田 壽

(河北遠(yuǎn)洲工程咨詢有限公司，河北 石家莊 050035)

超聲波檢測(cè)啞鈴型鋼管混凝土密實(shí)度

田 壽

(河北遠(yuǎn)洲工程咨詢有限公司，河北 石家莊 050035)

結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)超聲波檢測(cè)鋼管混凝土密實(shí)度的方法及原理進(jìn)行了分析，為適應(yīng)啞鈴型截面拱肋的檢測(cè)，對(duì)常規(guī)檢測(cè)方法進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)踐證明改進(jìn)后的檢測(cè)方法精確可行。

超聲波，檢測(cè)，鋼管混凝土，啞鈴型截面，密實(shí)度

1 工程概述

某特大橋主橋采用下承式鋼管混凝土系桿拱跨越南水北調(diào)暗渠，計(jì)算跨徑140 m，計(jì)算矢高30 m，拱軸線采用拋物線。上部結(jié)構(gòu)為兩榀鋼管混凝土拱，拱肋采用外徑1 300 mm，壁厚18 mm鋼管混凝土啞鈴型截面，上下弦管中心距2.2 m，拱肋截面高3.5 m，寬1.3 m。拱肋上下弦管連接綴板厚18 mm，綴板間距700 mm。鋼管采用18 mm厚Q345d鋼板在工廠分段卷制焊接成型，鋼管拱肋內(nèi)混凝土為C50微膨脹混凝土。

為了了解鋼管內(nèi)混凝土的泵注密實(shí)性以及混凝土與鋼管內(nèi)壁的膠結(jié)質(zhì)量，采用超聲波法對(duì)該橋主拱肋鋼管混凝土的施工質(zhì)量進(jìn)行無損檢測(cè)。

2 檢測(cè)方法和原理

鋼管混凝土拱橋的施工多采用壓入法，由拱腳向拱頂泵送坍落度較大的微膨脹混凝土[1]。隨著施工工藝的日趨成熟，混凝土內(nèi)部的缺陷情況得到了有效的控制，常見的鋼管混凝土缺陷主要有混凝土內(nèi)部不密實(shí)、空洞、鋼管與混凝土膠結(jié)不良等。

檢測(cè)鋼管混凝土缺陷的方法，最簡(jiǎn)單的為敲擊法，通過敲擊鋼管所發(fā)出的聲音來判斷鋼管混凝土內(nèi)部質(zhì)量，但是由于缺乏理論依據(jù)只能作為輔助手段，目前最主要的檢測(cè)方法為超聲波法[4]。

超聲波在鋼管混凝土中傳播方式一般認(rèn)為有4種方式，如圖1所示[3]。當(dāng)混凝土與鋼管膠結(jié)良好，且混凝土質(zhì)量較好時(shí)，超聲波傳播有2種途徑(如圖1a)所示)：1)超聲波由發(fā)射探頭發(fā)出，通過一側(cè)鋼管壁，沿直徑穿過混凝土，再通過另一側(cè)鋼管壁，到達(dá)接收探頭，直線傳播，聲時(shí)值t1；2)超聲波由發(fā)射探頭發(fā)出，沿鋼管壁繞射至接收探頭，弧線傳播，聲時(shí)值t2。則:

(1)

(2)

若鋼管壁相對(duì)于管徑較小，可略去鋼管壁厚范圍內(nèi)，超聲波在鋼材中傳播和在混凝土中傳播的聲時(shí)差tΔ：

(3)

則：

(4)

其中，t1為超聲波直線傳播聲時(shí)值；t2為超聲波沿鋼管壁繞射傳播聲時(shí)值；tΔ為鋼管壁厚范圍內(nèi)，超聲波在鋼材中傳播和在混凝土中傳播的聲時(shí)差；B為鋼管壁厚；D為鋼管外直徑；Vg為鋼材聲速；Vh為混凝土聲速。

采用首波聲時(shí)法進(jìn)行判斷混凝土質(zhì)量的前提是t1≤t2。即：

(5)

得：

Vh≥0.637Vg。

(6)

若管內(nèi)混凝土聲速低于0.637倍的鋼管中的聲速時(shí)，首波通過鋼管壁到達(dá)接收探頭，則不能用首波聲時(shí)法判斷內(nèi)部混凝土質(zhì)量。鋼管聲速取5.7 km/s，則混凝土聲速大于3.63 km/s，即滿足測(cè)試條件。

