橋梁檢測中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用分析

王喜珠

（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

無損檢測技術(shù)對完成橋梁結(jié)構(gòu)檢測不產(chǎn)生任何損傷，既可以獲取精準(zhǔn)檢測結(jié)果，也可以減少檢測中的危險(xiǎn)因素。由此，為進(jìn)一步推廣無損檢測技術(shù)，探究其在橋梁檢測中的應(yīng)用具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 無損檢測技術(shù)簡述

1.1 技術(shù)優(yōu)勢

應(yīng)用無損檢測技術(shù)檢測結(jié)果具有精準(zhǔn)性高、安全性高的特點(diǎn)，以往有損檢測因?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，檢測結(jié)果精準(zhǔn)度也受到影響，但無損檢測本身具有不破壞檢測對象結(jié)構(gòu)與內(nèi)部組織的優(yōu)勢，且參數(shù)及檢測方法可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，可大幅提高檢測精準(zhǔn)性；且由于對檢測結(jié)構(gòu)無損害，能減少檢測及后續(xù)工程運(yùn)營中的安全隱患，對檢測人員也起到良好的保護(hù)作用，故安全性較高。

1.2 應(yīng)用特點(diǎn)

1）非破壞性

無損檢測技術(shù)原理是利用橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)異?；蛉毕菘梢砸馃?、聲、光等發(fā)生反應(yīng)與變化判斷有無質(zhì)量缺陷，其主要采用物理方法或化學(xué)方法，可以識別缺陷類型，檢測出缺陷的具體分布情況、數(shù)量、性質(zhì)、位置及形狀等。

2）互容性

無損檢測過程中技術(shù)數(shù)據(jù)具有較高的互容性，主要體現(xiàn)在檢測數(shù)據(jù)全面、檢測結(jié)果準(zhǔn)確上；且為了驗(yàn)證檢測結(jié)果，可以利用兩種檢測方法互相驗(yàn)證，僅需簡單的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換即可完成，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差與錯誤。

1.3 檢測內(nèi)容

1）內(nèi)部缺陷

無損檢測主要完成對橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量缺陷的檢測，判斷缺陷位置、形狀等情況，分析是否會對橋梁結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性、耐久性、承載力產(chǎn)生影響。實(shí)際檢測過程中，考慮到結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷成因復(fù)雜，往往采用多種技術(shù)組合檢測，對缺陷程度、危害性進(jìn)行準(zhǔn)確評估。

2）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是橋梁工程質(zhì)量檢測的重點(diǎn)，通常利用無損檢測技術(shù)完成混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的檢測，評估材料是否合格，并將檢測結(jié)果作為驗(yàn)收的重要參考依據(jù)。為了準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，需要通過無損檢測技術(shù)持續(xù)對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測，分析其強(qiáng)度變化，及時(shí)識別強(qiáng)度下降問題，以便快速分析強(qiáng)度下降原因，并采取對應(yīng)的加固措施[1]。

2 無損檢測技術(shù)在橋梁檢測中的應(yīng)用

2.1 圖像處理技術(shù)

隨著橋梁工程規(guī)模的擴(kuò)大，圖像處理技術(shù)的應(yīng)用頻率越來越高。應(yīng)用過程中可以利用激光全息影像技術(shù)（如圖1所示）或紅外成像技術(shù)進(jìn)行橋梁掃描，再將掃描中獲取的圖像信息利用數(shù)字技術(shù)轉(zhuǎn)化，從而在顯示器上顯示出橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，幫助技術(shù)人員快速確定結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的位置。采用激光全息影像技術(shù)時(shí)可以通過全息攝影高效完成數(shù)據(jù)檢測，獲得精度較高的檢測結(jié)果。采用紅外成像技術(shù)時(shí)，由于材料性質(zhì)不同、導(dǎo)熱性能也存在差異，配合熱敏傳感器完成紅外成像數(shù)據(jù)采集，方便短時(shí)間內(nèi)確定缺陷情況。

圖1 基于全息影像技術(shù)掃描橋梁結(jié)果（圖片來源：https://www.sohu.com/a/323007832_354905）

2.2 磁粉檢測技術(shù)

