陳燕、吳偉

（江西交設(shè)工程咨詢(xún)有限公司，江西南昌 330001）

0 引言

道路橋梁在運(yùn)營(yíng)階段，在受到車(chē)輛荷載影響、環(huán)境等因素影響下，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)一系列病害問(wèn)題給橋梁的安全造成影響。所以在橋梁維修養(yǎng)護(hù)時(shí)需要利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)橋梁病害問(wèn)題進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)無(wú)損技術(shù)的應(yīng)用明確橋梁病害的位置與類(lèi)型。故而，對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在道路橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，明確無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用措施，能夠?yàn)榈缆窐蛄壕S修奠定基礎(chǔ)。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)道路橋梁檢測(cè)的意義

道路橋梁損傷檢測(cè)環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)損傷檢測(cè)的方法是在橋梁中隨機(jī)選擇檢測(cè)點(diǎn)，再進(jìn)行鉆孔、取樣，在試驗(yàn)室內(nèi)根據(jù)相應(yīng)樣本處理、分析技術(shù)參數(shù)，尋找到發(fā)生損傷檢測(cè)關(guān)鍵性數(shù)據(jù)信息，對(duì)提高工程質(zhì)量有極為重要的作用。在實(shí)踐中，傳統(tǒng)損傷檢測(cè)還有明顯不足，比如：首先，因?yàn)楸粰z測(cè)點(diǎn)是工作人員隨機(jī)選取的，所以結(jié)果容易發(fā)生偏差；其次，被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的選取要求較低的，檢測(cè)點(diǎn)數(shù)量如果比較少，檢測(cè)點(diǎn)的覆蓋范圍也會(huì)比較小，容易發(fā)生漏檢的問(wèn)題，對(duì)于道路橋梁的運(yùn)行效果和質(zhì)量產(chǎn)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(bǔ)處理難度也會(huì)越高。因此，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)被大量應(yīng)用到道路橋梁損傷檢測(cè)環(huán)節(jié)，可以更加快速、直接地反映出道路橋梁的內(nèi)部質(zhì)量和運(yùn)行的情況，有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)方面存在的缺陷[1]。由此可見(jiàn)，在道路橋梁的質(zhì)量檢測(cè)中，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的合理應(yīng)用，有著非常好的效果，促進(jìn)道路橋梁養(yǎng)護(hù)水平和改造質(zhì)量的提高，滿(mǎn)足橋梁的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。在橋梁工程質(zhì)量檢測(cè)中，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展空間比較大，尤其是目前應(yīng)用的超聲檢測(cè)、紅外線(xiàn)檢測(cè)、自然點(diǎn)位檢測(cè)等技術(shù)，完全符合檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)要求。在目前道路橋梁的檢測(cè)中充分利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可以提高道路工程的質(zhì)量水平，對(duì)道路橋梁事業(yè)發(fā)展起到積極作用。

從實(shí)際應(yīng)用效果分析，在道路橋梁建設(shè)中，鉆孔取樣檢測(cè)方式和無(wú)損檢測(cè)對(duì)比，后者的優(yōu)勢(shì)明顯，檢測(cè)速度快、效率高，還能夠縮短檢測(cè)的時(shí)間，降低檢測(cè)作業(yè)的成本，尤其是通過(guò)使用雷達(dá)技術(shù)，可以快速進(jìn)行空洞部位的檢測(cè)，優(yōu)勢(shì)顯著。超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用能夠有效地提升可靠性，特別是對(duì)長(zhǎng)護(hù)欄腐蝕性檢測(cè)，超聲波檢測(cè)技術(shù)快速確定腐蝕性問(wèn)題，然后對(duì)于某個(gè)特殊位置具體檢測(cè)，檢測(cè)人員快速收集各項(xiàng)數(shù)據(jù)，提高檢測(cè)水平，保證道路橋梁的運(yùn)行質(zhì)量[2]。

2 道路橋梁中無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用

2.1 光纖傳感技術(shù)

光纖傳感技術(shù)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)設(shè)備把光敏感元素轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘?hào)，通過(guò)收集相關(guān)的光信號(hào)信息以后，對(duì)情況的內(nèi)部情況進(jìn)行全面檢測(cè)。光纖傳感技術(shù)通?？梢詰?yīng)用到混凝土橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)、鋼索結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢測(cè)方面。光纖傳感技術(shù)的絕緣性非常好，不會(huì)受到外部環(huán)境的干擾和影響，可以適應(yīng)不同環(huán)境的檢測(cè)需要，提升檢測(cè)效率和質(zhì)量。但是該技術(shù)在大型道路橋梁項(xiàng)目中并沒(méi)有全面地應(yīng)用，一般都是在小型道路橋梁項(xiàng)目中應(yīng)用較多，這與光纖傳感技術(shù)應(yīng)用成本較高存在直接的關(guān)系。

