遺漏，取點位置可能不具有代表性，導(dǎo)致檢測結(jié)果可靠性降低。②在鉆孔取樣中不可避免地會對橋梁工程造成損傷，甚至還會對橋梁工程結(jié)構(gòu)性能造成不良影響。與傳統(tǒng)的橋梁工程質(zhì)量檢測技術(shù)相比，無損檢測技術(shù)優(yōu)勢明顯，不會對橋梁工程結(jié)構(gòu)造成損害，通過對檢測所得參數(shù)進(jìn)行分析，即可評估橋梁工程結(jié)構(gòu)特征以及使用性能。無損檢測技術(shù)為一種新興技術(shù)類型，可充分利用聲、電、光等特性，對橋梁工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入檢測，進(jìn)而準(zhǔn)確判斷橋梁工程結(jié)構(gòu)損傷以及質(zhì)量隱患。

2 橋梁無損檢測技術(shù)的作用

橋梁工程在促進(jìn)社會經(jīng)濟發(fā)展，保障行人行車安全方面發(fā)揮著十分重要的作用。與常規(guī)建筑工程相比，橋梁工程建設(shè)具有點多、線長以及面廣等特征，施工時間比較長，在具體的施工過程中，很多環(huán)境因素以及人為因素均可能會對橋梁工程施工質(zhì)量造成不良影響，這就要求做好橋梁工程質(zhì)量檢測。

在橋梁工程檢測中，需要對橋梁工程關(guān)鍵構(gòu)件以及施工材料進(jìn)行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果判斷橋梁工程施工質(zhì)量。通過將無損檢測技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程施工檢測中，不會對橋梁結(jié)構(gòu)造成不良影響，同時還可準(zhǔn)確獲得橋梁工程性能以及質(zhì)量參數(shù)。通過將各類參數(shù)與橋梁工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較分析，即可判斷出橋梁工程質(zhì)量以及安全隱患，施工單位可據(jù)此采取有效的整改措施，延長橋梁工程使用壽命。

3 橋梁無損檢測技術(shù)類型

3.1 超聲波技術(shù)

在橋梁工程無損檢測技術(shù)類型中，超聲波技術(shù)的應(yīng)用比較常見。超聲波技術(shù)的應(yīng)用原理為，在聲波發(fā)送以及傳輸過程中可與結(jié)構(gòu)接觸，即可確定結(jié)構(gòu)內(nèi)部實際情況，如圖1所示。當(dāng)聲波在傳遞過程中觸碰到橋梁工程結(jié)構(gòu)時，即可產(chǎn)生低頻應(yīng)力濾波，當(dāng)接受器接收到反射波并進(jìn)行處理后，即可獲得橋梁工程結(jié)構(gòu)檢測結(jié)果，據(jù)此評估橋梁工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在質(zhì)量隱患。

3.2 光纖傳感技術(shù)

有些橋梁工程建設(shè)規(guī)模比較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高，如果采用傳統(tǒng)的檢測技術(shù)或者超聲波技術(shù)，無法滿足實際檢測需要，對此可采用光纖傳感技術(shù)。在光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用中，能夠依據(jù)物理指標(biāo)變化實際情況得出不同的檢測效果，有效提高橋梁工程檢測效率，其應(yīng)用原理如圖2所示。

圖1 超聲波檢測原理

圖2 光纖傳感信號處理系統(tǒng)原理

3.3 雷達(dá)檢測技術(shù)

在橋梁工程雷達(dá)檢測技術(shù)的應(yīng)用中，需對橋面發(fā)射頻率較高的電磁波，雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用原理與超聲波技術(shù)技術(shù)大致相同，通過對波在介質(zhì)中的傳播特征進(jìn)行分析，即可了解橋梁工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部實際情況。在雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用中，能夠快速準(zhǔn)確地檢測出橋梁工程那內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損壞問題。

3.4 沖擊回波技術(shù)