磁粉檢測技術(shù)是利用磁粉作為顯示介質(zhì)完成缺陷檢測與觀察的方法，目前在橋梁工程檢測中也有廣泛的應(yīng)用。檢測過程中于待測對象表面施加磁粉，待完全被磁化后展開檢測，檢測中若發(fā)現(xiàn)被測對象存在缺陷時(shí)則會形成漏磁場，缺陷面積越大積聚的磁粉量越大、并可以檢測出磁痕（如圖2所示），從而可以快速確定缺陷的具體位置[2]。通常情況下，利用磁粉檢測技術(shù)對橋梁結(jié)構(gòu)表面或近表面存在的質(zhì)量缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)，具有檢測效率高、檢測結(jié)果精準(zhǔn)的優(yōu)勢；且磁粉檢測技術(shù)本身具有相關(guān)設(shè)備操作簡便、體積小，檢測靈敏度高、直觀顯示缺陷等優(yōu)勢，可以利用其快速了解缺陷的位置、形狀與長度情況，但無法對缺陷的深度進(jìn)行確定。

圖2 缺陷位置漏磁場和磁痕分布

2.3 探地雷達(dá)檢測技術(shù)

探地雷達(dá)技術(shù)是一種新興的無損檢測技術(shù)，其利用發(fā)射天線向地下指定區(qū)域內(nèi)輸入高頻電磁脈沖，傳播過程中當(dāng)遇到不同介質(zhì)面時(shí)會產(chǎn)生不同的雷達(dá)回波，再利用接收天線回收，通過儀器完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換則可以獲得檢測數(shù)據(jù)，檢測原理如圖3所示。但該項(xiàng)技術(shù)存在局限，其檢測數(shù)據(jù)來自地下不同介質(zhì)交界面產(chǎn)生的反射波，通常只能在地下結(jié)構(gòu)淺層或超淺層缺陷檢測中發(fā)揮作用，目前，多被運(yùn)用在橋梁結(jié)構(gòu)基層密實(shí)度及路面厚度的檢測當(dāng)中，分析檢測中獲取的結(jié)果，可以對工程的質(zhì)量情況進(jìn)行反饋。

圖3 探地雷達(dá)檢測技術(shù)原理

2.4 回聲波檢測法

回聲波檢測法是橋梁檢測中應(yīng)用最廣泛的無損檢測技術(shù)，通過聲波觸發(fā)器向待檢測對象傳輸波長及頻率特定的超聲波，匯總聲波在結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)，可以通過對聲波散射情況、衰減情況、波形變化情況判斷有無缺陷，檢測過程如圖4所示。聲波傳輸過程中遇到缺陷時(shí)或結(jié)構(gòu)表面時(shí)均會產(chǎn)生反射波；且因介質(zhì)不同，聲波的傳播速度會發(fā)生變化，如果沖擊到檢測對象表面，會出現(xiàn)傳播路線偏移導(dǎo)致波形變化，從而引起聲波頻率及振幅的變化，此類變化均是判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的關(guān)鍵依據(jù)[3]。較于其他無損檢測技術(shù)，回聲波檢測法具有安全性高的優(yōu)勢，檢測過程無風(fēng)險(xiǎn)性因素，因此，常在橋梁管道深度與空洞檢測中應(yīng)用，僅在單面測量下即可精準(zhǔn)判斷管道缺陷情況。

圖4 回聲波檢測過程

2.5 射線探傷無損檢測技術(shù)

