劉永偉

（中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100010）

0 引言

道路橋梁作為我國(guó)重要的交通基礎(chǔ)設(shè)施，在推動(dòng)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面有重要作用，因此定期對(duì)其進(jìn)行全面檢測(cè)至關(guān)重要。然而，傳統(tǒng)的檢測(cè)方法會(huì)對(duì)道路橋梁結(jié)構(gòu)造成損傷，且檢測(cè)精度難以達(dá)到預(yù)期效果。因此，必須積極引入無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，在保護(hù)結(jié)構(gòu)完整性的同時(shí)，提高檢測(cè)準(zhǔn)確率，為交通運(yùn)輸業(yè)的健康發(fā)展提供有力保障。基于此，對(duì)道路橋梁工程中無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行研究。

1 在道路橋梁工程中應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的必要性

1.1 保護(hù)橋梁結(jié)構(gòu)的完整性

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)憑借自身的先進(jìn)性和準(zhǔn)確性，在道路橋梁檢測(cè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。當(dāng)前，常用的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)包括紅外熱像、超聲波（見(jiàn)圖1、圖2）、激光以及電磁波等，在檢測(cè)過(guò)程中可在不破壞橋梁結(jié)構(gòu)的前提下，深入探測(cè)裂縫深度、鋼筋銹蝕情況及混凝土內(nèi)部空洞等潛在問(wèn)題，對(duì)道路橋梁進(jìn)行全面、細(xì)致的檢測(cè)與分析，有助于實(shí)時(shí)掌握橋梁內(nèi)外部結(jié)構(gòu)的健康狀況。此外，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)還具備操作簡(jiǎn)便、適用范圍廣、準(zhǔn)確度高等優(yōu)勢(shì)，無(wú)論是新建橋梁還是老舊橋梁，無(wú)論規(guī)模大小，此類技術(shù)均能發(fā)揮有效作用。

圖1 超聲脈沖回波法反射脈沖幅值譜

圖2 超聲脈沖回波法進(jìn)行混凝土空洞掃描

傳統(tǒng)道路橋梁檢測(cè)方法，如通過(guò)鉆取混凝土核心樣本的方式評(píng)估混凝土的壓縮強(qiáng)度和成分質(zhì)量，會(huì)損壞橋梁結(jié)構(gòu)，且該方法不能提供關(guān)于結(jié)構(gòu)內(nèi)部的詳細(xì)信息，如鋼筋銹蝕、內(nèi)部裂縫等。而采用地質(zhì)雷達(dá)（GPR）無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，可以有效檢測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部裂縫和腐蝕情況；紅外熱像儀可以檢測(cè)橋梁表面和內(nèi)部的溫度變化，從而發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題區(qū)域；超聲波檢測(cè)可用于檢測(cè)混凝土和鋼結(jié)構(gòu)中的缺陷。破壞性檢測(cè)與無(wú)損檢測(cè)對(duì)比如表1 所示。

表1 破壞性檢測(cè)與無(wú)損檢測(cè)對(duì)比

例如，某城市的一座大型高架橋在建設(shè)后的第五年，表面出現(xiàn)裂縫，需要進(jìn)行檢測(cè)。傳統(tǒng)的破壞性檢測(cè)可能需要進(jìn)行大量鉆取會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的完整性，為保證結(jié)構(gòu)完整性，工程團(tuán)隊(duì)采用了GPR 和紅外熱像儀組合檢測(cè)技術(shù)，在不損壞結(jié)構(gòu)的情況下成功地定位了問(wèn)題區(qū)域。檢測(cè)結(jié)果可為工程師和管理者提供寶貴決策依據(jù)，能夠更有針對(duì)性地制訂維修與保養(yǎng)計(jì)劃，及時(shí)預(yù)防和解決各種安全隱患。

1.2 提升工程效率、節(jié)約成本

與傳統(tǒng)的破壞性檢測(cè)技術(shù)相比，采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不需拆解道路橋梁結(jié)構(gòu)，能夠有效減少對(duì)交通的干擾與人力物力投入，且能有效降低整體檢測(cè)成本。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)能夠迅速識(shí)別與定位潛在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題，工程團(tuán)隊(duì)可以針對(duì)性地進(jìn)行后續(xù)維修和加固，實(shí)現(xiàn)資源的合理分配與使用，提高整體工程效率，同時(shí)能夠有效避免緊急維修導(dǎo)致的交通臨時(shí)封閉[1]。

