聲波檢測技術(shù)在混凝土橋梁檢測中的應(yīng)用

范亞聰 黃坤

摘 要：以聲波檢測技術(shù)為研究背景，對混凝土橋梁檢測中聲波檢測技術(shù)的應(yīng)用要點進行分析。首先論述了聲波檢測技術(shù)的基本內(nèi)容，其次在探討聲波檢測儀器發(fā)展基礎(chǔ)上，對聲波技術(shù)在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用情況進行分析。希望通過研究，可以給相關(guān)檢測人員提供參考。

關(guān)鍵詞：混凝土橋梁;檢測;聲波技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號：U466.3 文獻標識碼：A

1 聲波檢測技術(shù)概述

超聲波，其主要是由換能器或其他振源等產(chǎn)生，作為一種高頻機械振動，由于其的聲學(xué)參量與混凝土結(jié)構(gòu)特性有著一定的聯(lián)系，且能在具體的預(yù)測中得到有效的利用。而當前廣泛應(yīng)用的聲波檢測即是在這樣的條件下具體實施，不僅有著對力學(xué)特性的分析，而且在結(jié)構(gòu)性診斷上也有著特定的功效。由此也就使得這樣的技術(shù)有了兩項不可或缺的內(nèi)容，其一是聲學(xué)參數(shù)的測定，其二是尋找以上參數(shù)與混凝土結(jié)構(gòu)特性之間的存在的關(guān)系。

2 聲波檢測儀器的發(fā)展

就我國混凝土聲測儀器的發(fā)展來看，期間主要經(jīng)過了以下四個階段：上個世紀的六十年代是起始階段，電子管類型是主流;到了七十年代，晶體管集成電路類型成了主要代表;八十年代是初級數(shù)字化時期，儀器與微機的聯(lián)系使得聲參量的檢測更為高效科學(xué)，同時針對后期數(shù)據(jù)的處理也有了一定的發(fā)展;九十年代中期，數(shù)字式聲測越發(fā)成熟，型號也更為多樣。與此同時，自動化和智能化的水平也達到了國際水準。采用計算機為主控元的操作方式，使其針對聲參量的數(shù)據(jù)采集以及處理更為高效，同時相應(yīng)的分析能力也獲得前所未有的提高。

3 聲波技術(shù)在橋梁混凝土結(jié)構(gòu)檢測中的應(yīng)用

3.1 混凝土抗壓強度檢測

理論層面上來看，超聲波在混凝土中傳播的過程即是混凝土每一微區(qū)出現(xiàn)拉伸壓縮等變化的一個過程，由于混凝土強度與應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)有著一定的關(guān)系，因此使用超聲傳播特性描述混凝土強度較為適宜。但是因該物理量極為復(fù)雜，借助于邏輯推演以確定強度與超聲傳播特性之間的關(guān)系著實存在一定的難度。鑒于此，應(yīng)采取試驗歸納的方式，進而在這樣的方式操作之下確定超聲參量與混凝土強度的經(jīng)驗公式。由于這樣的方式其中存在的影響因素較多，因此所能應(yīng)用的范圍較小。鑒于這樣的現(xiàn)實情況，選擇測強曲線判定測試結(jié)果的準確性就有了一定的參考性。就超聲檢測的強度以及廣度來看，我國在世界領(lǐng)域內(nèi)都有著不可忽視的地位。此處主要對超聲回彈綜合法進行分析，其主要是借助于超聲值和回彈值等參數(shù)與混凝土強度之間的關(guān)系，進而在數(shù)理統(tǒng)計等方法下推斷出混凝土的強度。一般其檢測的誤差不超過15%[1]，而為了確保具體檢測的精確性，試塊等應(yīng)確保統(tǒng)一，同時還應(yīng)對混凝土芯樣強度做出一定的修正。對于建立地區(qū)性的測強曲線，我國大部分的省市已逐步展開且獲得良好的回報。北京地區(qū)這方面的實驗主要是由北京市政工程具體負責，且最終的實驗結(jié)果也達到了預(yù)期效果。其所采用的超聲回彈綜合法在混凝土強度檢測中有著突出的作用，通過自動測取聲學(xué)參數(shù)進而調(diào)取與之相適應(yīng)的測強曲線，最后也就是檢測結(jié)果的生成以及上報。

