王秋榮、易斐

（景德鎮(zhèn)市昌盛公路工程試驗(yàn)檢測(cè)有限公司，江西景德鎮(zhèn) 333000）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，在預(yù)防斜向裂縫方面，箱梁腹板豎向預(yù)應(yīng)力起重要的控制作用。但是由于受到技術(shù)、材料、環(huán)境等多種因素的影響，橋梁工程建設(shè)后難免會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，因此要采取相應(yīng)的檢測(cè)技術(shù)全面檢測(cè)、評(píng)估橋梁的健康狀況，進(jìn)而及時(shí)進(jìn)行病害防治或處治，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種通過(guò)非破壞性手段對(duì)橋梁錨桿進(jìn)行檢測(cè)和評(píng)估的方法。傳統(tǒng)的錨桿檢測(cè)通常采用破壞性方法，需要對(duì)錨桿進(jìn)行拆除或取芯，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成一定的損傷和干擾。而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)則能夠在不破壞結(jié)構(gòu)的前提下獲取錨桿的位置、長(zhǎng)度、直徑、深埋深度、錨固長(zhǎng)度以及錨桿的損傷情況，能夠?yàn)闃蛄吼B(yǎng)護(hù)工作提供幫助。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

在橋梁工程中，確保橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性至關(guān)重要。錨桿作為橋梁結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵支撐元素，對(duì)其狀態(tài)和性能的檢測(cè)尤為重要。錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一種高效、準(zhǔn)確的檢測(cè)方法，在橋梁檢測(cè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，該技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

第一，錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有非侵入性。傳統(tǒng)的檢測(cè)方法可能需要進(jìn)行開(kāi)挖或拆除部分結(jié)構(gòu)，而無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以在不破壞結(jié)構(gòu)完整性的前提下進(jìn)行，這能夠大大減少對(duì)橋梁正常運(yùn)行的干擾。

第二，錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有高靈敏度和高精度。采用先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)，可以對(duì)錨桿進(jìn)行全方位、多角度的檢測(cè)，實(shí)時(shí)獲取數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。這種高靈敏度和高精度的檢測(cè)可以更準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)錨桿的缺陷、損傷或劣化情況，能夠?yàn)檫M(jìn)一步的維護(hù)決策提供可靠的依據(jù)。

第三，錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有快速性和高效性。相比傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，無(wú)損檢測(cè)不需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和人力資源。檢測(cè)過(guò)程可以在較短的時(shí)間內(nèi)完成，能夠降低對(duì)交通的影響，提高檢測(cè)和施工效率。

第四，錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全面性和全局性的檢測(cè)。通過(guò)對(duì)錨桿的整體性能進(jìn)行評(píng)估，可以發(fā)現(xiàn)可能存在的問(wèn)題并及時(shí)進(jìn)行干預(yù)。同時(shí)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)可以對(duì)錨桿的不同部位逐一檢測(cè)，可為橋梁的安全性提供有力保障。

第五，錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)還具有實(shí)時(shí)性和可重復(fù)性。檢測(cè)數(shù)據(jù)可以即時(shí)獲取，便于技術(shù)人員及時(shí)了解錨桿的狀態(tài)。同時(shí)，可以定期檢測(cè)，以跟蹤錨桿性能的變化，為維護(hù)決策提供長(zhǎng)期支持[1-2]。

2 錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)原理

通過(guò)檢測(cè)可知，在豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋灌漿飽和度存在空腔的情況下，復(fù)合桿件截面積和波阻抗勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化，此時(shí)內(nèi)部的應(yīng)力波就加長(zhǎng)。一般看來(lái)，密實(shí)度和空腔之間的關(guān)系為密度大，則空腔面積小。這種情況下，反射應(yīng)力波能量會(huì)強(qiáng)化，衰減速度會(huì)減慢。反之，空腔面積越大，密實(shí)度會(huì)越小，最終的反射應(yīng)力波能量會(huì)弱化。