2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中存在的不足

2.1 設(shè)備精度對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較大

第一，無(wú)損檢測(cè)設(shè)備的精度直接決定檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。使用高精度的設(shè)備，能更準(zhǔn)確地識(shí)別和定位橋梁結(jié)構(gòu)中的微小缺陷和損傷。然而，當(dāng)前市場(chǎng)上的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備精度參差不齊，不同品牌和型號(hào)的設(shè)備在檢測(cè)精度上存在明顯的差異。這就要求工程師在選擇設(shè)備時(shí)必須非常謹(jǐn)慎和精細(xì)，除了要參考設(shè)備品牌，還必須進(jìn)行實(shí)際的測(cè)試和驗(yàn)證，確保設(shè)備精度能夠滿足實(shí)際的工程檢測(cè)需求。

第二，即便是高精度設(shè)備，也需要進(jìn)行定期的校準(zhǔn)和維護(hù)，以保持其良好的性能和精度，這會(huì)一定程度上增加管理與維護(hù)方面的成本。

第三，高精度設(shè)備的價(jià)格通常較高，對(duì)于一些經(jīng)費(fèi)有限的工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，可能是不小的負(fù)擔(dān)。

2.2 難以精準(zhǔn)識(shí)別深層結(jié)構(gòu)問(wèn)題

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)雖然能夠?yàn)榈缆窐蛄汗こ探】禒顟B(tài)提供可靠的數(shù)據(jù)參考，但難以精準(zhǔn)識(shí)別與定位深層結(jié)構(gòu)問(wèn)題，如道路橋梁結(jié)構(gòu)深層裂縫、拉索鋼絲腐蝕、預(yù)應(yīng)力筋斷裂等。

一是由于道路橋梁的深層結(jié)構(gòu)通常由復(fù)雜的材料和構(gòu)件組成，這些材料和構(gòu)件的聲學(xué)、電磁和熱學(xué)特性相互影響、干擾，使得無(wú)損檢測(cè)信號(hào)很難清晰地反映出深層結(jié)構(gòu)的真實(shí)狀態(tài)。

二是由于橋梁結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性和多樣性，不同的橋梁構(gòu)件和部位對(duì)無(wú)損檢測(cè)信號(hào)的反應(yīng)也存在很大的差異性，需要建立復(fù)雜的信號(hào)處理與解釋模型，才能準(zhǔn)確識(shí)別與定位深層結(jié)構(gòu)問(wèn)題。然而，由于缺乏充分的試驗(yàn)和實(shí)踐基礎(chǔ)，這些模型的準(zhǔn)確性和可靠性有待進(jìn)一步驗(yàn)證與改進(jìn)。因此，進(jìn)行道路橋梁深層結(jié)構(gòu)檢測(cè)時(shí)，需要結(jié)合多種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，同時(shí)需要進(jìn)行綜合分析與判斷，以準(zhǔn)確評(píng)估問(wèn)題[2]。

2.3 技術(shù)適用范圍存在局限

大部分無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)混凝土、鋼材等材料的檢測(cè)效果較為準(zhǔn)確，然而對(duì)復(fù)合材料或其他非金屬材料的檢測(cè)能力可能有限，且不同無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的適用對(duì)象與條件存在一定的差異。以斜拉橋的拉索檢測(cè)為例，高強(qiáng)鋼絲和PE 材質(zhì)的聯(lián)合使用給無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用帶來(lái)了挑戰(zhàn)，單一技術(shù)難以同時(shí)兼顧兩者的檢測(cè)需求，需要聯(lián)合使用多種檢測(cè)技術(shù)。

此外，對(duì)于一些小尺寸或形態(tài)復(fù)雜的構(gòu)件進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用也存在一定的限制。主要是幾何尺寸較小會(huì)導(dǎo)致無(wú)損檢測(cè)信號(hào)的傳播受到限制，衍射、反射和散射等信號(hào)損失現(xiàn)象會(huì)明顯增加，從而影響最終檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。復(fù)雜形態(tài)的構(gòu)件也會(huì)給無(wú)損檢測(cè)帶來(lái)一些不確定性，增加檢測(cè)難度。

面對(duì)復(fù)雜負(fù)載和環(huán)境條件時(shí)現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)技術(shù)也存在一定的局限性，如在動(dòng)態(tài)負(fù)載作用下，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生微小的位移和變形，可能會(huì)加大無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的信號(hào)解讀難度[3]。

3 道路橋梁工程中無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用策略

3.1 根據(jù)檢測(cè)目標(biāo)合理選用檢測(cè)設(shè)備

第一，在道路橋梁工程無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中，技術(shù)人員需要深入剖析橋梁結(jié)構(gòu)，對(duì)各個(gè)組成部分的材料屬性、結(jié)構(gòu)特征及可能存在的缺陷類型進(jìn)行全面分析，從而確定具體的檢測(cè)目標(biāo)，進(jìn)而合理選用檢測(cè)設(shè)備。由于不同檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)能力和精度存在一定的差異，選用與預(yù)設(shè)檢測(cè)目標(biāo)相匹配的檢測(cè)設(shè)備，才能發(fā)揮檢測(cè)設(shè)備的作用，進(jìn)而有效識(shí)別和定位橋梁結(jié)構(gòu)中的微小缺陷和損傷。