射線探傷無損檢測是常規(guī)無損檢測技術(shù)之一，在橋梁檢測中的應(yīng)用也相對廣泛，檢測中可以將底片放置在待檢測結(jié)構(gòu)的要求位置上，利用敏感底片完成探傷，其可以對結(jié)構(gòu)中空洞位置與程度、鋼筋斷裂位置進(jìn)行精準(zhǔn)識別。具體檢測中，利用x、γ等射線穿透待檢測物體，對表面無損壞，獲取射線穿透物體后的圖像數(shù)據(jù)，直觀地評估質(zhì)量缺陷情況。但在技術(shù)應(yīng)用期間保證探測源量充足、射線發(fā)射強(qiáng)度達(dá)到要求才能獲得真實(shí)可靠的結(jié)果，否則射線探測強(qiáng)度不足，將無法獲取清晰圖像，影響對缺陷情況的判斷，以常用的γ射線源檢測鋼結(jié)構(gòu)為例不同射線源能量及適宜厚度見表1；且射線對人體有一定危害，檢測過程中操作人員必須認(rèn)真做好隔離防護(hù)。鑒于射線探傷無損檢測技術(shù)的操作具有復(fù)雜性、特殊性，要求檢測操作前對應(yīng)用該技術(shù)的必要性與可行性進(jìn)行全面分析，形成可靠實(shí)施方案，避免技術(shù)應(yīng)用中出現(xiàn)麻煩與危險(xiǎn)。

表1 γ射線源在鋼結(jié)構(gòu)檢測中的特性

2.6 錨桿無損檢測技術(shù)

錨桿無損檢測技術(shù)是應(yīng)用于錨桿錨固質(zhì)量無損檢測中的方法，近年來在橋梁工程檢測中的應(yīng)用也相對頻繁。其主要對錨桿長與注漿密實(shí)度進(jìn)行無損檢測，采用方法有：聲波反射法、應(yīng)力波反射法。聲波反射法是利用波在錨桿中傳播的運(yùn)動學(xué)特性，反應(yīng)砂漿飽和度情況，于錨桿頂端施加瞬態(tài)激振力后，將傳感器接收反射信號裝置布設(shè)在錨桿頂端（如圖5所示），反射信號的時(shí)域及頻域變化則可以反映錨桿長度及砂漿飽和度情況，也可以提供極限承載能力、工作荷載等參數(shù)作為輔助判斷依據(jù)；應(yīng)力波反射法在低應(yīng)變檢測法基礎(chǔ)上形成，以一維波動理論為核心，檢測中將錨桿及周圍注漿看作一維彈性桿件，從錨桿頂部激發(fā)可以向下傳播的應(yīng)力波，當(dāng)應(yīng)力波遇到阻抗后發(fā)生變化，回收變化后產(chǎn)生的反射波，通過對其性質(zhì)的判斷分析錨桿的質(zhì)量情況[4]。

圖5 錨桿聲波反射法操作示意圖

2.7 光纖傳感檢測技術(shù)

光纖傳感檢測技術(shù)是目前新興的一種無損檢測技術(shù)，在實(shí)際中應(yīng)用的時(shí)間較短，處于研究與應(yīng)用并重階段。光纖是一種玻璃纖維，其主要成分為石英，是目前信號傳輸?shù)闹饕橘|(zhì)，利用經(jīng)過特殊處理的或普通光纖制成的敏感器件作為傳感器的重要組成部分，可以檢測光波頻率、幅度、偏振、相位調(diào)制等信息，檢測流程如圖6所示；在無損檢測中利用普通光纖中的瑞利散射、菲涅爾反射、拉曼散射、布里淵散射完成傳感。也可以利用光纖光柵傳感器，其將經(jīng)過特殊處理后的光纖作為傳感介質(zhì)，利用布拉格反射波長對溫度、應(yīng)變敏感的特性完成檢測。

圖6 光纖傳感檢測流程示意圖

3 應(yīng)用案例

3.1 工程概況

某地5跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，目前使用年限超過15年，曾進(jìn)行3次集中整治，在近期檢測中發(fā)現(xiàn)橋面存在多處坑槽，有豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋露頭情況。該橋梁箱梁頂寬為15 m、梁高4.3 m～13.8 m、梁寬7 m，經(jīng)現(xiàn)場勘查及對地震烈度、荷載的設(shè)計(jì)要求展開分析，確定本次采用錨桿無損檢測技術(shù)對鋼筋病害進(jìn)行檢測。