2.2 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)主要是通過(guò)瞬間應(yīng)力波原理可以快速地確定道路橋梁空隙部位，其通過(guò)使用短促的機(jī)械樁撞擊而形成應(yīng)力波在道橋內(nèi)傳輸，再?gòu)牡缆窐蛄旱拈_(kāi)裂面反射回來(lái)。經(jīng)過(guò)沖擊面、斷裂面和其他面的多種波會(huì)形成瞬間共振的形式，快速確定完整性檢測(cè)，系統(tǒng)獲取信號(hào)后，可以快速確定空隙的位置。在具體的檢測(cè)中，主要是通過(guò)設(shè)置超聲波換能器的方式檢測(cè)，直接穿過(guò)道路橋梁的結(jié)構(gòu)，通過(guò)公式計(jì)算確定超聲波傳輸?shù)乃俣萚3]。根據(jù)公式計(jì)算，如果檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)鋼管混凝土內(nèi)密實(shí)度合格，并且混凝土與鋼管連接效果合格，通過(guò)應(yīng)用對(duì)穿法檢測(cè)環(huán)節(jié)，接收信號(hào)的首波試驗(yàn)中鋼管混凝土徑向傳播的超聲縱波，因?yàn)槔@鋼管壁半周長(zhǎng)波的傳輸時(shí)間較長(zhǎng)，初至波在首波后疊加，所以鋼管混凝土質(zhì)量還要采用超聲波檢測(cè)。超聲波在道路橋梁的檢測(cè)與維修中效果良好，通過(guò)梁、板、樁等結(jié)構(gòu)，可以確定是否存在空隙的問(wèn)題，如果發(fā)現(xiàn)存在，應(yīng)該及時(shí)灌縫修補(bǔ)處理。

2.3 頻譜分析技術(shù)

該技術(shù)應(yīng)用時(shí)，與傳統(tǒng)的人工敲擊法的檢測(cè)方式有著一定的相似之處，但是從本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是有明顯不同的，因?yàn)槿斯し绞綑z測(cè)精度較差，并不能快速確定質(zhì)量問(wèn)題，也不能及時(shí)確定故障問(wèn)題部位，但頻譜分析無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠快速確定質(zhì)量問(wèn)題的部位，且不會(huì)給工程造成任何的影響。頻譜分析檢測(cè)方式通過(guò)使用聲波在不同介質(zhì)內(nèi)傳輸?shù)乃俣炔煌鳛楣ぷ髟恚瑥亩鴻z測(cè)出被檢測(cè)部位內(nèi)部的實(shí)際情況。在該技術(shù)應(yīng)用中，快速檢測(cè)確定道路橋梁的質(zhì)量問(wèn)題，給被檢測(cè)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(zhì)量問(wèn)題。在項(xiàng)目檢測(cè)工作開(kāi)始前，需要在檢測(cè)位置上安裝傳感器，并且給被檢測(cè)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(cè)的精度，還會(huì)導(dǎo)致整體發(fā)生損壞的情況。因?yàn)轭l譜分析技術(shù)結(jié)果準(zhǔn)確、檢測(cè)效率高、檢測(cè)位置無(wú)損壞等優(yōu)勢(shì)，所以被大量應(yīng)用于道路橋梁工程的檢測(cè)中。因?yàn)轭l譜分析技術(shù)數(shù)據(jù)精度高，完全符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，從而滿(mǎn)足檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)要求[4]。根據(jù)實(shí)際情況，選擇合適的頻譜檢測(cè)技術(shù)，進(jìn)而可以提升道路橋梁工程的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)，為今后的道路橋梁事業(yè)的發(fā)展起到積極的推動(dòng)作用。

2.4 圖像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

圖像無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是比較常見(jiàn)的，其主要包含激光全息圖像與紅外成像圖像兩種。從實(shí)際應(yīng)用分析，激光全息圖像技術(shù)的精度較高，提高圖像數(shù)據(jù)精度，分析力學(xué)特性，利用全息攝像設(shè)備拍攝，快速的掌握道路橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，技術(shù)人員分析總結(jié)拍攝的圖像，得出力學(xué)特性圖。紅外成像圖像技術(shù)可以分析掌握道路橋梁材料的特點(diǎn)，確定內(nèi)部材料的熱傳導(dǎo)特性，并且通過(guò)圖像的方式反映出結(jié)果，以確定道路橋梁是否合格。

