王喜珠

（中鐵十六局集團第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

無損檢測技術對完成橋梁結構檢測不產(chǎn)生任何損傷，既可以獲取精準檢測結果，也可以減少檢測中的危險因素。由此，為進一步推廣無損檢測技術，探究其在橋梁檢測中的應用具有重要現(xiàn)實意義。

1 無損檢測技術簡述

1.1 技術優(yōu)勢

應用無損檢測技術檢測結果具有精準性高、安全性高的特點，以往有損檢測因對橋梁結構產(chǎn)生破壞，檢測結果精準度也受到影響，但無損檢測本身具有不破壞檢測對象結構與內(nèi)部組織的優(yōu)勢，且參數(shù)及檢測方法可實現(xiàn)標準化，可大幅提高檢測精準性；且由于對檢測結構無損害，能減少檢測及后續(xù)工程運營中的安全隱患，對檢測人員也起到良好的保護作用，故安全性較高。

1.2 應用特點

1）非破壞性

無損檢測技術原理是利用橋梁內(nèi)部結構異常或缺陷可以引起熱、聲、光等發(fā)生反應與變化判斷有無質量缺陷，其主要采用物理方法或化學方法，可以識別缺陷類型，檢測出缺陷的具體分布情況、數(shù)量、性質、位置及形狀等。

2）互容性

無損檢測過程中技術數(shù)據(jù)具有較高的互容性，主要體現(xiàn)在檢測數(shù)據(jù)全面、檢測結果準確上；且為了驗證檢測結果，可以利用兩種檢測方法互相驗證，僅需簡單的數(shù)據(jù)轉換即可完成，可及時發(fā)現(xiàn)偏差與錯誤。

1.3 檢測內(nèi)容

1）內(nèi)部缺陷

無損檢測主要完成對橋梁結構內(nèi)部質量缺陷的檢測，判斷缺陷位置、形狀等情況，分析是否會對橋梁結構整體穩(wěn)定性、耐久性、承載力產(chǎn)生影響。實際檢測過程中，考慮到結構內(nèi)部缺陷成因復雜，往往采用多種技術組合檢測，對缺陷程度、危害性進行準確評估。

2）結構強度

結構強度是橋梁工程質量檢測的重點，通常利用無損檢測技術完成混凝土結構強度的檢測，評估材料是否合格，并將檢測結果作為驗收的重要參考依據(jù)。為了準確掌握結構強度，需要通過無損檢測技術持續(xù)對混凝土強度進行檢測，分析其強度變化，及時識別強度下降問題，以便快速分析強度下降原因，并采取對應的加固措施[1]。

2 無損檢測技術在橋梁檢測中的應用

2.1 圖像處理技術

隨著橋梁工程規(guī)模的擴大，圖像處理技術的應用頻率越來越高。應用過程中可以利用激光全息影像技術（如圖1所示）或紅外成像技術進行橋梁掃描，再將掃描中獲取的圖像信息利用數(shù)字技術轉化，從而在顯示器上顯示出橋梁的內(nèi)部結構，幫助技術人員快速確定結構內(nèi)部缺陷的位置。采用激光全息影像技術時可以通過全息攝影高效完成數(shù)據(jù)檢測，獲得精度較高的檢測結果。采用紅外成像技術時，由于材料性質不同、導熱性能也存在差異，配合熱敏傳感器完成紅外成像數(shù)據(jù)采集，方便短時間內(nèi)確定缺陷情況。

圖1 基于全息影像技術掃描橋梁結果（圖片來源：https://www.sohu.com/a/323007832_354905）

2.2 磁粉檢測技術

磁粉檢測技術是利用磁粉作為顯示介質完成缺陷檢測與觀察的方法，目前在橋梁工程檢測中也有廣泛的應用。檢測過程中于待測對象表面施加磁粉，待完全被磁化后展開檢測，檢測中若發(fā)現(xiàn)被測對象存在缺陷時則會形成漏磁場，缺陷面積越大積聚的磁粉量越大、并可以檢測出磁痕（如圖2所示），從而可以快速確定缺陷的具體位置[2]。通常情況下，利用磁粉檢測技術對橋梁結構表面或近表面存在的質量缺陷進行檢驗，具有檢測效率高、檢測結果精準的優(yōu)勢；且磁粉檢測技術本身具有相關設備操作簡便、體積小，檢測靈敏度高、直觀顯示缺陷等優(yōu)勢，可以利用其快速了解缺陷的位置、形狀與長度情況，但無法對缺陷的深度進行確定。

