張海波、龍志輝

（江西省天馳高速科技發(fā)展有限公司，江西南昌 330000）

0 引言

連續(xù)梁是目前比較常用的橋梁形式，因為連續(xù)梁的0#塊體積較大，內部分布著較多的預應力束與鋼筋材料，所以對于工程的施工質量和性能要求較高。在現場施工環(huán)節(jié)如果質量控制不嚴格，就容易發(fā)生漏振、漏漿等嚴重的問題，以及混凝土結構出現蜂窩、麻面、空洞、不密實等情況，導致系統運營的效果變差。為了確保橋梁達到安全穩(wěn)定的運行，使得交通運輸領域科學發(fā)展，要加強施工各個方面的檢測與評估，為了后續(xù)的加固和維修提供基礎。對于已經建設完成的橋梁結構部分，為了預防檢測環(huán)節(jié)對橋梁結構造成二次損傷的影響，需要選擇無損檢測的處理方式，避免造成橋梁的損壞問題，以提高橋梁項目的運行水平。結合實際情況分析，無損檢測技術在分析橋梁病害時，往往存在深度不足、檢測精度不高等情況，無法真實掌握混凝土結構的性能，這種情況就會導致結構病害無法及時消除，造成橋梁的整體性能受到較大影響，威脅橋梁運行的安全性。尋找到一種先進檢測手段，提高檢測精度、效率，并量化內部病害問題，是目前科研領域的研究重點[1]。

1 彈性波層析掃描（CT）技術

1.1 工作技術原理

彈性波層析掃描（Computerized Tomography，CT）為目前比較廣泛應用的混凝土質量檢測技術，檢測的結果更加的真實、準確，是一種極為重要的無損檢測技術形式，這一技術是通過彈性波（P 波）為理論進行檢測。在彈性波處在不同類型的介質內，傳播特性存在很大的差異。在彈性波穿越混凝土結構不存在任何質量問題時，比如密實度高、強度高、波速高，能量衰減的速度較慢；在彈性波穿越的混凝土結構內部存在缺陷時，強度與密實度不合格的情況下，波速比較低，能量衰減速度也會比較快[2]。自20世紀40年代末期開始，美國研究學者展開試驗研究，總結出各項評定參數，可見表1。

表1 混凝土參考標準 單位：m/s

經過對以上的技術參數分析可以發(fā)現項目的混凝土結構有質量問題，所以在施工中地區(qū)差異、級配差異、使用骨料差異都會導致彈性波的傳播速度存在不同，上述標準只能表示在以往的研究中描述波速與混凝土質量的對應關系。根據工程實際情況分析，檢測分析結果之后，通過研究現場檢測中波速與受側混凝土強度相應關系，以掌握波速和被檢測混凝土強度的擬合曲線，對后續(xù)的分析和研究提供幫助與支持。

1.2 彈性波層析掃描（CT）的檢測方法

按照項目的檢測標準要求在對立面設置檢測點，在激發(fā)一側通過設備直接發(fā)射激振源，受信點則能直接獲取相關的信息。在發(fā)射與接收的中間會形成彈性波射線，進而可以形成符合要求的射線網結構（見圖1），這個網絡覆蓋的區(qū)域就是檢測剖面。在具體的檢測環(huán)節(jié)，將各個剖面都要布置在需要探測混凝土質量的位置上，并確保其密度符合要求。按照成像的基本原理，將各個條射線的速度函數信號數據投影在網絡模型中，通過計算機反演技術獲得該剖面點中各點位彈性波波速值，并繪制出波速云圖，經過對該云圖的分析以確定具體的缺陷部位，得出缺陷的面積。

圖1 檢測剖面彈性波射線布置（F1～F16 為激振點，S1～S16 為受信點）

1.3 彈性波層析掃描（CT）技術檢測流程

連續(xù)梁0#塊混凝土結構的缺陷檢測中，主要存在如下難點：其一，0#塊屬于大體積混凝土的形式，檢測的深度比較大，通常在5m 以上；其二，0#塊底部要設置支座上蓋板、防落梁等結構，并對混凝土結構進行覆蓋處理，這就導致比較多的截面無法進行檢測，也就不能準確掌握各點位的質量；其三，0#塊內部分布著較多的鋼筋與預埋件，導致超聲波、電磁波在穿越時影響檢測精度。較之以往的檢測技術來說，使用彈性波層析掃描（CT）檢測技術可以完全應對上述各項問題，不會受到影響。當沖擊彈性波從外部激發(fā)時，頻率可超過4kHz，檢測深度可達10m。對剖面結構進行分層檢測作業(yè)，設置比較靈活，且不會有表面覆蓋物。通過經驗分析，連續(xù)梁0#塊的內部缺陷檢測精度高、速度快。

具體應該遵循如下流程進行：首先，檢查0#塊結構外觀質量，主要是從麻面、掉角、空洞等方面進行。如果發(fā)現存在缺陷，立即進行標記，初步確定具體的病害范圍，并快速分析病害的特征。其次，進行彈性波層析掃描（CT）檢測時，使用肉眼無法進行檢測的外部結構，通過使用該技術可以確定缺陷位置和深度。再次，根據上述檢測結論在現場應用鉆孔方式復核檢測，利用內窺鏡掌握內部的情況，分析是否出現損壞。最后，綜合分析各方面的結果，對橋梁工程結構病害有足夠掌握，為后續(xù)的維修以及養(yǎng)護提供基礎[3]。