2.5 射線(xiàn)探傷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

該技術(shù)是通過(guò)設(shè)備直接向混凝土結(jié)構(gòu)反射X 射線(xiàn)或者伽馬射線(xiàn)，可以直接形成圖片文件。通過(guò)射線(xiàn)探傷能夠快速確定問(wèn)題點(diǎn)，精度較高，投入人員的數(shù)量較少，應(yīng)用到道路橋梁項(xiàng)目中檢測(cè)效果良好，給檢測(cè)工作的順利開(kāi)展提供有力的支持。雖然射線(xiàn)探傷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，但是該技術(shù)必須通過(guò)獲取穿透截面探射源來(lái)掌握相應(yīng)的檢測(cè)數(shù)據(jù)圖片，才能開(kāi)始檢測(cè)作業(yè)。由于檢測(cè)技術(shù)難度高、成本大，有一定的限制條件，所以并沒(méi)有被全面地應(yīng)用。

2.6 低應(yīng)變法

低應(yīng)變法的工作原理是通過(guò)振動(dòng)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(shè)定為振動(dòng)波振幅與頻率的改變，利用波形的變化，工作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)道路橋梁質(zhì)量不合格的環(huán)節(jié)與部位，并且采取措施處理。該技術(shù)的優(yōu)勢(shì)是操作簡(jiǎn)單，工作效率較高，成本相對(duì)較低，很多單位都會(huì)優(yōu)先選擇這一技術(shù)。但是該方法也存有缺陷，振動(dòng)波容易因?yàn)橥獠凯h(huán)境因素發(fā)生干擾。

3 工程概況

某橋梁工程長(zhǎng)度為200m，該工程屬于混凝土結(jié)構(gòu)形式，工程位于山區(qū)，由于該工程建設(shè)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(chǎng)考察以后決定采取無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)位置進(jìn)行檢測(cè)，包含了樁基、橋臺(tái)等位置，具體檢測(cè)流程見(jiàn)下文敘述。

3.1 樁基檢測(cè)中橋梁混凝土超聲波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

3.1.1 超聲波檢測(cè)儀

結(jié)合項(xiàng)目的工程特征，該項(xiàng)目采取的超聲波檢測(cè)儀主要是選擇了跨孔超聲波循測(cè)儀，該設(shè)備具備自動(dòng)檢測(cè)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)六個(gè)點(diǎn)面的快速處理，具備效率高、參數(shù)精準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)該技術(shù)還與無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)連接，能夠到達(dá)30m 范圍的通訊，當(dāng)信號(hào)觸發(fā)以后，靈敏度不會(huì)受到外界因素的影響。

3.1.2 聲測(cè)管埋設(shè)

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

3.2 樁基檢測(cè)

3.2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)前檢查

在檢測(cè)工作開(kāi)始前，需要確定應(yīng)檢測(cè)的樁號(hào)與墩位，對(duì)設(shè)計(jì)資料進(jìn)行全面檢查分析。查看獲取參數(shù)是否與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)一致，如果存在與標(biāo)準(zhǔn)不一的情況，就需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，保證現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的參數(shù)能夠達(dá)到實(shí)際要求，一般來(lái)說(shuō)檢查儀器各個(gè)部分的運(yùn)行情況，保證功能完整，不會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果。

3.2.2 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

一是在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的階段中，需要按照橋梁前進(jìn)方向的編號(hào)逐一進(jìn)行檢測(cè)，并且把樁基混凝土的剖面作為檢測(cè)依據(jù)在相應(yīng)的位置安裝測(cè)定設(shè)備，做好數(shù)據(jù)記錄。二是確定技術(shù)參數(shù)，安裝接收器獲取相關(guān)的信號(hào)，將其分配到管道底層，同時(shí)還要調(diào)試各個(gè)設(shè)備，保證設(shè)備運(yùn)行效果合格，能夠掌握準(zhǔn)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(shè)置多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，還要聯(lián)合扇形掃描、等差同步檢測(cè)方法。四是在檢測(cè)的過(guò)程中需要對(duì)相關(guān)的面進(jìn)行全面檢測(cè)，并且做好質(zhì)量數(shù)據(jù)分析，然后對(duì)比單根樁體的長(zhǎng)度進(jìn)行二次檢測(cè)，保證各個(gè)剖面尺寸都能夠確定。單根樁基的各個(gè)剖面都檢測(cè)結(jié)束后，要結(jié)合掌握的數(shù)據(jù)以確定樁體是否符合完整的標(biāo)準(zhǔn)。在檢查后，數(shù)據(jù)符合要求，應(yīng)該及時(shí)進(jìn)行下一根樁基檢測(cè)。五是在對(duì)同一根樁基檢測(cè)時(shí)，必須保證技術(shù)參數(shù)的固定，在檢測(cè)結(jié)束后，需要進(jìn)行聲測(cè)管與管口的封閉處理，為后續(xù)檢查提供基礎(chǔ)。六是檢測(cè)結(jié)束后將超聲波儀器重新放置到儀器箱，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)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(guò)程中，采用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而得到各個(gè)樁基礎(chǔ)的參數(shù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析的結(jié)果繪制出聲測(cè)管分布圖。對(duì)各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行波形的設(shè)置，確定首波位置，按照不同檢測(cè)點(diǎn)的波幅、聲速等分析，確定異常點(diǎn)，根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行檢測(cè)，參數(shù)修正見(jiàn)圖1。