橋梁錨固體系一定要滿足λ ＞D和λ ＞L，λ 代表反射應(yīng)力波波長(zhǎng)，D代表錨桿桿體直徑，L代表錨桿桿體長(zhǎng)度。

可將錨固體系視為統(tǒng)一的一維桿件，在多項(xiàng)零部件的共同組成下，形成穩(wěn)定的截面體系。應(yīng)力波一般會(huì)從錨桿端出發(fā)經(jīng)過(guò)桿體向四周擴(kuò)散。結(jié)合錨固體系簡(jiǎn)化模型的具體形式，及時(shí)調(diào)整錨桿橫截面積和材料性質(zhì)，并全面關(guān)注入射波的反映情況，可以深入了解內(nèi)部的各項(xiàng)參數(shù)。

錨桿的截面面積和材料性質(zhì)存在調(diào)整時(shí)，入射波會(huì)在該截面上發(fā)生反射和透射情況，反射波和透射波幅值的大小與截面面積和波阻抗相對(duì)變化的程度有關(guān)。例如，在錨桿、砂漿、圍巖澆筑密實(shí)度高的時(shí)候，三者之間的波阻抗差異不大，入射波更容易透射過(guò)去，而反射回來(lái)的能量較少。反之，反射波會(huì)較強(qiáng)[2]。具體詳見(jiàn)公式（1）：

式（1）中：R 表示反射系數(shù)；ρ1表示錨桿與圍巖界面之間的密度；ρ2表示砂漿界面介質(zhì)密度；V1表示圍巖界面、錨桿界面波速；V2表示砂漿界面、錨桿界面縱波速度。

由公式（1）可知，錨桿、圍巖界面及其附屬界面參數(shù)出現(xiàn)改變，整體的反射波也會(huì)出現(xiàn)較大的變動(dòng)。因此，在錨桿無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中，需要結(jié)合具體的反射信號(hào)情況，把握反射波的強(qiáng)度和變動(dòng)的具體時(shí)間，做好錨桿長(zhǎng)度和質(zhì)量的判定工作，見(jiàn)公式（2）和公式（3）：

式（2）～（3）中：H 表示錨桿長(zhǎng)度，S 代表空腔缺陷深度，t 表示時(shí)間；V 表示錨桿波速；E 表示反射波歸一化能量；d 表示反射波振幅。

錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)原理如圖1 模型示意圖和圖2反射信息圖所示。

圖1 模型示意圖

觀察模型可以了解到，A 點(diǎn)、B 點(diǎn)、C 點(diǎn) 與D 點(diǎn) 的關(guān)系，其反射通過(guò)序列如圖2 所表示。T0表示直達(dá)波的傳遞時(shí)間；針對(duì)圍巖接觸面引起的發(fā)射時(shí)間用T1表示；T2表示空腔缺陷界面的B 應(yīng)力波反射所用的時(shí)間；T3是空腔缺陷下界面C 的反射時(shí)間。入射波波幅和錨桿底部反射波波幅分別用E1和E2表示。判斷錨桿砂漿飽和度時(shí)，進(jìn)行歸一化處理。

3 做好錨桿錨固質(zhì)量評(píng)估

3.1 錨桿長(zhǎng)度檢測(cè)

錨桿長(zhǎng)度對(duì)整個(gè)橋梁工程質(zhì)量有重要影響。在實(shí)際檢測(cè)環(huán)節(jié)，一定要參考具體的要求核對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)。錨桿桿體長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95%，且不足長(zhǎng)度不超過(guò)0.5m，可評(píng)定錨桿長(zhǎng)度合格[3]。

3.2 錨固密實(shí)度

在錨固密實(shí)度檢測(cè)階段，可以通過(guò)詳細(xì)的計(jì)算得出密實(shí)度參數(shù)，還可以結(jié)合反射波和入射波的能力，確定最終的密實(shí)度參數(shù)。

