道路橋梁檢測中的無損檢測技術

陳燕、吳偉

（江西交設工程咨詢有限公司，江西南昌 330001）

0 引言

道路橋梁在運營階段，在受到車輛荷載影響、環(huán)境等因素影響下，橋梁結構會出現(xiàn)一系列病害問題給橋梁的安全造成影響。所以在橋梁維修養(yǎng)護時需要利用無損檢測技術對橋梁病害問題進行探測，通過無損技術的應用明確橋梁病害的位置與類型。故而，對無損檢測技術在道路橋梁檢測中的應用情況進行分析，明確無損檢測技術應用措施，能夠為道路橋梁維修奠定基礎。

1 無損檢測技術對道路橋梁檢測的意義

道路橋梁損傷檢測環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)損傷檢測的方法是在橋梁中隨機選擇檢測點，再進行鉆孔、取樣，在試驗室內根據(jù)相應樣本處理、分析技術參數(shù)，尋找到發(fā)生損傷檢測關鍵性數(shù)據(jù)信息，對提高工程質量有極為重要的作用。在實踐中，傳統(tǒng)損傷檢測還有明顯不足，比如：首先，因為被檢測點是工作人員隨機選取的，所以結果容易發(fā)生偏差；其次，被監(jiān)測點的選取要求較低的，檢測點數(shù)量如果比較少，檢測點的覆蓋范圍也會比較小，容易發(fā)生漏檢的問題，對于道路橋梁的運行效果和質量產生不利的影響；最后，鉆孔取樣的方式容易給橋梁部位造成損壞和影響，性能有所下降，并且在鉆孔數(shù)量增多的情況下，后續(xù)的修補處理難度也會越高。因此，無損檢測技術被大量應用到道路橋梁損傷檢測環(huán)節(jié)，可以更加快速、直接地反映出道路橋梁的內部質量和運行的情況，有效彌補傳統(tǒng)檢測技術方面存在的缺陷[1]。由此可見，在道路橋梁的質量檢測中，無損檢測技術的合理應用，有著非常好的效果，促進道路橋梁養(yǎng)護水平和改造質量的提高，滿足橋梁的運行標準。在橋梁工程質量檢測中，無損檢測技術有著非常明顯的優(yōu)勢，發(fā)展空間比較大，尤其是目前應用的超聲檢測、紅外線檢測、自然點位檢測等技術，完全符合檢測的標準要求。在目前道路橋梁的檢測中充分利用無損檢測技術，可以提高道路工程的質量水平，對道路橋梁事業(yè)發(fā)展起到積極作用。

從實際應用效果分析，在道路橋梁建設中，鉆孔取樣檢測方式和無損檢測對比，后者的優(yōu)勢明顯，檢測速度快、效率高，還能夠縮短檢測的時間，降低檢測作業(yè)的成本，尤其是通過使用雷達技術，可以快速進行空洞部位的檢測，優(yōu)勢顯著。超聲波檢測技術的應用能夠有效地提升可靠性，特別是對長護欄腐蝕性檢測，超聲波檢測技術快速確定腐蝕性問題，然后對于某個特殊位置具體檢測，檢測人員快速收集各項數(shù)據(jù)，提高檢測水平，保證道路橋梁的運行質量[2]。

2 道路橋梁中無損檢測技術的具體應用

2.1 光纖傳感技術

光纖傳感技術應用專業(yè)設備把光敏感元素轉變?yōu)楣庑盘?，通過收集相關的光信號信息以后，對情況的內部情況進行全面檢測。光纖傳感技術通?？梢詰玫交炷翗蛄簝炔拷Y構應力檢測、鋼索結構質量檢測方面。光纖傳感技術的絕緣性非常好，不會受到外部環(huán)境的干擾和影響，可以適應不同環(huán)境的檢測需要，提升檢測效率和質量。但是該技術在大型道路橋梁項目中并沒有全面地應用，一般都是在小型道路橋梁項目中應用較多，這與光纖傳感技術應用成本較高存在直接的關系。

2.2 超聲波檢測技術

超聲波檢測主要是通過瞬間應力波原理可以快速地確定道路橋梁空隙部位，其通過使用短促的機械樁撞擊而形成應力波在道橋內傳輸，再從道路橋梁的開裂面反射回來。經過沖擊面、斷裂面和其他面的多種波會形成瞬間共振的形式，快速確定完整性檢測，系統(tǒng)獲取信號后，可以快速確定空隙的位置。在具體的檢測中，主要是通過設置超聲波換能器的方式檢測，直接穿過道路橋梁的結構，通過公式計算確定超聲波傳輸?shù)乃俣萚3]。根據(jù)公式計算，如果檢測后發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土內密實度合格，并且混凝土與鋼管連接效果合格，通過應用對穿法檢測環(huán)節(jié)，接收信號的首波試驗中鋼管混凝土徑向傳播的超聲縱波，因為繞鋼管壁半周長波的傳輸時間較長，初至波在首波后疊加，所以鋼管混凝土質量還要采用超聲波檢測。超聲波在道路橋梁的檢測與維修中效果良好，通過梁、板、樁等結構，可以確定是否存在空隙的問題，如果發(fā)現(xiàn)存在，應該及時灌縫修補處理。