圖1 參數(shù)修正

第一，聲速判據(jù)，如果檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)聲速發(fā)生變化，說(shuō)明該位置的樁身結(jié)構(gòu)質(zhì)量存在問(wèn)題，需要及時(shí)分析了解，以便于采取必要的應(yīng)對(duì)措施。

第二，波幅判據(jù)，結(jié)合首波波幅確定是否有蜂窩、空洞、離析等問(wèn)題，如果發(fā)現(xiàn)波幅低于振幅臨界參數(shù)值，說(shuō)明該位置有質(zhì)量問(wèn)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(lái)檢查是否存在故障問(wèn)題。

第四，PSD 判據(jù)，PSD 作為一種實(shí)時(shí)信息處理系統(tǒng)，能夠?qū)ο噜彽膬牲c(diǎn)連線(xiàn)斜率與聲時(shí)差進(jìn)行分析，如果聲時(shí)出現(xiàn)了變化，PSD 也會(huì)發(fā)生變化，就能夠確定故障位置。

3.3 檢測(cè)結(jié)果

在此次樁基檢測(cè)中，應(yīng)用超聲波檢測(cè)技術(shù)可以準(zhǔn)確的確定細(xì)微缺陷問(wèn)題，較之傳統(tǒng)檢測(cè)方法有著非常高的優(yōu)勢(shì)，目前主要是通過(guò)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(shí)在相同測(cè)點(diǎn)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(jié)構(gòu)是否存在離析、夾泥、斷樁的問(wèn)題。該項(xiàng)目檢測(cè)中，7#樁檢測(cè)時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，極有可能存在質(zhì)量問(wèn)題。

按照檢測(cè)的聲速度異常對(duì)樁基進(jìn)行判斷，當(dāng)檢測(cè)參數(shù)值處于1.3～1.5m 到2.8～4.1m 之間時(shí)，則表示可能存在質(zhì)量問(wèn)題，同時(shí)按照波幅檢測(cè)參數(shù)對(duì)斷樁進(jìn)行判別。當(dāng)參考數(shù)據(jù)介于1.0～1.2m 到3.1～3.5m時(shí)，則表示可能存在斷樁問(wèn)題。按照PSD 參數(shù)對(duì)樁基質(zhì)量檢測(cè)，當(dāng)參數(shù)值在0～1.8m 到3.1～3.4m 范圍時(shí)，則表示可能存在質(zhì)量問(wèn)題，按照波形異常參數(shù)值對(duì)整體質(zhì)量測(cè)定。當(dāng)檢測(cè)參數(shù)處于基1～7m 范圍時(shí)，則表示存在質(zhì)量問(wèn)題，通過(guò)確定其內(nèi)部存在泥土的情況，容易有塌孔的質(zhì)量缺陷。為驗(yàn)證PTV 判據(jù)是否符合可靠性要求，需要在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用截樁方式進(jìn)行檢測(cè)，了解是否有缺陷。經(jīng)過(guò)實(shí)際檢測(cè)驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)PTV 檢測(cè)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(xiàn)上相鄰兩點(diǎn)間距差的比值，應(yīng)用PAD 方法檢測(cè)確定混凝土缺陷優(yōu)勢(shì)明顯，其檢測(cè)的精度較高，可以彌補(bǔ)以往波速與聲速方面的缺陷。在該工程中，通過(guò)使用PAD 確定管斜的問(wèn)題，檢測(cè)結(jié)果不會(huì)受到波幅的影響，立即確定管斜的問(wèn)題，掌握混凝土缺陷問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合以上分析，在道路橋梁檢測(cè)中無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的類(lèi)型有很多種，因此需要根據(jù)橋梁項(xiàng)目的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，選擇具有針對(duì)性的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，從而提高橋梁工程項(xiàng)目的質(zhì)量。