文/張煒

1 前言

新時(shí)期背景下，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的新型檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程檢測(cè)中。其中，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)就是常用的一類檢測(cè)技術(shù)策略。由于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)類型比較多，它包含了脈沖雷達(dá)、紅外檢測(cè)、超聲回彈法等。超聲回彈法的應(yīng)用能夠?yàn)闃蛄簷z測(cè)工作開(kāi)展帶來(lái)便利，該技術(shù)具備一定的科學(xué)性，能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)橋梁存在的問(wèn)題，為后續(xù)工作的開(kāi)展奠定良好的基礎(chǔ)，因此本文對(duì)超聲回彈技術(shù)的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，探尋更為科學(xué)有效的檢測(cè)方法，以此為提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性提供非常重要的幫助。

2 工程概況

某橋梁項(xiàng)目的主體結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁拱橋形式，其長(zhǎng)度為151m，寬度為15.5m，從東到西按8×20m+1×200m+4×20m 布設(shè)，主孔結(jié)構(gòu)采用的是箱室等截面懸鏈線性五鉸拱。在橋梁管理單位對(duì)該橋梁進(jìn)行豎向撓度檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，橋梁主拱支架位置上的木支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜，拱架、支架、腹板等多個(gè)結(jié)構(gòu)存在裂縫問(wèn)題，導(dǎo)致橋梁運(yùn)行安全性無(wú)法滿足要求。根據(jù)實(shí)際情況需要，技術(shù)人員擬采用超聲回彈技術(shù)實(shí)施混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度檢測(cè)，為橋梁的加固與養(yǎng)護(hù)施工提供可靠數(shù)據(jù)，促進(jìn)橋梁總體運(yùn)行效果和質(zhì)量提升[1]。

3 超聲回彈技術(shù)檢測(cè)原理

3.1 測(cè)定儀器的選擇

針對(duì)混凝土的橋梁結(jié)構(gòu)形式，在實(shí)際操作中應(yīng)用超聲回彈檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行，主要的檢測(cè)設(shè)備是指針直讀式混凝土回彈儀裝置。在水平彈擊環(huán)節(jié)，彈擊錘脫鉤瞬間回彈儀能量標(biāo)準(zhǔn)值為2.207J。如果混凝土結(jié)構(gòu)硬度較高，則需要在頂住回彈儀后蓋時(shí)增加壓力，讓彈擊桿直接壓入回彈儀外殼之后開(kāi)始移動(dòng)重錘，在特定彈力的影響下開(kāi)始將重錘脫鉤彈出來(lái)，擊打彈擊桿，受到外力作用，彈擊桿會(huì)直接彈擊到混凝土表面。彈性勢(shì)能連續(xù)性作用，重錘回彈帶動(dòng)指針劃片在電阻桿上劃線，逐步減小壓力，最終重錘回歸到初始位置上[2]。

3.2 超聲回彈檢測(cè)技術(shù)原理

超聲回彈技術(shù)的目標(biāo)是測(cè)定混凝土表面結(jié)構(gòu)的硬度，然后明確具體的抗壓強(qiáng)度，確定橋梁的承載性能?；炷两Y(jié)構(gòu)強(qiáng)度與表面強(qiáng)度存在直接關(guān)系，回彈儀設(shè)備內(nèi)的重錘在待檢測(cè)的混凝土表面撞擊，測(cè)定的回彈值就是混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度參數(shù)，利用測(cè)量重錘回彈之后的運(yùn)動(dòng)距離，可以計(jì)算確定混凝土的強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)檢測(cè)后，將回彈值與混凝土強(qiáng)度建立函數(shù)關(guān)系，計(jì)算確定得到抗壓強(qiáng)度參數(shù)，最終可以得到橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性數(shù)值。應(yīng)用超聲回彈技術(shù)進(jìn)行橋梁混凝土強(qiáng)度檢測(cè)時(shí)容易受到很多因素的影響，比如水泥類型、水泥加入比例、砂石集料、外加劑的類型與加入比例、材料含水量參數(shù)、碳化程度等方面，因此相關(guān)工作人員需要綜合分析實(shí)際情況，消除不利因素的干擾和影響，保證測(cè)量精度，滿足工程質(zhì)量分析和控制的需要[3]。

