劉守苗

（安徽省交通控股集團(tuán)有限公司,安徽 合肥 230000）

0 引言

與其他建筑項(xiàng)目相比，公路橋梁工程存在著諸多的風(fēng)險(xiǎn)因素，它的建設(shè)周期很長(zhǎng)，涉及的技術(shù)也很復(fù)雜，必須加強(qiáng)質(zhì)量管理。采用合理的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)和相應(yīng)的質(zhì)量管理手段，可以確保項(xiàng)目總體效果，減少項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，提高項(xiàng)目總體效益。

1 公路橋梁工程質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的重要意義

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展帶動(dòng)了我國(guó)公路橋梁工程的快速發(fā)展。自然環(huán)境的破壞和交通負(fù)荷的日益增長(zhǎng)使道路橋梁受到損害。公路橋梁檢測(cè)技術(shù)可以客觀地評(píng)價(jià)各種運(yùn)輸載體的可靠性、耐久性、承載能力，為橋梁維修、養(yǎng)護(hù)、處理決策提供參考和指導(dǎo)。路橋的檢測(cè)內(nèi)容主要包括混凝土的力學(xué)狀態(tài)、鋼筋狀態(tài)、預(yù)應(yīng)力狀態(tài)、結(jié)構(gòu)損傷等[1]。鉆孔是一種傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，但這種方法會(huì)受鉆孔位置影響，而且會(huì)對(duì)路橋結(jié)構(gòu)造成損傷，而且很難全面地反映出公路橋梁的整體健康狀況。因此，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在公路橋梁中逐漸發(fā)展。無(wú)損檢測(cè)是指根據(jù)不同的物理指標(biāo)，在不對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)和構(gòu)件造成損害的情況下，對(duì)橋梁的損傷進(jìn)行判定。無(wú)損檢測(cè)是基于多種現(xiàn)代材料力學(xué)與應(yīng)用物理的結(jié)合性技術(shù)，可以對(duì)混凝土強(qiáng)度、構(gòu)件缺陷進(jìn)行檢測(cè)（見表1）。既能確保橋梁的整體性能，又能減少工期和成本。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)包括超聲、紅外、自然電位、沖擊回波、X射線、干涉、脈沖雷達(dá)等。

表1 混凝土強(qiáng)度測(cè)定和構(gòu)件材料缺損檢測(cè)技術(shù)

2 檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用

2.1 超聲波檢測(cè)

超聲技術(shù)安全性高、風(fēng)險(xiǎn)性低。在橋梁工程中，超聲波探測(cè)技術(shù)的應(yīng)用有兩個(gè)方面：一是通過(guò)多個(gè)方向的超聲波產(chǎn)生的瞬時(shí)諧振，使低頻的應(yīng)力波傳遞到建筑物的內(nèi)部，并在斷口處被反射。精確地檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)如樁、板、梁等結(jié)構(gòu)的完整性和裂紋位置。二是可以探測(cè)到金屬或塑膠管中的孔隙。包括孔洞深度與加固區(qū)域的間距以及單位厚度，便于及時(shí)進(jìn)行修補(bǔ)和注漿。超聲波檢測(cè)技術(shù)可以利用超聲波探針發(fā)出一種適用于混凝土的超聲波，測(cè)量受測(cè)對(duì)象的傳播時(shí)間，并根據(jù)聲速與強(qiáng)度的關(guān)系，求出了其強(qiáng)度估計(jì)值[2]。通過(guò)該公式，可以得到鋼管混凝土的質(zhì)量。采用直接對(duì)穿式超聲換能器進(jìn)行探傷，超聲在鋼管混凝土中的徑向傳播時(shí)間為t，與沿管壁的半周傳播的時(shí)刻tsp關(guān)系為：

式中，vc——鋼管混凝土中超聲波的傳播速率；vsp——沿管道壁上超聲波的傳播速率。如果某工程鋼管混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C50，則選用普通525水泥、中砂、5～25 mm的碎石、低鈣低灰、高濃高效泵送、U形膨脹劑。鋼管混凝土的超聲波速度vc在4.5 km/s左右，鋼管的速度vsp在5.4 km/s左右，也就是：tsp=1.3tc。