2.3 頻譜分析技術

該技術應用時，與傳統(tǒng)的人工敲擊法的檢測方式有著一定的相似之處，但是從本質上來說是有明顯不同的，因為人工方式檢測精度較差，并不能快速確定質量問題，也不能及時確定故障問題部位，但頻譜分析無損檢測技術能夠快速確定質量問題的部位，且不會給工程造成任何的影響。頻譜分析檢測方式通過使用聲波在不同介質內傳輸?shù)乃俣炔煌鳛楣ぷ髟?，從而檢測出被檢測部位內部的實際情況。在該技術應用中，快速檢測確定道路橋梁的質量問題，給被檢測部位施加必要的壓力，在道路橋梁工程中發(fā)出瑞雷波頻率，分析頻率數(shù)據(jù)以確定存在的質量問題。在項目檢測工作開始前，需要在檢測位置上安裝傳感器，并且給被檢測部位施加壓力，以得出頻率參數(shù)。此外，在壓力施加的環(huán)節(jié)，保證作用力是垂直的，如果不垂直容易影響檢測的精度，還會導致整體發(fā)生損壞的情況。因為頻譜分析技術結果準確、檢測效率高、檢測位置無損壞等優(yōu)勢，所以被大量應用于道路橋梁工程的檢測中。因為頻譜分析技術數(shù)據(jù)精度高，完全符合運行標準，從而滿足檢測的標準要求[4]。根據(jù)實際情況，選擇合適的頻譜檢測技術，進而可以提升道路橋梁工程的運行標準，為今后的道路橋梁事業(yè)的發(fā)展起到積極的推動作用。

2.4 圖像無損檢測技術

圖像無損檢測技術是比較常見的，其主要包含激光全息圖像與紅外成像圖像兩種。從實際應用分析，激光全息圖像技術的精度較高，提高圖像數(shù)據(jù)精度，分析力學特性，利用全息攝像設備拍攝，快速的掌握道路橋梁的結構特點，技術人員分析總結拍攝的圖像，得出力學特性圖。紅外成像圖像技術可以分析掌握道路橋梁材料的特點，確定內部材料的熱傳導特性，并且通過圖像的方式反映出結果，以確定道路橋梁是否合格。

2.5 射線探傷無損檢測技術

該技術是通過設備直接向混凝土結構反射X 射線或者伽馬射線，可以直接形成圖片文件。通過射線探傷能夠快速確定問題點，精度較高，投入人員的數(shù)量較少，應用到道路橋梁項目中檢測效果良好，給檢測工作的順利開展提供有力的支持。雖然射線探傷無損檢測技術有著非常明顯的優(yōu)勢，但是該技術必須通過獲取穿透截面探射源來掌握相應的檢測數(shù)據(jù)圖片，才能開始檢測作業(yè)。由于檢測技術難度高、成本大，有一定的限制條件，所以并沒有被全面地應用。

2.6 低應變法

低應變法的工作原理是通過振動波方式，在該波的傳輸中，只要是遇到有特殊的部位，將原先的設定為振動波振幅與頻率的改變，利用波形的變化，工作人員能夠及時發(fā)現(xiàn)道路橋梁質量不合格的環(huán)節(jié)與部位，并且采取措施處理。該技術的優(yōu)勢是操作簡單，工作效率較高，成本相對較低，很多單位都會優(yōu)先選擇這一技術。但是該方法也存有缺陷，振動波容易因為外部環(huán)境因素發(fā)生干擾。

3 工程概況

某橋梁工程長度為200m，該工程屬于混凝土結構形式，工程位于山區(qū)，由于該工程建設年限比較久，承載能力出現(xiàn)下降，考慮工程的安全性與穩(wěn)定性，在組織現(xiàn)場考察以后決定采取無損檢測技術對橋梁結構的基礎位置進行檢測，包含了樁基、橋臺等位置，具體檢測流程見下文敘述。

3.1 樁基檢測中橋梁混凝土超聲波檢測技術的應用

3.1.1 超聲波檢測儀

結合項目的工程特征，該項目采取的超聲波檢測儀主要是選擇了跨孔超聲波循測儀，該設備具備自動檢測功能，能夠實現(xiàn)六個點面的快速處理，具備效率高、參數(shù)精準的優(yōu)勢。同時該技術還與無線通訊技術連接，能夠到達30m 范圍的通訊，當信號觸發(fā)以后，靈敏度不會受到外界因素的影響。

3.1.2 聲測管埋設

該工程聲測管埋設設置了3 根測管，主要是將其安裝到鋼筋籠位置。并且采用螺紋進行固定。當管道埋設完成以后，要做好測管的平衡控制，若測管存在水平差需要進行水平調整，以保證測定參數(shù)能夠具備精確性。

3.2 樁基檢測

3.2.1 現(xiàn)場檢測前檢查

在檢測工作開始前，需要確定應檢測的樁號與墩位，對設計資料進行全面檢查分析。查看獲取參數(shù)是否與設計標準一致，如果存在與標準不一的情況，就需要進行現(xiàn)場調整，保證現(xiàn)場檢測的參數(shù)能夠達到實際要求，一般來說檢查儀器各個部分的運行情況，保證功能完整，不會影響檢測結果。