4 超聲回彈技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)本次橋梁的測(cè)量需要，應(yīng)用穿透力較高的低頻超聲儀進(jìn)行檢測(cè)，以確定精確的混凝土強(qiáng)度性。該設(shè)備所產(chǎn)生的沖擊能量為2.25N·m，是HT225 型中型回彈儀，測(cè)量環(huán)境處于10～30℃之間，以保證檢測(cè)的質(zhì)量和效果，測(cè)量范圍內(nèi)需要檢測(cè)的混凝土側(cè)面應(yīng)用回彈儀明確具體的水平位置。根據(jù)測(cè)量工藝要求，測(cè)量范圍面積為0.04m2，間隔距離一般不會(huì)超過(guò)2m，測(cè)量范圍與施工縫隙、混凝土結(jié)構(gòu)邊緣部位的距離控制在0.2～0.5m。任何混凝土測(cè)量結(jié)構(gòu)都要至少確定10 個(gè)測(cè)量區(qū)，每個(gè)測(cè)量結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)定的測(cè)量點(diǎn)設(shè)定間距為3cm。如果空氣環(huán)境中存在二氧化碳，其和水發(fā)生反應(yīng)，并且直接和混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的Ca(OH)2 發(fā)生反應(yīng)，然后形成碳酸鈣，就會(huì)導(dǎo)致混凝土材料的堿性下降，進(jìn)而出現(xiàn)碳化反應(yīng)。通過(guò)該橋梁工程的結(jié)構(gòu)性能分析發(fā)現(xiàn)，其碳化反應(yīng)的速度相對(duì)較為緩慢，試驗(yàn)選取的混凝土塊的碳化深度比較小，進(jìn)行必要的分析之后，不考慮碳化反應(yīng)對(duì)超聲回彈結(jié)果產(chǎn)生的不利影響，檢測(cè)后數(shù)據(jù)達(dá)到精度的要求，完全滿足橋梁質(zhì)量檢查和標(biāo)準(zhǔn)的要求[4]。

4.1 構(gòu)建測(cè)強(qiáng)曲線

超聲回彈檢測(cè)技術(shù)在進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)部件強(qiáng)度曲線分析確定時(shí)，主要有如下兩種類型：通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行設(shè)置，然后依據(jù)多種校正系數(shù)來(lái)明確混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的參數(shù)，這是標(biāo)準(zhǔn)混凝土檢測(cè)的方式；結(jié)合原材料的加入比例創(chuàng)建多組強(qiáng)度曲線，然后分析確定混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度性能，這是最佳匹配率法。利用最佳匹配率法所測(cè)定的混凝土強(qiáng)度參數(shù)有著較高的準(zhǔn)確性，可以達(dá)到檢測(cè)精度的標(biāo)準(zhǔn)和要求，所以采用這種方法測(cè)量區(qū)域內(nèi)抗壓強(qiáng)度和超聲聲速值與超聲回彈值函數(shù)關(guān)系，能夠?yàn)楦黜?xiàng)數(shù)據(jù)的分析與判斷提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。另外需要注意的是，在進(jìn)行曲線構(gòu)建的階段中，為了保證曲線的真實(shí)性達(dá)到實(shí)際需要，工作人員還需要根據(jù)橋梁的檢測(cè)要求做好數(shù)據(jù)的核對(duì)工作，確保每一次的檢測(cè)參數(shù)都一致，以此給后續(xù)工程的開(kāi)展奠定基礎(chǔ)[5]。

4.2 回彈測(cè)試

針對(duì)具體的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)超聲回彈檢測(cè)，首先需要進(jìn)行各個(gè)結(jié)構(gòu)部件的澆筑方向側(cè)面水平測(cè)試，如果該結(jié)構(gòu)部分無(wú)法進(jìn)行水平測(cè)試，則需要采取非水平方式進(jìn)行檢測(cè)。具體檢測(cè)環(huán)節(jié)，應(yīng)該保證超聲回彈儀的軸線和被檢測(cè)的混凝土表面是垂直的。利用超聲回彈儀重錘進(jìn)行測(cè)量，所確定的超聲波與接收面總計(jì)需要彈擊8 個(gè)點(diǎn)，然后開(kāi)展單面的超聲波測(cè)試工作，測(cè)試區(qū)域內(nèi)發(fā)出、接收的超聲波彈面總計(jì)有16 個(gè)點(diǎn)。這些測(cè)量點(diǎn)需要均勻地設(shè)置到被檢測(cè)的混凝土表面，并且沒(méi)有設(shè)置在氣孔、露筋等位置上，測(cè)點(diǎn)與混凝土結(jié)構(gòu)邊緣、露筋、氣孔、砂石等結(jié)構(gòu)要保持有50mm 以上的距離，并保證測(cè)量的精度符合要求。