4 錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)推廣和落實(shí)案例

4.1 工程基本概況

某橋梁屬于典型的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，總長(zhǎng)達(dá)1.02km。該橋嚴(yán)格按照單箱單室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)建造，以確保結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，嚴(yán)格控制箱梁高度，保持在8±4.5m 范圍內(nèi)，頂部寬度分別為15m 和7m。在施工階段，充分考慮汽車荷載和行人荷載要求，以全面提升橋梁的承載力和使用性能。該橋梁經(jīng)過(guò)10 年的使用后，為明確橋梁的健康狀況，在2020 年對(duì)其進(jìn)行全面檢查，采用錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。

4.2 試驗(yàn)標(biāo)定

在試驗(yàn)標(biāo)定過(guò)程中，需要在了解病害問(wèn)題的基礎(chǔ)上，選擇適宜的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)開(kāi)展工作。通過(guò)系統(tǒng)的模擬試驗(yàn)，全面把握橋梁實(shí)測(cè)錨桿長(zhǎng)度的具體數(shù)值，并嚴(yán)格按照要求確定鋼筋之間的距離。通過(guò)科學(xué)設(shè)計(jì)和調(diào)整，做好錨桿桿體的波速測(cè)定工作，模擬出內(nèi)部的基本情況[4]。

4.3 模擬試驗(yàn)

主要采用無(wú)損檢測(cè)模擬方式進(jìn)行錨桿檢測(cè)工作，且具體操作應(yīng)與設(shè)計(jì)方案保持一致。在模型試驗(yàn)中，以PVC 管作為模擬對(duì)象，并按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行錨桿孔的模擬，然后將鋼筋插入其中。為了確保整體的穩(wěn)定性，采用卡位器進(jìn)行固定。同時(shí)，合理控制鋼筋的外露長(zhǎng)度，一般要保持在20cm 以內(nèi)，并選擇適合的膠管封套進(jìn)行處理，以提高錨桿的整體性能。在模擬操作過(guò)程中，對(duì)錨桿進(jìn)行檢測(cè)，以驗(yàn)證其最終強(qiáng)度是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范。通過(guò)模擬試驗(yàn)操作，能夠預(yù)先了解錨桿在實(shí)際工程中的表現(xiàn)，更加準(zhǔn)確地評(píng)估錨桿的性能和質(zhì)量，確保其符合設(shè)計(jì)要求，并在需要時(shí)進(jìn)行必要的調(diào)整和改進(jìn)，以確保工程的可靠性。

4.4 錨桿抽檢檢測(cè)

以模擬試驗(yàn)為基礎(chǔ)，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，明確相關(guān)變化趨勢(shì)。

第一，在檢測(cè)位置距離地面4.5cm 區(qū)域進(jìn)行巖壁檢測(cè)，錨固質(zhì)量最佳的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為6m，波形的直徑為25cm，整體實(shí)際長(zhǎng)度為5.98m，外露的長(zhǎng)度為0.1m；觀察波形的變化趨勢(shì)，明顯看出錨桿波形衰減速度較快，從傳播階段可以看出未出現(xiàn)畸形變化情況，表明波形衰減有明顯的規(guī)律性。從錨桿底部的反射性來(lái)看，反射性趨勢(shì)不夠特別明顯，相關(guān)的基線變化方式與波形變化的趨勢(shì)較為一致，表明該工程的注漿性能非常好。

第二，在檢測(cè)位置距離地面2.5cm 區(qū)域進(jìn)行巖壁檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，錨固質(zhì)量最佳的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為4.5m，實(shí)際檢測(cè)的長(zhǎng)度4.48m，外露的長(zhǎng)度為0.1m；對(duì)主體結(jié)構(gòu)2.5m 位置的巖壁開(kāi)展檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，錨桿內(nèi)的錨桿波形衰減速度較快，且在桿底位置表現(xiàn)出比較明顯的反射變化，其中基線位置與波形位置相對(duì)接近，表明注漿質(zhì)量高。