3.2 混凝土內(nèi)部缺陷檢測

當前混凝土探傷所用到的無損檢測方式主要有超聲脈沖法和雷達法以及射線法等，因雷達和射線等方式的穿透能力有限，且儀器以及防護等后續(xù)的配置成本較高，因此這樣的方式并沒有在我國獲得廣泛使用。而超聲法則獲得了較為突出的應(yīng)用效果，并在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測上取得了顯著的功效，因此就當下該領(lǐng)域的檢測來說，這樣的方式尤為重要。就穿透能力來看，超聲法在這方面的表現(xiàn)無疑是最為突出的，有數(shù)據(jù)顯示其最大可達到十幾米以上。就此類探測方式來看，其主要是通過超聲波遇到缺陷出現(xiàn)變化，而變化的主要表現(xiàn)是波形聲參數(shù)，進而在此基礎(chǔ)上對缺陷的性質(zhì)以及位置等做出較為詳細的判定。就當前此類探測所使用到的參數(shù)來看，聲時和聲程以及波幅等的參考頻率較高。為了定量確定缺陷的具體部位，我國將數(shù)理統(tǒng)計引用其中，然而由于此類方式影響之下的概率法得到的混凝土的質(zhì)量離散性較大，因此其在聲學(xué)參量上也大多以波動離散的形式表現(xiàn)出來。由進行的試驗確定，正常狀態(tài)下的混凝土聲參量符合正態(tài)分布的特點，因此只要是混凝土質(zhì)量不均下測試隨機誤差引起的數(shù)值波動，都應(yīng)將其歸入統(tǒng)計規(guī)律當中的正態(tài)分布，由此也能看出具體測定的科學(xué)性[2]。

需要注意的是，如果某些觀測值不在置信區(qū)間內(nèi)，那么即可將其判定為異常值。這樣的操作之下，為缺陷的判斷提供了較為便捷的方式。通過多種聲參量的綜合分析，缺陷判斷的準確性獲得了顯著的提高，例如聲時加長和波幅降低等，這樣的形勢條件下，相應(yīng)的儀器也就有了更高的標準，同時與之相關(guān)的軟件在具體操作上也有了特定的需求。就北京康科瑞公司推出的NM系列超聲儀來看，因其具備的多種聲學(xué)參量的自動判讀特性，進而為其精準測定各個測點的聲時以及幅度提供了基礎(chǔ)保障，與此同時實時記錄以及多因素綜合判斷也為未來的缺陷判斷提供了重要基礎(chǔ)。隨著綜合判斷模式的不斷增多，超聲測缺的判斷依據(jù)也變得更為全面精確。若論結(jié)構(gòu)缺陷檢測的重點，混凝土裂縫深度算一個重要方面。而對其的檢測早在2000年修訂的“超聲法檢測混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程”中即有說明，相應(yīng)的檢測和判定方法中新增了首波相位反相檢測法，而此類方法的業(yè)內(nèi)反響也比較好，對于提升檢測精度有著顯著的功效。針對這一方面的檢測，NM系列超聲儀也可對其做出具體實施，其配置的針對裂縫深度的檢測分析，使其在該領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢呈現(xiàn)得極為突出。

4 聲測技術(shù)在基樁檢測方面的應(yīng)用

對于橋梁工程當中的基樁完整性檢測來說，聲波投射法的作用不可忽視。就鉆孔灌注樁聲波投射法整體分析來看，其是混凝土缺陷聲測的一種，然而由于該處的施工方法以及結(jié)構(gòu)特性有其獨特性，因此相應(yīng)的缺陷判定方法也有著一定的差異。具體來看，聲波投射法的應(yīng)用是在基樁內(nèi)預(yù)埋兩根以上聲測管的基礎(chǔ)上實施，與此同時將發(fā)射和接收換能器等分別置于兩個聲測管內(nèi)，而相應(yīng)的測試即是在升降的過程中具體實施，相應(yīng)的檢測區(qū)間主要是發(fā)射到接收等換能器掃過的面積。

4.1 超聲波檢測在橋梁樁基中的應(yīng)用

對于橋梁樁基工程來說，采用到的超聲波檢測技術(shù)是存在差異性的，以下對這些常見技術(shù)的實踐要點進行深入分析。

（1）超聲波檢測原理。這樣條件下所進行的檢測主要是基于超聲波的固有特性，通過這樣一種高頻率的機械振動波的反射，以判定檢測部件所存在的某種不良情況。具體檢測的過程中，主要是以發(fā)射超聲波的形式進行，進而對樁基混凝土結(jié)構(gòu)所存在的某種不良情況實施測定。通常情況下，如果超聲波在計算機的模擬圖中波動比較均勻，即說明所測定的內(nèi)容沒有問題。