沖擊回波檢測技術(shù)是一種以應(yīng)力波為原理的檢測技術(shù)，在具體的檢測過程中，通過對應(yīng)力波反發(fā)射情況進(jìn)行分析，即可判斷橋梁工程結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否有缺陷問題。在沖擊回波法的應(yīng)用中，可對橋梁工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)快速檢測，在獲得檢測結(jié)果后，還可將檢測結(jié)果以三維成像方式展現(xiàn)，進(jìn)而有效提升橋梁工程無損檢測可視性特征。沖擊回波法的應(yīng)用原理為，首先激發(fā)短時機械沖擊，使其能夠產(chǎn)生低頻應(yīng)力波，在低頻應(yīng)力波傳輸過程中，如果遇到橋梁工程結(jié)構(gòu)缺陷，即可反射，接收器可接收到反射回來的應(yīng)力波，然后再將其輸入信號處理設(shè)備中，對信號幅值譜進(jìn)行分析，進(jìn)而判斷橋梁工程內(nèi)部缺陷，其應(yīng)用原理如圖3所示。

圖3 沖擊回波技術(shù)原理

3.5 射線檢測技術(shù)

射線檢測技術(shù)，是一種更加高科技的檢測技術(shù)，它能夠利用X射線或者伽瑪射線，對橋梁進(jìn)行檢測并生成一定的圖譜，便于人們的觀察。另外，射線檢測技術(shù)也能夠檢測出損害發(fā)生的具體位置，還能夠檢測出損壞的程度，其檢測精度非常之高，它們能夠為橋梁的養(yǎng)護(hù)與管理提供非常重要的數(shù)據(jù)。與此同時，射線檢測技術(shù)還存在許多的缺陷。它本身的科技含量就非常之高，其使用的成本也非常之高，因此只適合小范圍，小規(guī)模的使用，并不適合廣泛地推廣。

3.6 激光技術(shù)

在實際應(yīng)用的過程中，激光技術(shù)主要用于橋梁工程路面情況的檢測工作，其所涉及到的原理主要包括衍射原理、光電反射原理以及光時差原理等。其中，衍射原理主要是指激光在進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中，一旦路徑上有狹縫出現(xiàn)會發(fā)生衍射的現(xiàn)象，在此過程中，通過不斷對狹縫的寬窄進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以獲得明暗面相接的圖像并建立一定的聯(lián)系。因此，相關(guān)人員通過對狹縫寬度改變的情況進(jìn)行研究，可以對橋梁工程的質(zhì)量進(jìn)行一定的判斷。另一方面，光電反射所應(yīng)用的原理主要是激光與光電的強度之間存在直接的相關(guān)性，對此，檢測人員通過光電轉(zhuǎn)換器等設(shè)備的使用，可以將光能轉(zhuǎn)化為電能，并按照預(yù)定的光電位移的狀況進(jìn)行相關(guān)計算，從而得到彎沉位移的準(zhǔn)確情況。此外，光時差原理主要是通過對于激光在短距離內(nèi)傳輸所產(chǎn)生的時差進(jìn)行記錄與分析，從而對橋梁工程所具有的均勻度進(jìn)行有效的判斷。

3.7 電化學(xué)檢測技術(shù)

混凝土中的鋼筋受到各種因素影響會發(fā)生腐蝕問題，此時就會出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，工作人員可以結(jié)合化學(xué)反應(yīng)情況對鋼筋腐蝕的具體情況進(jìn)行評價。從當(dāng)前人們運用的檢測方法可知，電化學(xué)檢測可以對混凝土的碳化深度進(jìn)行分析，進(jìn)而可以很好地掌握混凝土受到腐蝕的具體情況。在評定工作中，技術(shù)人員可以參照我國橋梁工程的評價標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測。工作人員還需要根據(jù)橋梁的情況，如上下結(jié)構(gòu)、橋面以及支座等進(jìn)行集中檢測，對所出現(xiàn)的重大問題進(jìn)行集中處理，從而保障橋梁工程的安全性。

4 橋梁工程概況

在本次研究中以某橋梁工程為研究對象，該橋梁工程橋長為245m，為大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁。采用后張法預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，橋梁工程上部結(jié)構(gòu)為，鋼筋混凝土預(yù)制箱梁，箱梁跨度為32.3m，采用單箱單室截面形式。在本次無損檢測中，主要對箱梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷進(jìn)行檢測，綜合考慮橋梁工程實際情況以及施工技術(shù)條件，選用沖擊回波法進(jìn)行橋梁工程無損檢測。