圖2 缺陷位置漏磁場和磁痕分布

2.3 探地雷達檢測技術

探地雷達技術是一種新興的無損檢測技術，其利用發(fā)射天線向地下指定區(qū)域內(nèi)輸入高頻電磁脈沖，傳播過程中當遇到不同介質面時會產(chǎn)生不同的雷達回波，再利用接收天線回收，通過儀器完成數(shù)據(jù)轉換則可以獲得檢測數(shù)據(jù)，檢測原理如圖3所示。但該項技術存在局限，其檢測數(shù)據(jù)來自地下不同介質交界面產(chǎn)生的反射波，通常只能在地下結構淺層或超淺層缺陷檢測中發(fā)揮作用，目前，多被運用在橋梁結構基層密實度及路面厚度的檢測當中，分析檢測中獲取的結果，可以對工程的質量情況進行反饋。

圖3 探地雷達檢測技術原理

2.4 回聲波檢測法

回聲波檢測法是橋梁檢測中應用最廣泛的無損檢測技術，通過聲波觸發(fā)器向待檢測對象傳輸波長及頻率特定的超聲波，匯總聲波在結構內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)，可以通過對聲波散射情況、衰減情況、波形變化情況判斷有無缺陷，檢測過程如圖4所示。聲波傳輸過程中遇到缺陷時或結構表面時均會產(chǎn)生反射波；且因介質不同，聲波的傳播速度會發(fā)生變化，如果沖擊到檢測對象表面，會出現(xiàn)傳播路線偏移導致波形變化，從而引起聲波頻率及振幅的變化，此類變化均是判斷結構內(nèi)部缺陷的關鍵依據(jù)[3]。較于其他無損檢測技術，回聲波檢測法具有安全性高的優(yōu)勢，檢測過程無風險性因素，因此，常在橋梁管道深度與空洞檢測中應用，僅在單面測量下即可精準判斷管道缺陷情況。

圖4 回聲波檢測過程

2.5 射線探傷無損檢測技術

射線探傷無損檢測是常規(guī)無損檢測技術之一，在橋梁檢測中的應用也相對廣泛，檢測中可以將底片放置在待檢測結構的要求位置上，利用敏感底片完成探傷，其可以對結構中空洞位置與程度、鋼筋斷裂位置進行精準識別。具體檢測中，利用x、γ等射線穿透待檢測物體，對表面無損壞，獲取射線穿透物體后的圖像數(shù)據(jù)，直觀地評估質量缺陷情況。但在技術應用期間保證探測源量充足、射線發(fā)射強度達到要求才能獲得真實可靠的結果，否則射線探測強度不足，將無法獲取清晰圖像，影響對缺陷情況的判斷，以常用的γ射線源檢測鋼結構為例不同射線源能量及適宜厚度見表1；且射線對人體有一定危害，檢測過程中操作人員必須認真做好隔離防護。鑒于射線探傷無損檢測技術的操作具有復雜性、特殊性，要求檢測操作前對應用該技術的必要性與可行性進行全面分析，形成可靠實施方案，避免技術應用中出現(xiàn)麻煩與危險。

表1 γ射線源在鋼結構檢測中的特性

2.6 錨桿無損檢測技術

錨桿無損檢測技術是應用于錨桿錨固質量無損檢測中的方法，近年來在橋梁工程檢測中的應用也相對頻繁。其主要對錨桿長與注漿密實度進行無損檢測，采用方法有：聲波反射法、應力波反射法。聲波反射法是利用波在錨桿中傳播的運動學特性，反應砂漿飽和度情況，于錨桿頂端施加瞬態(tài)激振力后，將傳感器接收反射信號裝置布設在錨桿頂端（如圖5所示），反射信號的時域及頻域變化則可以反映錨桿長度及砂漿飽和度情況，也可以提供極限承載能力、工作荷載等參數(shù)作為輔助判斷依據(jù)；應力波反射法在低應變檢測法基礎上形成，以一維波動理論為核心，檢測中將錨桿及周圍注漿看作一維彈性桿件，從錨桿頂部激發(fā)可以向下傳播的應力波，當應力波遇到阻抗后發(fā)生變化，回收變化后產(chǎn)生的反射波，通過對其性質的判斷分析錨桿的質量情況[4]。