結(jié)構(gòu)材料在受到?jīng)_擊后，會(huì)產(chǎn)生塑性變形、裂紋等結(jié)構(gòu)損傷，并通過(guò)聲波的方式來(lái)釋放能量。在荷載作用下，依然可以對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)材料進(jìn)行檢測(cè)。但在一些重要斷面區(qū)域，許多管線無(wú)法從下端的背面進(jìn)行探測(cè)，如局限于從表面看，則管線中存在蜂窩體、水或適用于其他材質(zhì)的管線時(shí)，會(huì)對(duì)探測(cè)造成一定的影響。

2.2 光纖傳感技術(shù)

光纖傳感技術(shù)可以將外部的物理能量轉(zhuǎn)化為光學(xué)信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)被測(cè)物體狀態(tài)指標(biāo)的采集（見圖1）。光纖傳感技術(shù)具有適應(yīng)性強(qiáng)、絕緣性能好、耐高溫、耐腐蝕，能在易燃、爆炸等方面的優(yōu)勢(shì)。其體積小、重量輕、精度高、實(shí)用性強(qiáng)，有很大的發(fā)展空間。將功能性光導(dǎo)纖維植入或粘貼到橋梁上，利用光纖的變形和斷裂來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的損傷程度的實(shí)時(shí)檢測(cè)。但這種方法造價(jià)高，施工量大。采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)檢測(cè)、監(jiān)測(cè)預(yù)應(yīng)力以及連續(xù)混凝土梁的應(yīng)力和變形特征[3]。

圖1 光纖傳感檢測(cè)技術(shù)

2.3 探地雷達(dá)（GPR）檢測(cè)技術(shù)

GPR技術(shù)是利用傳感器對(duì)地下介質(zhì)交界面的反射波進(jìn)行檢測(cè)，記錄反射波回到地表的時(shí)間t和反射波的振幅分析地下介質(zhì)狀態(tài)。該技術(shù)在淺層和超淺層探測(cè)中應(yīng)用廣泛。GPR技術(shù)在公路橋梁工程中的應(yīng)用包括路面厚度檢測(cè)、路面基層密實(shí)度、基層厚度及高含水量檢測(cè)。此外，還要測(cè)試道路的材質(zhì)、裂縫、濕度和結(jié)構(gòu)[4]。通過(guò)將應(yīng)變片、應(yīng)變傳感器、壓電傳感器、外加傳感器等嵌入或粘貼到橋梁的重要部位，可實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)范圍包括：①使電子脈沖穿入鋼筋混凝土建筑，通過(guò)金屬物體的反射回能被天線所接收的雷達(dá)波；②結(jié)合利用腐蝕分析儀，GPR還可以通過(guò)電位梯度來(lái)判斷腐蝕鋼筋的位置；③GPR具有大深度、高精度的三維定位技術(shù)，能對(duì)預(yù)應(yīng)力管線及混凝土進(jìn)行有效的檢測(cè)[5]；④GPR通過(guò)電磁輻射作為滲透介質(zhì)，對(duì)預(yù)應(yīng)力管線及混凝土的缺陷進(jìn)行探測(cè)。該方法具有速度快、精度高、操作簡(jiǎn)單、覆蓋范圍廣、使用安全、受環(huán)境因素影響較少的特點(diǎn)，即使在環(huán)境惡劣的環(huán)境中，仍能保證其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的完整性。但該方法需要大量的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)資料和豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。GPR技術(shù)在公路上應(yīng)用廣泛，但由于成本高，限制了該技術(shù)推廣。

2.4 射線檢測(cè)技術(shù)

應(yīng)用紅外成像技術(shù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)是一種常見的方法。當(dāng)橋梁出現(xiàn)裂縫或破損時(shí)，其紅外線與周邊環(huán)境表現(xiàn)出明顯的差異，利用紅外熱像儀將其紅外輻射轉(zhuǎn)化為可視熱圖像[6]。射線探測(cè)技術(shù)是把底片置于混凝土部件后面，用X射線或伽馬射線照射敏感的底片，生成空洞圖像，以此來(lái)判斷空洞的大小和破裂的鋼筋位置[7]。應(yīng)用UHF短脈波（106～109 Hz）來(lái)檢測(cè)混凝土鋼筋、孔的位置、缺陷、疲勞檢測(cè)等電渦流強(qiáng)度。通過(guò)渦動(dòng)的改變來(lái)判定材料表面缺陷。但這種技術(shù)會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定的輻射，因此必須采取有效的防護(hù)措施。