第二，選擇設(shè)備時(shí)，除了要參考設(shè)備的基本技術(shù)參數(shù)，如檢測(cè)深度、分辨率和檢測(cè)速度等，還需將這些參數(shù)與檢測(cè)需求進(jìn)行比對(duì)，以確保選用的設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的檢測(cè)目標(biāo)。

第三，操作界面的友好程度直接影響設(shè)備的使用便利性和舒適度，進(jìn)而影響檢測(cè)效率和檢測(cè)結(jié)果的可靠性，因此選擇設(shè)備時(shí)可將該因素考慮在內(nèi)。

第四，確保所選設(shè)備技術(shù)性能達(dá)標(biāo)的同時(shí)，還要關(guān)注設(shè)備操作和維護(hù)的便利性。為確保操作人員能夠快速掌握設(shè)備使用與維護(hù)技巧，應(yīng)結(jié)合設(shè)備的操作指南與維護(hù)手冊(cè)，為其提供相關(guān)培訓(xùn)。對(duì)于那些需要根據(jù)不同檢測(cè)目標(biāo)和要求選用不同類型和精度設(shè)備的情況，確保操作人員能夠根據(jù)不同檢測(cè)目標(biāo)和要求，合理調(diào)整設(shè)備參數(shù)，以便更加快速、準(zhǔn)確地完成檢測(cè)任務(wù)。

3.2 結(jié)合多種技術(shù)共同識(shí)別深層問(wèn)題

由于不同無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)原理與適用范圍不同，因此在道路橋梁檢測(cè)過(guò)程中，可結(jié)合多種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，互補(bǔ)不同技術(shù)的局限性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁深層結(jié)構(gòu)問(wèn)題的準(zhǔn)確識(shí)別，為橋梁結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估與維修保養(yǎng)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持[4]。

首先，在檢測(cè)過(guò)程中，可以通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研和試驗(yàn)研究的方式，系統(tǒng)地了解每種技術(shù)的原理、性能參數(shù)、適用條件等基本信息，為后續(xù)的技術(shù)組合應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

其次，由于橋梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，材料和狀態(tài)多樣，因此在選擇和組合技術(shù)時(shí)，要綜合考慮各種因素，如結(jié)構(gòu)類型、材料屬性、環(huán)境條件、檢測(cè)目標(biāo)等，確保技術(shù)組合方案能夠有效應(yīng)對(duì)實(shí)際檢測(cè)問(wèn)題。

最后，在設(shè)備方面，需要選擇性能優(yōu)越、操作簡(jiǎn)便的設(shè)備，以保證檢測(cè)工作的順利進(jìn)行和檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性；在人員方面，要進(jìn)行專業(yè)的培訓(xùn)和指導(dǎo)，確保操作人員能夠熟練掌握各種設(shè)備操作流程，最大限度地發(fā)揮多技術(shù)組合作用。

3.3 根據(jù)材料特性靈活選擇檢測(cè)方式

道路橋梁工程施工往往需要應(yīng)用混凝土、鋼材、復(fù)合材料等，不同材料的物理和化學(xué)特性存在一定的差異，這些特性直接影響無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的選用和檢測(cè)結(jié)果的解釋。因此，進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)前，必須對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的材料組成進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別和分析，明確各種材料的主要特性和狀態(tài)，確保檢測(cè)技術(shù)與被檢測(cè)材料的特性和狀態(tài)相匹配，從而實(shí)現(xiàn)有效、準(zhǔn)確的無(wú)損檢測(cè)[5]。例如，對(duì)于混凝土材料，采用超聲檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行缺陷檢測(cè)較為適宜；對(duì)于鋼材等金屬材料，可以考慮采用電磁或射線檢測(cè)技術(shù)。

此外，選擇無(wú)損檢測(cè)技術(shù)時(shí)，還要考慮材料狀態(tài)和環(huán)境因素的影響。例如，對(duì)于受到腐蝕或老化的材料，可能需要采用更為敏感和精確的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于復(fù)雜的多層或多材料結(jié)構(gòu)，可能需要綜合使用多種檢測(cè)技術(shù)，以獲取更為全面、準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)道路橋梁工程建設(shè)規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了極大的促進(jìn)作用，與此同時(shí)也對(duì)工程質(zhì)量也提出了更高的要求。為有效保證工程質(zhì)量，提高后期運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)工作的及時(shí)性，需要積極采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，同時(shí)需要根據(jù)道路橋梁類型、檢測(cè)需求等合理選用檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備，提高檢測(cè)效果的準(zhǔn)確性與可靠性，提早識(shí)別病害問(wèn)題，以有效降低養(yǎng)護(hù)頻率及成本，保證道路橋梁工程的使用安全性。