圖5 錨桿聲波反射法操作示意圖

2.7 光纖傳感檢測技術

光纖傳感檢測技術是目前新興的一種無損檢測技術，在實際中應用的時間較短，處于研究與應用并重階段。光纖是一種玻璃纖維，其主要成分為石英，是目前信號傳輸?shù)闹饕橘|，利用經(jīng)過特殊處理的或普通光纖制成的敏感器件作為傳感器的重要組成部分，可以檢測光波頻率、幅度、偏振、相位調制等信息，檢測流程如圖6所示；在無損檢測中利用普通光纖中的瑞利散射、菲涅爾反射、拉曼散射、布里淵散射完成傳感。也可以利用光纖光柵傳感器，其將經(jīng)過特殊處理后的光纖作為傳感介質，利用布拉格反射波長對溫度、應變敏感的特性完成檢測。

圖6 光纖傳感檢測流程示意圖

3 應用案例

3.1 工程概況

某地5跨預應力混凝土連續(xù)剛構橋，目前使用年限超過15年，曾進行3次集中整治，在近期檢測中發(fā)現(xiàn)橋面存在多處坑槽，有豎向預應力鋼筋露頭情況。該橋梁箱梁頂寬為15 m、梁高4.3 m～13.8 m、梁寬7 m，經(jīng)現(xiàn)場勘查及對地震烈度、荷載的設計要求展開分析，確定本次采用錨桿無損檢測技術對鋼筋病害進行檢測。

3.2 無損檢測過程

1）檢測設備

本次檢測采用MC-5320錨桿檢測儀（如圖7所示）完成豎向預應力露頭鋼筋的灌漿飽滿度無損檢測，其檢測長度可達30 m，能量可以調節(jié)，收發(fā)同步、余震短，可利用程控一體式超磁震源提高檢測效率。檢測過程中若出現(xiàn)管道內(nèi)注漿不密實情況，復合桿件截面積會發(fā)生改變，波阻抗也會有所變化，并產(chǎn)生反射應力波，其能量強度則可以反饋出注漿密實度，密實度高則能量強、衰減慢，反之密實度低則能量弱、衰減快。

圖7 MC-5320錨桿檢測儀

2）檢測方案

檢測過程中先進行標定試驗，標定桿體速度，用于測算實際桿長；模擬鋼筋中間機械接頭的不同狀態(tài)，對機械接頭及桿底信號的具體位置進行標定。根據(jù)標定內(nèi)容設置5種不同工況（如圖8所示），工況1為桿體波速標定，工況2～工況5為對接頭（套筒）狀況的模擬。標定試驗結束后可以確定桿體波速為5 200 m/s；當中間套筒接頭處于密實狀態(tài)時，可以測量出鋼筋的完整桿長，接頭位置在信號中并無反應；在工況4中未發(fā)現(xiàn)有桿底擴徑情況的反應信號；當中間套筒接頭處于不密實狀態(tài)時，儀器僅能反饋第1段鋼筋反射信號，第二段仍為無信號。

圖8 試驗工況設置（m）

3.3 檢測結果分析

經(jīng)過無損檢測，對5根豎向預應力露頭鋼筋情況有所了解，其中4根位于墩頂位置的長預應力鋼筋受自身機械接頭的影響，不具備準確判斷質量的條件；1根短預應力鋼筋質量合格。

4 提高無損檢測技術在橋梁檢測中應用質量措施

無損檢測技術應用中為避免對檢測結果可靠性造成影響，檢測單位需要全面匯總國家質量體系標準，以此作為檢測工作的基礎與前提，并根據(jù)規(guī)定內(nèi)容與本次檢測對象編制好無損檢測質量體系文件，對于檢測的質量標準、目標等做出明確要求，以此為依據(jù)正式開始檢測。同時，檢測過程中要根據(jù)檢測對象的特點制定管理制度，對檢測過程、技術操作加以規(guī)范與約束，且制度中應重點對檢測內(nèi)容、對象、技術要求作出明確說明，確定檢測的具體流程及報告、委托等工序。此外，在構建質量管理體系的初期，需要對工藝規(guī)程、裝備等進行深入且全面的研究，認真了解相關規(guī)定的具體要求，均在制度中有所體現(xiàn)，使無損檢測技術的實施有可靠與堅實的基礎做保障。

5 結語

綜上所述，無損檢測在橋梁檢測中應用具有提高檢測可靠性、精準性的作用，可規(guī)避檢測技術對橋梁結構造成的破壞，但在實際應用中，由于技術原理不同，操作上也有著不同的注意事項或對環(huán)境條件、應用范圍的特殊要求，應充分了解每項無損檢測技術的特點，在實際應用中選擇適合的技術手段，并加強技術管理，落實操作規(guī)范，確保利用無損檢測技術獲取精準、可靠的檢測結果，從而準確掌握橋梁工程的質量缺陷情況。