4.3 超聲測(cè)試

超聲波測(cè)試點(diǎn)選擇和設(shè)定，一般來(lái)說(shuō)可以超出回彈檢測(cè)的范圍。通常來(lái)說(shuō)，每個(gè)檢測(cè)區(qū)域范圍都要布置3 個(gè)測(cè)點(diǎn)。如果被檢測(cè)的混凝土結(jié)構(gòu)只有兩個(gè)相鄰的表面，則可以通過(guò)超聲波角測(cè)法的方式實(shí)施測(cè)量，也能夠得到較為準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)信息。具體的角測(cè)點(diǎn)的布置環(huán)節(jié)，保證換能器的中心和混凝土結(jié)構(gòu)邊緣間隔距離不能小于200mm。測(cè)量進(jìn)行時(shí)，如果兩側(cè)被測(cè)量表面的尺寸不同，或者并不是對(duì)稱設(shè)置的方式，測(cè)點(diǎn)布置的間距距離可以有所差異，但是絕對(duì)不能超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求。另外，綜合分析測(cè)量曲線精確度與可靠性方面的要求，應(yīng)該在相同測(cè)量區(qū)域范圍內(nèi)選擇使用混凝土取芯的方式進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度參數(shù)的修正處理，具體的修正系數(shù)要按照當(dāng)前國(guó)家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求確定。

4.4 橋板強(qiáng)度測(cè)評(píng)

橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)過(guò)程中，通過(guò)超聲波回彈法進(jìn)行橋板強(qiáng)度的檢測(cè)是比較重要的一項(xiàng)工作，它能夠反映出橋梁結(jié)構(gòu)性能的重要技術(shù)參數(shù)。橋板強(qiáng)度檢測(cè)環(huán)節(jié)，首先要保證橋板結(jié)構(gòu)測(cè)量數(shù)據(jù)精度符合要求，考慮到不同橋面的位置情況，把橋板結(jié)構(gòu)分為多個(gè)分區(qū)，不同的分區(qū)位置要選擇合適的測(cè)量方式，以符合實(shí)際測(cè)量的需要。在每一個(gè)測(cè)量區(qū)域都檢測(cè)完回彈值后，為了縮小數(shù)據(jù)偏差，將全部回彈值的最大值、最小值去除掉，然后計(jì)算剩余回彈值的參數(shù)，得到平均回彈值數(shù)據(jù)。本次橋梁工程進(jìn)行橋板各個(gè)部位的測(cè)量時(shí)，只有比較少的行車道板的強(qiáng)度性能較低，其他絕大部分結(jié)構(gòu)的行車道板的強(qiáng)度都能夠達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，完全符合正常使用的需要。綜合分析后發(fā)現(xiàn)，該橋梁的行車道板的結(jié)構(gòu)質(zhì)量性能高，即使投入運(yùn)營(yíng)的時(shí)間比較長(zhǎng)，受到車輛碾壓、自然環(huán)境侵蝕等多方面的影響，行車道板的強(qiáng)度依然能夠達(dá)到最初設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，并未因?yàn)殚L(zhǎng)期的運(yùn)營(yíng)而產(chǎn)生裂縫等不良問(wèn)題，同時(shí)也沒(méi)有出現(xiàn)疲勞損壞的問(wèn)題，經(jīng)過(guò)必要的修復(fù)處理后，可以達(dá)到橋梁通行質(zhì)量要求。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在橋梁檢測(cè)中，通過(guò)應(yīng)用超聲回彈技術(shù)展開(kāi)橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度的檢測(cè)，屬于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的范疇，其設(shè)備成本較低、檢測(cè)效率高、數(shù)據(jù)精度高，能夠真實(shí)、準(zhǔn)確地反映出混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強(qiáng)度，能夠?qū)蛄汗芾砗涂刂破鸬揭欢ǖ拇龠M(jìn)作用。但是，超聲回彈檢測(cè)只能體現(xiàn)出混凝土結(jié)構(gòu)表面的質(zhì)量，無(wú)法實(shí)現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測(cè)，并且受到水泥種類、水泥加入比例、砂石材料特性、外加劑類型和比例等方面的影響，數(shù)據(jù)有一定的偏差，所以只能作為橋梁混凝土抗壓強(qiáng)度檢測(cè)的參考。此外，超聲回彈檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用范圍較大，一般會(huì)聯(lián)合其他技術(shù)同時(shí)進(jìn)行橋梁混凝土檢測(cè)，以達(dá)到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求，為橋梁通行質(zhì)量提升奠定基礎(chǔ)。