3.2 無損檢測過程

1）檢測設(shè)備

本次檢測采用MC-5320錨桿檢測儀（如圖7所示）完成豎向預(yù)應(yīng)力露頭鋼筋的灌漿飽滿度無損檢測，其檢測長度可達(dá)30 m，能量可以調(diào)節(jié)，收發(fā)同步、余震短，可利用程控一體式超磁震源提高檢測效率。檢測過程中若出現(xiàn)管道內(nèi)注漿不密實(shí)情況，復(fù)合桿件截面積會發(fā)生改變，波阻抗也會有所變化，并產(chǎn)生反射應(yīng)力波，其能量強(qiáng)度則可以反饋出注漿密實(shí)度，密實(shí)度高則能量強(qiáng)、衰減慢，反之密實(shí)度低則能量弱、衰減快。

圖7 MC-5320錨桿檢測儀

2）檢測方案

檢測過程中先進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，標(biāo)定桿體速度，用于測算實(shí)際桿長；模擬鋼筋中間機(jī)械接頭的不同狀態(tài)，對機(jī)械接頭及桿底信號的具體位置進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)標(biāo)定內(nèi)容設(shè)置5種不同工況（如圖8所示），工況1為桿體波速標(biāo)定，工況2～工況5為對接頭（套筒）狀況的模擬。標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)束后可以確定桿體波速為5 200 m/s；當(dāng)中間套筒接頭處于密實(shí)狀態(tài)時(shí)，可以測量出鋼筋的完整桿長，接頭位置在信號中并無反應(yīng)；在工況4中未發(fā)現(xiàn)有桿底擴(kuò)徑情況的反應(yīng)信號；當(dāng)中間套筒接頭處于不密實(shí)狀態(tài)時(shí)，儀器僅能反饋第1段鋼筋反射信號，第二段仍為無信號。

圖8 試驗(yàn)工況設(shè)置（m）

3.3 檢測結(jié)果分析

經(jīng)過無損檢測，對5根豎向預(yù)應(yīng)力露頭鋼筋情況有所了解，其中4根位于墩頂位置的長預(yù)應(yīng)力鋼筋受自身機(jī)械接頭的影響，不具備準(zhǔn)確判斷質(zhì)量的條件；1根短預(yù)應(yīng)力鋼筋質(zhì)量合格。

4 提高無損檢測技術(shù)在橋梁檢測中應(yīng)用質(zhì)量措施

無損檢測技術(shù)應(yīng)用中為避免對檢測結(jié)果可靠性造成影響，檢測單位需要全面匯總國家質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)，以此作為檢測工作的基礎(chǔ)與前提，并根據(jù)規(guī)定內(nèi)容與本次檢測對象編制好無損檢測質(zhì)量體系文件，對于檢測的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、目標(biāo)等做出明確要求，以此為依據(jù)正式開始檢測。同時(shí)，檢測過程中要根據(jù)檢測對象的特點(diǎn)制定管理制度，對檢測過程、技術(shù)操作加以規(guī)范與約束，且制度中應(yīng)重點(diǎn)對檢測內(nèi)容、對象、技術(shù)要求作出明確說明，確定檢測的具體流程及報(bào)告、委托等工序。此外，在構(gòu)建質(zhì)量管理體系的初期，需要對工藝規(guī)程、裝備等進(jìn)行深入且全面的研究，認(rèn)真了解相關(guān)規(guī)定的具體要求，均在制度中有所體現(xiàn)，使無損檢測技術(shù)的實(shí)施有可靠與堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)做保障。

5 結(jié)語

綜上所述，無損檢測在橋梁檢測中應(yīng)用具有提高檢測可靠性、精準(zhǔn)性的作用，可規(guī)避檢測技術(shù)對橋梁結(jié)構(gòu)造成的破壞，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于技術(shù)原理不同，操作上也有著不同的注意事項(xiàng)或?qū)Νh(huán)境條件、應(yīng)用范圍的特殊要求，應(yīng)充分了解每項(xiàng)無損檢測技術(shù)的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中選擇適合的技術(shù)手段，并加強(qiáng)技術(shù)管理，落實(shí)操作規(guī)范，確保利用無損檢測技術(shù)獲取精準(zhǔn)、可靠的檢測結(jié)果，從而準(zhǔn)確掌握橋梁工程的質(zhì)量缺陷情況。