如果混凝土脫離管壁如圖1b)所示、混凝土中存在空洞如圖1c)所示或其他復(fù)雜情況如圖1d)所示時(shí)，測(cè)得的聲時(shí)值將大于鋼管拱密實(shí)時(shí)的聲時(shí)值。

依據(jù)有關(guān)規(guī)范[2]，鋼管混凝土檢測(cè)應(yīng)采用徑向?qū)y(cè)的方法，如圖2a)所示，但大跨徑鋼管混凝土多采用啞鈴型截面，如圖2b)所示，其拱肋上下弦管之間設(shè)置連接綴板并灌注混凝土，上弦管的底部和下弦管的頂部無法布置檢測(cè)探頭，而鋼管頂部又是管壁與混凝土膠結(jié)不良的多發(fā)部位。因此，針對(duì)啞鈴型截面拱肋的特點(diǎn)，筆者對(duì)檢測(cè)探頭的布置進(jìn)行了調(diào)整，每個(gè)測(cè)試面布置7條測(cè)線，如圖2c)，圖2d)所示。

(7)

(8)

(9)

對(duì)于該橋具體尺寸見圖3，鋼管外直徑D=1 300 mm，連接綴板間距E=700 mm，鋼管聲速取5.7 km/s，代入式(9)，則混凝土聲速大于4.25 km/s，即滿足測(cè)試條件。鋼管拱內(nèi)混凝土強(qiáng)度等級(jí)一般為C50，其聲速多在4.5 km/s以上，能滿足測(cè)試條件。

3 檢測(cè)結(jié)果與分析

測(cè)試時(shí)，選取兩端拱腳和八分點(diǎn)作為測(cè)試斷面，見圖4，部分測(cè)試結(jié)果見表1。各測(cè)試斷面水平測(cè)線聲時(shí)值較低，且比較穩(wěn)定，計(jì)算其平均聲速，與施工預(yù)留混凝土試塊實(shí)測(cè)聲速進(jìn)行比較，二者基本一致，可以判定水平方向混凝土是密實(shí)的。由測(cè)試結(jié)果可知，左拱肋3L/8，L/2，3L/4和右拱肋5L/8截面上弦管頂部局部結(jié)合不密實(shí)，左拱肋5L/8和右拱肋3L/4截面下弦管頂部局部結(jié)合不密實(shí)。對(duì)結(jié)合不密實(shí)部位，現(xiàn)場(chǎng)鉆孔檢測(cè)，結(jié)果與超聲檢測(cè)一致。

表1 實(shí)測(cè)超聲聲時(shí)值 μs

4 結(jié)語

采用超聲波技術(shù)對(duì)鋼管混凝土拱橋的缺陷進(jìn)行檢測(cè)，用超聲聲速參數(shù)評(píng)價(jià)鋼管混凝土的密實(shí)度是有效可行的。 本文作者提出了一種有效的啞鈴型截面鋼管混凝土拱橋現(xiàn)場(chǎng)超聲波檢測(cè)的方法，該方法運(yùn)用簡(jiǎn)捷且具有較高的準(zhǔn)確性。

[1] CECS 28∶2012，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程[S].

[2] CECS 21∶2000，超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 劉永前,張彥兵,鄒振祝.超聲波檢測(cè)鋼管混凝土拱橋密實(shí)度的試驗(yàn)研究[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào),2004,28(4)：54-57.

[4] 肖云風(fēng),周先雁.鋼管混凝土質(zhì)量的無損檢測(cè)[J].無損檢測(cè)，2009,31(5)：356-359.

Using ultrasonic wave detection of dumbbell shaped steel pipe concrete compactness

TIAN Shou

(HebeiYuanzhouEngineeringConsultingLimitedCompany,Shijiazhuang050035,China)

Combining with engineering example, this paper analyzed the method and principle using ultrasonic wave detection of dumbbell shaped steel pipe concrete compactness, in order suitable for dumbbell shaped section arch rib detection improved the conventional detection methods, the practice proved that the improved accurate and feasible detection methods.

ultrasonic wave, detection, steel pipe concrete, dumbbell shaped section, compactness

1009-6825(2014)30-0179-03

2014-08-10

田 壽(1980- )，男，工程師

U448.34

A