5 沖擊回波法在橋梁檢測中的應(yīng)用

5.1 沖擊回波信號原理分析

5.1.1 時域T分析

當(dāng)應(yīng)力波在混凝土結(jié)構(gòu)中傳播時，其傳播速度V為定值，并且與結(jié)構(gòu)底面以及缺陷面有較大差異，因此，對于混凝土結(jié)構(gòu)厚度以及缺陷的范圍，可根據(jù)公式（1）進(jìn)行計算。

式中：t-從應(yīng)力波發(fā)射至接收的間隔，s；as-與構(gòu)件截面幾何形狀相關(guān)的系數(shù)。

5.1.2 頻域分析

在收集信號后，可將其傳遞至傅立葉變換裝置中對頻域進(jìn)行分析，通過對頻譜圖進(jìn)行分析，即可判斷結(jié)構(gòu)缺陷，如公式（2）所示，可推算出混凝土厚度以及缺陷位置，對于混凝土以及鋼結(jié)構(gòu)界面，可根據(jù)公式（3）進(jìn)行計算。

式中：h-表面或缺陷深度；f-應(yīng)力波共振頻率。

5.2 沖擊回波法的具體應(yīng)用

5.2.1 儀器選擇、測點布置及表面處理

對于橋梁工程沖擊回波檢測設(shè)備，可分為手動激振以及自動激振兩種類型，其中手動激振設(shè)備的沖擊強度有一定差異，可能會影響檢測結(jié)果準(zhǔn)確性和可靠性。綜合考慮實際情況，在該橋梁工程沖擊回波檢測中采用IES掃描式?jīng)_擊回波測試儀，該檢測設(shè)備不僅檢測效率較高，并且自動化水平高，檢測速度快。為了對該橋梁工程施工質(zhì)量進(jìn)行全面細(xì)致的評估，要求對于6孔箱梁、18根橫向預(yù)應(yīng)力管道均進(jìn)行無損檢測，對于各個管道，要求采用隨機分布方式設(shè)置10個測試點，而對于各個測試點則應(yīng)重復(fù)測試3次。需要注意，在沖擊回波法的實際應(yīng)用中，在選擇檢測對象時，要求檢測對象表面不能有孔洞、蜂窩等質(zhì)量問題，避免對傳感器信號造成不良影響。因此，在應(yīng)用沖擊回波檢測設(shè)備前，在選擇好測試對象后，需采用砂輪對檢測對象表面進(jìn)行打磨處理。除此以外，對于預(yù)應(yīng)力管道埋深，要求控制在80cm以內(nèi)，本工程波紋管與頂板之間的距離在20～40cm之間，因此符合要求。

5.2.2 數(shù)據(jù)測定和頻譜圖分析

在該橋梁工程無損檢測中，以6#箱梁的一根波紋管為例，對檢測結(jié)果進(jìn)行分析。在該波紋管上，共設(shè)置有2出測點，6#箱梁中某波紋管測量結(jié)果如圖4所示，通過對圖4進(jìn)行分析可見，頻率圖上有兩處明顯的峰值，第一為頂板厚度，根據(jù)公式（2）進(jìn)行計算，h為40cm，符合實際情況；第二為鋼絞線位置，根據(jù)公式（3）進(jìn)行計算，h為15cm，符合實際情況。

圖4 6#箱梁中某波紋管測量結(jié)果

6 結(jié)語

綜上所述，本文主要結(jié)合實例對無損檢測技術(shù)在橋梁工程結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測中的應(yīng)用方式進(jìn)行了詳細(xì)探究，與傳統(tǒng)的鉆孔取樣檢測方式相比，無損檢測技術(shù)優(yōu)勢明顯，不僅不會對橋梁工程外觀結(jié)構(gòu)造成不良影響，同時還能夠?qū)蛄汗こ探Y(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行快速準(zhǔn)確的檢測，為橋梁工程施工質(zhì)量改進(jìn)提供可靠依據(jù)，進(jìn)而延長橋梁工程使用壽命。