第三，全面檢測(cè)脫落預(yù)應(yīng)力鋼筋距離地面的具體距離和錨固點(diǎn)情況。錨固點(diǎn)的長(zhǎng)度：實(shí)際測(cè)量長(zhǎng)度和外露長(zhǎng)度分別為6m、6.403m 和0.28m。結(jié)合具體的波形變動(dòng)趨勢(shì)，錨桿衰減速度比較慢。由于桿底存在反射現(xiàn)象不多，側(cè)面表明注漿的性能較高。此外，在距離地面4m 和1.5m 處，由于反射波疊加量少，波形畸變量小，表示注漿強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

5 橋梁錨桿無(wú)損檢測(cè)注意事項(xiàng)

第一，進(jìn)行錨桿無(wú)損檢測(cè)之前，需要確保檢測(cè)設(shè)備正常。在實(shí)際操作前，必須對(duì)超聲波檢測(cè)設(shè)備、震動(dòng)傳感器、數(shù)據(jù)采集器等關(guān)鍵硬件設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)檢查。通過(guò)儀器自檢和功能測(cè)試，確認(rèn)設(shè)備各項(xiàng)功能正常。同時(shí)，要對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行全面評(píng)估，確保沒(méi)有損壞、松動(dòng)或其他異常情況。通過(guò)校驗(yàn)和標(biāo)定，以進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)備的準(zhǔn)確性，確保在實(shí)際檢測(cè)中獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

第二，制訂適宜的檢測(cè)方案是錨桿無(wú)損檢測(cè)的基礎(chǔ)。根據(jù)橋梁錨桿的具體情況，制訂詳細(xì)的操作計(jì)劃。首先，根據(jù)錨桿的材料特性、結(jié)構(gòu)形式以及周圍環(huán)境等因素，選擇適當(dāng)?shù)臋z測(cè)方法。超聲波、震動(dòng)法等不同方法具有不同的適用范圍和特點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。其次，確定檢測(cè)位置和角度，確保檢測(cè)覆蓋錨桿的關(guān)鍵部位。此外，由于不同角度的檢測(cè)可能會(huì)影響信號(hào)的傳播和反射，從而影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，因此角度的選擇也十分重要。最后，設(shè)置合適的檢測(cè)參數(shù)，包括脈沖頻率、檢測(cè)深度等，以獲得具有高分辨率和敏感性的檢測(cè)結(jié)果。

第三，按照檢測(cè)方案，在橋梁的合適位置布置檢測(cè)設(shè)備。對(duì)于錨桿的不同部位和角度，可能需要調(diào)整設(shè)備的位置和角度，確保能夠全面覆蓋錨桿的各個(gè)部分。

第四，啟動(dòng)檢測(cè)設(shè)備，開(kāi)始信號(hào)采集。根據(jù)設(shè)備的指導(dǎo)，將超聲波或震動(dòng)信號(hào)發(fā)送到錨桿中，并記錄反射或傳播的信號(hào)。采集的信號(hào)會(huì)被傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集器中，然后進(jìn)行初步處理和分析。

第五，對(duì)獲取的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析和解讀。根據(jù)信號(hào)的特征，確定錨桿中可能存在的缺陷、損傷或劣化情況，并將數(shù)據(jù)與事先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)或基準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，判斷錨桿的狀態(tài)是否符合要求。

6 結(jié)語(yǔ)

在橋梁檢測(cè)中，采用錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，對(duì)錨桿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部狀況進(jìn)行全面、精確的評(píng)估，識(shí)別潛在問(wèn)題和損傷，能夠?yàn)闃蛄吼B(yǎng)護(hù)提供依據(jù)，進(jìn)而保障橋梁安全運(yùn)行。在日后的工作開(kāi)展中，需要加強(qiáng)對(duì)錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究與創(chuàng)新，通過(guò)引入先進(jìn)智能設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能化檢測(cè)，同時(shí)需要做好對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的整合、分析，提升橋梁質(zhì)量判斷的精確性，為橋梁的維護(hù)和管理提供更準(zhǔn)確的依據(jù)。