3 公路檢測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用和質(zhì)控方法

該文以安徽某高速公路為例，探討公路檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用及質(zhì)量控制。安徽某高速公路全長(zhǎng)107 km，在施工中由于地形陡峭、巖石構(gòu)造復(fù)雜、褶皺劇烈，在施工中產(chǎn)生了一系列的地面裂縫、漏水、積水等質(zhì)量問題。通過(guò)采用先進(jìn)的測(cè)試手段，對(duì)路面的壓實(shí)度進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)路面的抗病害能力、路面荷載、路基運(yùn)行能力、路面抗車轍能力進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)運(yùn)用動(dòng)態(tài)回彈模量測(cè)試儀，制定了壓實(shí)質(zhì)量檢測(cè)方案，采用相應(yīng)的計(jì)算公式對(duì)路基的含石量、最大干密度進(jìn)行了計(jì)算，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)路基的穩(wěn)定性和安全隱患，減少了路面的變形。以下是具體的步驟。

3.1 動(dòng)態(tài)回彈模型測(cè)量?jī)x應(yīng)用原理

該段公路總線較長(zhǎng)，為了準(zhǔn)確判定斷面布置情況，需要對(duì)該段的壓實(shí)度進(jìn)行測(cè)量，而全線的壓實(shí)度測(cè)試工作量很大，常規(guī)的壓實(shí)度測(cè)試技術(shù)已不能滿足此次的質(zhì)量測(cè)試需求。為此，有關(guān)部門引進(jìn)動(dòng)態(tài)回彈模量測(cè)試儀，以巖石的含石量、最大干密度為指標(biāo)，在路基部位設(shè)置多個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，以發(fā)現(xiàn)路基薄弱部位，提高檢測(cè)效率和質(zhì)量控制準(zhǔn)確性。采用落錘法，對(duì)路基承載板、減震裝置進(jìn)行撞擊，使路基發(fā)生沉陷，在相同的碰撞工況下，模擬汽車行駛時(shí)對(duì)路基的動(dòng)載作用。通常，隨著彈性模量的增大，路基的壓縮程度也會(huì)隨之增大。

3.2 具體應(yīng)用

在此技術(shù)使用前，先要確保試驗(yàn)段表面平坦，沒有任何雜質(zhì)，并保證動(dòng)態(tài)回彈模量試驗(yàn)機(jī)與地面垂直。安裝引導(dǎo)棒，使落錘在吊具上自由脫鉤，如此重復(fù)3次，即完成預(yù)震工藝，并記錄試驗(yàn)結(jié)果。操作員應(yīng)準(zhǔn)確記錄各試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)部位，防止載荷板的彈跳或運(yùn)動(dòng)，記錄土壤成分、含石率、含水率及其他參數(shù)，并按板壓公式計(jì)算：

式中，Evd——?jiǎng)討B(tài)變形模量（MPa），計(jì)算至0.1 MPa；r——圓形剛性荷載板的半徑（mm），即r=150 mm；σ——荷載板下的最大動(dòng)應(yīng)力，它是通過(guò)在剛性基礎(chǔ)上，由最大沖擊力Fs=7.07 kN且沖擊時(shí)間ts=18 ms時(shí)標(biāo)定得到的，σ=0.1 MPa；s——實(shí)測(cè)荷載板下沉幅值（mm）；1.5—荷載板形狀影響系數(shù)。實(shí)測(cè)結(jié)果可采用下列簡(jiǎn)化公式：