（2）優(yōu)點和局限性。就此類檢測方式的推進過程以及最終結(jié)果來看，整個的檢測并不會對檢測對象造成任何的損壞，且檢測的效率以及質(zhì)量都比較高。與此同時，所需的費用以及投入的成本都不高，因此其可作用于大多數(shù)的工程結(jié)構(gòu)檢測。不僅如此，此類方式在應(yīng)對厚度較大物體的檢測時也有顯著效果，因此即便是厚度較大的樁基也可采用此類方式進行檢測，由此可見此類技術(shù)有著顯著的普遍適用性。然而不足的是，這樣的技術(shù)檢測，其所得到的結(jié)果只是基于一定的判斷，檢測的切實依據(jù)往往無法有效地保留下來，因此對于后續(xù)的處理來說并不實用。

4.2 低應(yīng)變法在橋梁檢測中的應(yīng)用

（1）低應(yīng)變檢測技術(shù)原理。此類技術(shù)的應(yīng)用主要是基于樁基質(zhì)量檢驗過程中以施加作用力的方式進行，進而促使振動波產(chǎn)生，振動波在沿樁基傳播過程中出現(xiàn)不規(guī)則的波段，即說明該部分存在一定的問題，隨即開展特定的處理即可。同樣，其所檢測的基礎(chǔ)也是利用振動波的反射，進而在接收信號的條件下，以達到對樁基某些部分狀況的一個判定[3]。

（2）優(yōu)點和局限性。此類檢測方法的最顯著優(yōu)勢無疑是其便捷高效，且整個的操作無需較大的經(jīng)濟成本，同時也不會礙于檢測的推進對后續(xù)的整個施工進度的把控造成不良影響。正是由于其高效實用的顯著特點，因此其在我國大多數(shù)的樁基檢測中被廣泛應(yīng)用。然而此類檢測方式也有一定的不足，例如對于遠距離的檢測，最終得到的結(jié)果的準確性并不高，特別是針對高樁基的檢測，這樣的情況更為突出。因此，這樣的一種檢測方式僅限于部分一般高度的樁基。

4.3 高應(yīng)變檢測在橋梁樁基中的應(yīng)用

對于此類技術(shù)的應(yīng)用，需要按照工程的要求做好各方面的控制。

（1）高應(yīng)變檢測技術(shù)機理。此類技術(shù)的應(yīng)用主要是基于自由落體開展，進而在落下重錘對樁基所造成的壓力，以檢測其的承載性能。具體來看，此類方式主要是通過信號接收器來收集相關(guān)的信息，以對樁基的承載性能實施判定。

（2）優(yōu)點和局限性。此類檢測方式有著較長的使用歷史，因此其應(yīng)對各類情況都能有較為出色的發(fā)揮。其主要是對橋梁樁基實施橫向承載性能的檢測，由此得出其整體質(zhì)量是否符合既定的施工標準。此類檢測能夠精細地檢測出樁基中存在的各種問題，即便是極為細小的不良情況，其也能精確地測定出來，相對來說精度以及檢測的廣度等都比較高。但是這樣的方式也有一定的不足，例如對于某些特定樁基的質(zhì)量檢測，這樣的方式顯然并不適用。

5 結(jié)語

由以上論述可以看出，聲波檢測技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)無損檢測中確實有著極為重要的作用。隨著近些年對其不斷的研究和應(yīng)用，此類方法的精度等也有了顯著的提升，同時更多新型的方式不斷地涌現(xiàn)出來。不管是信號處理和數(shù)據(jù)處理等相關(guān)的技術(shù)，還是測試儀器的精度和自動化程度等都獲得了極大的提升，更為重要的是，以上的技術(shù)規(guī)范也得到了不斷的完善。就我國此類檢測技術(shù)的發(fā)展水平來看，已與國際先進水平無異，與此同時其在橋梁結(jié)構(gòu)檢測和評估應(yīng)用中的應(yīng)用程度也在不斷加深。

參考文獻：

[1]梁天成.探討橋梁樁基檢測中超聲波技術(shù)的運用[J].低碳世界，2017，7（07）：198-200.

[2]王鵬.超聲波法在橋梁樁基檢測中的應(yīng)用研究[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2014，4（30）：3620-3621.

[3]徐亮.超聲波檢測技術(shù)在公路橋梁樁基檢測中的應(yīng)用分析[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2013，3（24）：1-5.