3.2.2 現(xiàn)場測試

一是在現(xiàn)場測試的階段中，需要按照橋梁前進方向的編號逐一進行檢測，并且把樁基混凝土的剖面作為檢測依據(jù)在相應的位置安裝測定設備，做好數(shù)據(jù)記錄。二是確定技術參數(shù)，安裝接收器獲取相關的信號，將其分配到管道底層，同時還要調試各個設備，保證設備運行效果合格，能夠掌握準確的數(shù)據(jù)信息。三是為了能夠快速確定混凝土缺陷位置和范圍，需要在可能缺陷的位置設置多個檢測點，還要聯(lián)合扇形掃描、等差同步檢測方法。四是在檢測的過程中需要對相關的面進行全面檢測，并且做好質量數(shù)據(jù)分析，然后對比單根樁體的長度進行二次檢測，保證各個剖面尺寸都能夠確定。單根樁基的各個剖面都檢測結束后，要結合掌握的數(shù)據(jù)以確定樁體是否符合完整的標準。在檢查后，數(shù)據(jù)符合要求，應該及時進行下一根樁基檢測。五是在對同一根樁基檢測時，必須保證技術參數(shù)的固定，在檢測結束后，需要進行聲測管與管口的封閉處理，為后續(xù)檢查提供基礎。六是檢測結束后將超聲波儀器重新放置到儀器箱，對現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)整理分析。

3.2.3 數(shù)據(jù)分析

在數(shù)據(jù)分析的過程中，采用計算機軟件對信息數(shù)據(jù)進行分析，從而得到各個樁基礎的參數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結果繪制出聲測管分布圖。對各個檢測點進行波形的設置，確定首波位置，按照不同檢測點的波幅、聲速等分析，確定異常點，根據(jù)相應標準要求進行檢測，參數(shù)修正見圖1。

圖1 參數(shù)修正

第一，聲速判據(jù)，如果檢測后發(fā)現(xiàn)聲速發(fā)生變化，說明該位置的樁身結構質量存在問題，需要及時分析了解，以便于采取必要的應對措施。

第二，波幅判據(jù)，結合首波波幅確定是否有蜂窩、空洞、離析等問題，如果發(fā)現(xiàn)波幅低于振幅臨界參數(shù)值，說明該位置有質量問題。

第三，波形判據(jù)，波形是后續(xù)發(fā)射超聲波疊加所形成的，利用聲波、波幅來檢查是否存在故障問題。

第四，PSD 判據(jù)，PSD 作為一種實時信息處理系統(tǒng)，能夠對相鄰的兩點連線斜率與聲時差進行分析，如果聲時出現(xiàn)了變化，PSD 也會發(fā)生變化，就能夠確定故障位置。

3.3 檢測結果

在此次樁基檢測中，應用超聲波檢測技術可以準確的確定細微缺陷問題，較之傳統(tǒng)檢測方法有著非常高的優(yōu)勢，目前主要是通過下述兩種方式判斷。

3.3.1 PTV 判據(jù)

PTV 主要反映的是聲速一聲時在相同測點的比值，判斷的方式是依據(jù)聲速敏感性，快速的確定樁基結構是否存在離析、夾泥、斷樁的問題。該項目檢測中，7#樁檢測時，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，極有可能存在質量問題。

按照檢測的聲速度異常對樁基進行判斷，當檢測參數(shù)值處于1.3～1.5m 到2.8～4.1m 之間時，則表示可能存在質量問題，同時按照波幅檢測參數(shù)對斷樁進行判別。當參考數(shù)據(jù)介于1.0～1.2m 到3.1～3.5m時，則表示可能存在斷樁問題。按照PSD 參數(shù)對樁基質量檢測，當參數(shù)值在0～1.8m 到3.1～3.4m 范圍時，則表示可能存在質量問題，按照波形異常參數(shù)值對整體質量測定。當檢測參數(shù)處于基1～7m 范圍時，則表示存在質量問題，通過確定其內部存在泥土的情況，容易有塌孔的質量缺陷。為驗證PTV 判據(jù)是否符合可靠性要求，需要在現(xiàn)場應用截樁方式進行檢測，了解是否有缺陷。經過實際檢測驗證，發(fā)現(xiàn)PTV 檢測精度合格。

3.3.2 PAD 判據(jù)

PAD 主要反映出波幅差和深度曲線上相鄰兩點間距差的比值，應用PAD 方法檢測確定混凝土缺陷優(yōu)勢明顯，其檢測的精度較高，可以彌補以往波速與聲速方面的缺陷。在該工程中，通過使用PAD 確定管斜的問題，檢測結果不會受到波幅的影響，立即確定管斜的問題，掌握混凝土缺陷問題。

4 結語

綜合以上分析，在道路橋梁檢測中無損檢測技術的類型有很多種，因此需要根據(jù)橋梁項目的檢測標準，選擇具有針對性的無損檢測技術，從而提高橋梁工程項目的質量。