在進(jìn)行路基壓實(shí)度試驗(yàn)時(shí)，選用了具有代表性的原材料A，其自然含水率為66.6%，最大顆粒直徑為100 mm，原料B自然含水率為36.6%，最大顆粒直徑為20 mm，得到兩者的級(jí)配關(guān)系，并按照《公路土石試驗(yàn)規(guī)程文件》的要求，對(duì)A、B的最大干密度進(jìn)行測(cè)定。①M(fèi)r=1.7；②Mr=2.5；③Mr=5.0，然后用濕土方法進(jìn)行振動(dòng)夯實(shí)，最后得到的最大干重是：①在相同模比Mr=1.7的情況下，最大干重2.37 g/cm3；②在模數(shù)Mr=2.5的情況下，最大的干重為2.32 g/cm3；③在模數(shù)Mr=5.0的情況下，最大的干重為2.26 g/cm3。在確定了最大干密度后，對(duì)路基的壓實(shí)率進(jìn)行了測(cè)定，其計(jì)算公式如下：

式中，m0——濕土總質(zhì)量；w——現(xiàn)場(chǎng)含石量；m1——粒徑在5 mm以上的濕土質(zhì)量，最終得出含石量檢測(cè)結(jié)果（表2）。

表2 含石量檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)表2所示的資料，技術(shù)人員能夠判定出巖石的動(dòng)態(tài)彈性模量與壓縮強(qiáng)度之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而得出：在干土條件下巖石含量更大，能較好地反映出實(shí)際的巖石含量。壓實(shí)度檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)數(shù)據(jù)能用折線圖直觀顯示出來(lái)，在動(dòng)態(tài)回彈模量測(cè)試儀的幫助下，可以大大縮短檢測(cè)時(shí)間，為管理者提供更為可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)。

3.3 常態(tài)化質(zhì)量管控方法

在道路檢測(cè)技術(shù)的實(shí)施中，要建立起常態(tài)化的質(zhì)量控制措施。為了防止公路病害的發(fā)生，應(yīng)適當(dāng)提高試驗(yàn)測(cè)試指標(biāo)，改進(jìn)測(cè)試內(nèi)容，加強(qiáng)對(duì)施工場(chǎng)地的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。提前開展質(zhì)量管控，而不是在道路出現(xiàn)病害時(shí)進(jìn)行補(bǔ)救[7]。應(yīng)根據(jù)相關(guān)施工規(guī)范要求，加強(qiáng)公路工程的安全管理，制定詳細(xì)的檢測(cè)程序。比如，記錄材料進(jìn)場(chǎng)、進(jìn)出取樣、施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等；各監(jiān)理人負(fù)責(zé)材料配合比試驗(yàn)、土木工程試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等的檢測(cè)與批準(zhǔn)；制定月、季度、年度計(jì)劃，對(duì)公路工程的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、荷載強(qiáng)度、安全性進(jìn)行質(zhì)量評(píng)價(jià)與檢測(cè)；進(jìn)一步加強(qiáng)檢查、改進(jìn)檢測(cè)、建立質(zhì)量保障體系，以提高路基路面的壓實(shí)度，確保彎沉值達(dá)標(biāo)；提高有關(guān)監(jiān)督、檢測(cè)人員的技術(shù)水平，使其全面掌握現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)；采用材料力學(xué)信息技術(shù)，對(duì)路面缺陷進(jìn)行及時(shí)探測(cè)和快速處理；綜合應(yīng)用GPS三維位移測(cè)量技術(shù)及頻譜圖像技術(shù)；結(jié)合聲波反饋，全面掌握公路工程的質(zhì)量問題[8]，防止路面結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫、損傷等情況，提高檢測(cè)的效果和道路質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)提高行車安全這一最終目標(biāo)。

4 結(jié)論

總之，在公路橋梁工程檢測(cè)中，必須對(duì)各技術(shù)的檢測(cè)水平、內(nèi)外檢測(cè)效果、力學(xué)檢測(cè)精度進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以確保檢測(cè)的總體質(zhì)量。在檢測(cè)的過(guò)程中，要積極合理地將雷達(dá)、射線探傷、頻譜分析、圖像分析、光纖等現(xiàn)代技術(shù)引入與運(yùn)用。擴(kuò)大檢測(cè)范圍，確保檢測(cè)的準(zhǔn)確度、全面性，以實(shí)現(xiàn)工程預(yù)期目標(biāo)。