范亞聰 黃坤

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

關(guān)鍵詞：混凝土橋梁;檢測(cè);聲波技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：U466.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 聲波檢測(cè)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(jī)械振動(dòng)，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(cè)中得到有效的利用。而當(dāng)前廣泛應(yīng)用的聲波檢測(cè)即是在這樣的條件下具體實(shí)施，不僅有著對(duì)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(xiàng)不可或缺的內(nèi)容，其一是聲學(xué)參數(shù)的測(cè)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(cè)儀器的發(fā)展

就我國(guó)混凝土聲測(cè)儀器的發(fā)展來(lái)看，期間主要經(jīng)過了以下四個(gè)階段：上個(gè)世紀(jì)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(jí)數(shù)字化時(shí)期，儀器與微機(jī)的聯(lián)系使得聲參量的檢測(cè)更為高效科學(xué)，同時(shí)針對(duì)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(cè)越發(fā)成熟，型號(hào)也更為多樣。與此同時(shí)，自動(dòng)化和智能化的水平也達(dá)到了國(guó)際水準(zhǔn)。采用計(jì)算機(jī)為主控元的操作方式，使其針對(duì)聲參量的數(shù)據(jù)采集以及處理更為高效，同時(shí)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(cè)中的應(yīng)用

3.1 混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)

理論層面上來(lái)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(gè)過程，由于混凝土強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)度與超聲傳播特性之間的關(guān)系著實(shí)存在一定的難度。鑒于此，應(yīng)采取試驗(yàn)歸納的方式，進(jìn)而在這樣的方式操作之下確定超聲參量與混凝土強(qiáng)度的經(jīng)驗(yàn)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(shí)情況，選擇測(cè)強(qiáng)曲線判定測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性就有了一定的參考性。就超聲檢測(cè)的強(qiáng)度以及廣度來(lái)看，我國(guó)在世界領(lǐng)域內(nèi)都有著不可忽視的地位。此處主要對(duì)超聲回彈綜合法進(jìn)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(qiáng)度之間的關(guān)系，進(jìn)而在數(shù)理統(tǒng)計(jì)等方法下推斷出混凝土的強(qiáng)度。一般其檢測(cè)的誤差不超過15%[1]，而為了確保具體檢測(cè)的精確性，試塊等應(yīng)確保統(tǒng)一，同時(shí)還應(yīng)對(duì)混凝土芯樣強(qiáng)度做出一定的修正。對(duì)于建立地區(qū)性的測(cè)強(qiáng)曲線，我國(guó)大部分的省市已逐步展開且獲得良好的回報(bào)。北京地區(qū)這方面的實(shí)驗(yàn)主要是由北京市政工程具體負(fù)責(zé)，且最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也達(dá)到了預(yù)期效果。其所采用的超聲回彈綜合法在混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中有著突出的作用，通過自動(dòng)測(cè)取聲學(xué)參數(shù)進(jìn)而調(diào)取與之相適應(yīng)的測(cè)強(qiáng)曲線，最后也就是檢測(cè)結(jié)果的生成以及上報(bào)。

3.2 混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)

當(dāng)前混凝土探傷所用到的無(wú)損檢測(cè)方式主要有超聲脈沖法和雷達(dá)法以及射線法等，因雷達(dá)和射線等方式的穿透能力有限，且儀器以及防護(hù)等后續(xù)的配置成本較高，因此這樣的方式并沒有在我國(guó)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(cè)上取得了顯著的功效，因此就當(dāng)下該領(lǐng)域的檢測(cè)來(lái)說(shuō)，這樣的方式尤為重要。就穿透能力來(lái)看，超聲法在這方面的表現(xiàn)無(wú)疑是最為突出的，有數(shù)據(jù)顯示其最大可達(dá)到十幾米以上。就此類探測(cè)方式來(lái)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(jìn)而在此基礎(chǔ)上對(duì)缺陷的性質(zhì)以及位置等做出較為詳細(xì)的判定。就當(dāng)前此類探測(cè)所使用到的參數(shù)來(lái)看，聲時(shí)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(guó)將數(shù)理統(tǒng)計(jì)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(dòng)離散的形式表現(xiàn)出來(lái)。由進(jìn)行的試驗(yàn)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(diǎn)，因此只要是混凝土質(zhì)量不均下測(cè)試隨機(jī)誤差引起的數(shù)值波動(dòng)，都應(yīng)將其歸入統(tǒng)計(jì)規(guī)律當(dāng)中的正態(tài)分布，由此也能看出具體測(cè)定的科學(xué)性[2]。

需要注意的是，如果某些觀測(cè)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(zhǔn)確性獲得了顯著的提高，例如聲時(shí)加長(zhǎng)和波幅降低等，這樣的形勢(shì)條件下，相應(yīng)的儀器也就有了更高的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)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(lái)看，因其具備的多種聲學(xué)參量的自動(dòng)判讀特性，進(jìn)而為其精準(zhǔn)測(cè)定各個(gè)測(cè)點(diǎn)的聲時(shí)以及幅度提供了基礎(chǔ)保障，與此同時(shí)實(shí)時(shí)記錄以及多因素綜合判斷也為未來(lái)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(cè)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(cè)的重點(diǎn)，混凝土裂縫深度算一個(gè)重要方面。而對(duì)其的檢測(cè)早在2000年修訂的“超聲法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)程”中即有說(shuō)明，相應(yīng)的檢測(cè)和判定方法中新增了首波相位反相檢測(cè)法，而此類方法的業(yè)內(nèi)反響也比較好，對(duì)于提升檢測(cè)精度有著顯著的功效。針對(duì)這一方面的檢測(cè)，NM系列超聲儀也可對(duì)其做出具體實(shí)施，其配置的針對(duì)裂縫深度的檢測(cè)分析，使其在該領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢(shì)呈現(xiàn)得極為突出。