2 工程實例分析

2.1 層析掃描剖面設置

某橋梁采用彈性波層析掃描（CT）檢測后，得出的0#塊剖面位置圖（見圖2），其脫模后底部結構存在混凝土松散離析的問題。為了能夠準確地掌握0#塊底部混凝土質量情況，按照彈性波層析掃描（CT）的檢測方法先進行外觀檢測，初步確定病害問題部位，了解病害特征，底部外觀檢測結果可見圖3。

圖2 檢測剖面設置示意圖

圖3 外觀檢查成果圖（0 號塊底板混凝土缺陷展開圖）

從外觀檢測結果分析發(fā)現，0#塊底板肉眼可見存在缺陷，包含3 個，其中A 區(qū)1.55m2，B 區(qū)1.83m2，C 區(qū)0.95m2。按照項目檢測標準設置剖面，并根據要求進行點位的部位，以確保整個底板都能處于監(jiān)測范圍內，以便掌握全部信息。

2.2 層析掃描檢測結果及綜合分析

經過對層析掃描后，此次檢測得出256 條檢測線。對檢測進行標記并確保強度達到C50 后，彈性波波速在4200m/s 以上，方能獲得各項檢測數據信息。經過軟件分析，在每個深度剖面中應該獲得一幅CT 波速圖像，即圖4 至圖6,經過對圖內情況分析，顏色從深灰到黑色代表波速從3.0km/s 到6.0km/s。經過對之前的經驗分析發(fā)現，波速云圖內的淺灰到黑色區(qū)域內低速異常范圍就是混凝土結構存在缺陷的部位，說明該位置上的混凝土結構強度、密實度不能滿足要求。經過對各剖面部位的波速分布圖進行分析，得出如下的結論。

圖4 剖面1 混凝土波速分布圖

圖6 剖面3 混凝土波速分布圖

在剖面1 位置，與底板有8m 距離的部位上混凝土結構的平均波速相對較低，說明該部位上的質量性能不合格。在該深度范圍內確定有3 個低速異常區(qū)域，缺陷涉及的范圍中覆蓋底板表面混凝土缺陷，即圖內回想包圍的范圍，并且侵入支座中的座板和防落梁的覆蓋范圍。經過測量后確定A、B、C 的部位缺陷面積分別是1.3m2、2.6m2、1.0m2。

在剖面2 位置，與底板有16cm 的距離部位上，混凝土平均波速一般，說明該部位上的混凝土結構質量不合格，強度以及密實度方面存在問題。對于該混凝土結構部位上依然有3 個低速異常區(qū)域，并且缺陷處在混凝土缺陷的范圍之內，但面積相對較小。經過測量后確定A、B、C 的部位缺陷面積分別是0.1m2、0.4m2、0.5m2。

在剖面3 位置，與底板解耦股存在25cn 的距離部位上，發(fā)現該結構內部的平均波速相對較好，且波速保持均勻性傳播，表示該位置的混凝土結構質量合格，強度與密實度均滿足要求。因此，在該深度范圍內沒有低速異常區(qū)域，整體結構性能合格[4]。

圖5 剖面2 混凝土波速分布圖

對現場各個波速不正常的范圍內進行再次鉆孔分析確定，加強深度控制，符合密實度標準。通過使用內窺鏡的方式展開內部結構的檢查，直觀地反映出整個工程結構的病害以及缺損的問題。經過對鉆孔結果進行分析，發(fā)現A 區(qū)缺陷深度最大21cm，B 區(qū)最大缺陷深度20cm，C 區(qū)最大缺陷深度19cm。綜合外觀、層析掃描結果以及內窺鏡方面的分析，得出如下結論：A 區(qū)在出現的離析問題上，混凝土內部以錐形分布的形式存在，臨近底板的位置上缺陷問題更加嚴重，面積也更大，最大部位的缺陷面積達1.55m2，深度在21cm 左右；B 區(qū)發(fā)生松散的部位上，內部以錐形的形式存在，臨近底板的部位上缺陷面積比較大，達到2.6m2，深度在20cm 左右；C 區(qū)內松散部位以錐形的形式存在，與底板接近的部位上病害問題比較嚴重，面積達到1.0m2，深度在19cm 左右[5]。

2.3 檢測結論驗證

經過對此次檢驗結果分析可以發(fā)現，缺陷問題比較嚴重，現場作業(yè)人員應考慮現場的施工需要，加強各個環(huán)節(jié)的控制，保證梁體頂升、支座蓋板拆除等有效開展進行，對缺陷的部位進行鑿除處理，然后進行必要的加固維修和處理，從而保證結構性能合格。經過對鑿除缺陷部位展開分析，了解缺陷結構部位的面積、深度、形狀等方面的信息，發(fā)現實際測量的結果與彈性波檢測結果是相同的。

3 結語

結合工程案例進行深入分析發(fā)現，應用彈性波層析掃描（CT）技術進行連續(xù)梁結構內部質量檢查，其檢測優(yōu)勢比較明顯，可以覆蓋較大的檢測范圍，不會發(fā)生遺漏的問題；能夠快速掌握被檢測區(qū)域內的混凝土強度、密實度方面的性能；根據檢測結果可以繪制波速云圖，及時發(fā)現內部的缺陷問題，并準確描述病害問題。由此可見，應用彈性波層析掃描（CT）檢測技術可快速進行橋梁內部缺陷的檢測，結論更加的穩(wěn)定、可靠、真實。未來研究不斷深入，現代化檢測技術不斷投入工程中應用，使檢測效果全面提高，并發(fā)揮橋梁工程質量方面的控制作用。