4 聲測(cè)技術(shù)在基樁檢測(cè)方面的應(yīng)用

對(duì)于橋梁工程當(dāng)中的基樁完整性檢測(cè)來(lái)說(shuō)，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(lái)看，其是混凝土缺陷聲測(cè)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(dú)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(lái)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(cè)管的基礎(chǔ)上實(shí)施，與此同時(shí)將發(fā)射和接收換能器等分別置于兩個(gè)聲測(cè)管內(nèi)，而相應(yīng)的測(cè)試即是在升降的過程中具體實(shí)施，相應(yīng)的檢測(cè)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(cè)在橋梁樁基中的應(yīng)用

對(duì)于橋梁樁基工程來(lái)說(shuō)，采用到的超聲波檢測(cè)技術(shù)是存在差異性的，以下對(duì)這些常見技術(shù)的實(shí)踐要點(diǎn)進(jìn)行深入分析。

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

（2）優(yōu)點(diǎn)和局限性。就此類檢測(cè)方式的推進(jìn)過程以及最終結(jié)果來(lái)看，整個(gè)的檢測(cè)并不會(huì)對(duì)檢測(cè)對(duì)象造成任何的損壞，且檢測(cè)的效率以及質(zhì)量都比較高。與此同時(shí)，所需的費(fèi)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(cè)。不僅如此，此類方式在應(yīng)對(duì)厚度較大物體的檢測(cè)時(shí)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(jìn)行檢測(cè)，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(cè)，其所得到的結(jié)果只是基于一定的判斷，檢測(cè)的切實(shí)依據(jù)往往無(wú)法有效地保留下來(lái)，因此對(duì)于后續(xù)的處理來(lái)說(shuō)并不實(shí)用。

4.2 低應(yīng)變法在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用

（1）低應(yīng)變檢測(cè)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(yàn)過程中以施加作用力的方式進(jìn)行，進(jìn)而促使振動(dòng)波產(chǎn)生，振動(dòng)波在沿樁基傳播過程中出現(xiàn)不規(guī)則的波段，即說(shuō)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(cè)的基礎(chǔ)也是利用振動(dòng)波的反射，進(jìn)而在接收信號(hào)的條件下，以達(dá)到對(duì)樁基某些部分狀況的一個(gè)判定[3]。

（2）優(yōu)點(diǎn)和局限性。此類檢測(cè)方法的最顯著優(yōu)勢(shì)無(wú)疑是其便捷高效，且整個(gè)的操作無(wú)需較大的經(jīng)濟(jì)成本，同時(shí)也不會(huì)礙于檢測(cè)的推進(jìn)對(duì)后續(xù)的整個(gè)施工進(jìn)度的把控造成不良影響。正是由于其高效實(shí)用的顯著特點(diǎn)，因此其在我國(guó)大多數(shù)的樁基檢測(cè)中被廣泛應(yīng)用。然而此類檢測(cè)方式也有一定的不足，例如對(duì)于遠(yuǎn)距離的檢測(cè)，最終得到的結(jié)果的準(zhǔn)確性并不高，特別是針對(duì)高樁基的檢測(cè)，這樣的情況更為突出。因此，這樣的一種檢測(cè)方式僅限于部分一般高度的樁基。

4.3 高應(yīng)變檢測(cè)在橋梁樁基中的應(yīng)用

對(duì)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(cè)技術(shù)機(jī)理。此類技術(shù)的應(yīng)用主要是基于自由落體開展，進(jìn)而在落下重錘對(duì)樁基所造成的壓力，以檢測(cè)其的承載性能。具體來(lái)看，此類方式主要是通過信號(hào)接收器來(lái)收集相關(guān)的信息，以對(duì)樁基的承載性能實(shí)施判定。

（2）優(yōu)點(diǎn)和局限性。此類檢測(cè)方式有著較長(zhǎng)的使用歷史，因此其應(yīng)對(duì)各類情況都能有較為出色的發(fā)揮。其主要是對(duì)橋梁樁基實(shí)施橫向承載性能的檢測(cè)，由此得出其整體質(zhì)量是否符合既定的施工標(biāo)準(zhǔn)。此類檢測(cè)能夠精細(xì)地檢測(cè)出樁基中存在的各種問題，即便是極為細(xì)小的不良情況，其也能精確地測(cè)定出來(lái)，相對(duì)來(lái)說(shuō)精度以及檢測(cè)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(duì)于某些特定樁基的質(zhì)量檢測(cè)，這樣的方式顯然并不適用。

5 結(jié)語(yǔ)

由以上論述可以看出，聲波檢測(cè)技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)無(wú)損檢測(cè)中確實(shí)有著極為重要的作用。隨著近些年對(duì)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(shí)更多新型的方式不斷地涌現(xiàn)出來(lái)。不管是信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理等相關(guān)的技術(shù)，還是測(cè)試儀器的精度和自動(dòng)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(guó)此類檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展水平來(lái)看，已與國(guó)際先進(jìn)水平無(wú)異，與此同時(shí)其在橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)和評(píng)估應(yīng)用中的應(yīng)用程度也在不斷加深。

參考文獻(xiàn)：

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