超聲回彈法在檢測(cè)橋梁中的技術(shù)應(yīng)用研究

楊允泉

(黔南州交通試驗(yàn)檢測(cè)中心)

超聲回彈法在檢測(cè)橋梁中的技術(shù)應(yīng)用研究

楊允泉

(黔南州交通試驗(yàn)檢測(cè)中心)

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在橋梁檢測(cè)方面有許多技術(shù)和方法，在橋梁檢測(cè)中經(jīng)常使用的試驗(yàn)方法有靜載試驗(yàn)、動(dòng)力試驗(yàn)、無(wú)損試驗(yàn)等等。其中，無(wú)損檢測(cè)、超聲回彈綜合檢測(cè)應(yīng)用范圍最為廣泛。超聲回彈綜合法是通過混凝土試塊的抗壓強(qiáng)度和非破損參數(shù)間的相關(guān)管理建立曲線，也就是超聲回彈綜合法測(cè)強(qiáng)曲線，再根據(jù)實(shí)際的回彈以及超聲結(jié)果判斷結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度。根據(jù)實(shí)際的工程實(shí)例簡(jiǎn)述超聲回彈法的應(yīng)用。

超聲回彈法;橋梁;檢測(cè);應(yīng)用

1 工程概況

該工程包括路基土石方149萬(wàn)方，中橋四座(I、II號(hào)橋?yàn)?～20 m的簡(jiǎn)支空心板橋，III、IV號(hào)橋?yàn)?～20 m的簡(jiǎn)支空心板)。本項(xiàng)目路基寬度采用雙車道二級(jí)公路進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般路段路基寬度12.0 m，斷面布置為:0.5 m土路肩+ 2.0 m硬路肩+2×3.5 m行車道+2.0 m硬路肩+0.5 m土路肩。對(duì)該工程進(jìn)行聲波透射法檢測(cè)，目的是檢測(cè)樁身混凝土結(jié)構(gòu)完整性，根據(jù)國(guó)家和省市有關(guān)規(guī)范、規(guī)程和規(guī)定，并考慮本工程的具體情況，經(jīng)有關(guān)單位研究協(xié)商，確定本工程共檢測(cè)4根樁。

2 超聲回彈法檢測(cè)概述

2.1 儀器設(shè)備

檢測(cè)儀器設(shè)備采用武漢巖海RS－ST06D(D)跨孔超聲檢測(cè)儀，包括雙孔換能器、孔口深度滑輪。數(shù)據(jù)自動(dòng)連續(xù)采集。

2.2 基本原理

超聲波透射法檢測(cè)樁身結(jié)構(gòu)完整性的基本原理是:由超聲脈沖發(fā)射源在混凝土內(nèi)激發(fā)高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統(tǒng)記錄該脈沖波在混凝土內(nèi)傳播過程中表現(xiàn)的波動(dòng)特性;當(dāng)混凝土內(nèi)存在不連續(xù)或破損界面時(shí)，缺陷面形成波阻抗界面，波到達(dá)該界面時(shí)，產(chǎn)生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明顯降低;當(dāng)混凝土內(nèi)存在松散、蜂窩、孔洞等嚴(yán)重缺陷時(shí)，將產(chǎn)生波的散射和繞射;根據(jù)波的初至到達(dá)時(shí)間和波的能量衰減特性、頻率變化及波形畸變程度等特征，可以獲得測(cè)區(qū)范圍內(nèi)混凝土的密實(shí)度參數(shù)。測(cè)試記錄不同側(cè)面、不同高度上的超聲波動(dòng)特征，經(jīng)過處理分析就能判別測(cè)區(qū)內(nèi)部存在缺陷的性質(zhì)、大小及空間位置。

在基樁施工前，根據(jù)樁直徑的大小預(yù)埋一定數(shù)量的聲測(cè)管，作為換能器的通道。測(cè)試的每?jī)筛暅y(cè)管為一組，通過水的耦合，超聲脈沖信號(hào)從一根聲測(cè)管中的換能器中發(fā)射出去，在另一根聲測(cè)管中的換能器接收信號(hào)，超聲儀測(cè)定有關(guān)參數(shù)并采集存儲(chǔ)。換能器由樁底同步往上提升，檢測(cè)遍及整個(gè)截面。

2.3 對(duì)超聲回彈綜合法的影響因素

如表1所示。

表1 各因素對(duì)超聲回彈綜合法的影響及處理方法

3 超聲回彈法在檢測(cè)橋梁中的技術(shù)應(yīng)用

3.1 專用測(cè)強(qiáng)曲線的建立

測(cè)強(qiáng)曲線的建立有兩種方法，一種是標(biāo)準(zhǔn)混凝土法，即采用標(biāo)準(zhǔn)曲線，再使用多個(gè)系數(shù)進(jìn)行修正以確定該橋梁當(dāng)前的混凝土強(qiáng)度;另一種是常用的最佳配合比法，即根據(jù)所采用的配合比、原材料等制作多組測(cè)強(qiáng)曲線，確定混凝土的強(qiáng)度。測(cè)強(qiáng)曲線的數(shù)學(xué)模型如下

模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)為0.9310，相對(duì)誤差為6.84%，完全滿足檢測(cè)精度的要求。

需要注意的是:(1)要選擇合適的測(cè)試儀器;(2)要做好試塊的制作和養(yǎng)護(hù)工作;(3)試塊的測(cè)試，主要包括聲時(shí)值的測(cè)量及聲速計(jì)算、回彈值的測(cè)量及計(jì)算、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn); (4)建立測(cè)強(qiáng)曲線。

3.2 回彈測(cè)試及回彈值計(jì)算

回彈測(cè)試的過程中，始終都要保持回彈儀的軸線垂直于混凝土測(cè)試面。應(yīng)該首先選擇混凝土澆筑方向的側(cè)面進(jìn)行水平方向的測(cè)試。如果不具備澆筑方向側(cè)面水平測(cè)試的條件，可采用費(fèi)水平狀態(tài)測(cè)試，或者是測(cè)試混凝土澆筑的頂面或地面。測(cè)試回彈值應(yīng)該在構(gòu)件測(cè)區(qū)內(nèi)超聲波的發(fā)射和接受面各彈擊8點(diǎn);當(dāng)超聲波單面平測(cè)時(shí)，可在超聲波的發(fā)射和接受測(cè)點(diǎn)之間彈擊16點(diǎn);每一測(cè)點(diǎn)的回彈值，測(cè)度精確到1。測(cè)點(diǎn)在測(cè)區(qū)范圍內(nèi)宜均勻布置，但不得布置在氣孔或外露石子上;相鄰兩側(cè)點(diǎn)的間距不宜小于30 mm;測(cè)點(diǎn)距構(gòu)件邊緣或者是外露鋼筋、鐵件的距離不應(yīng)該小于50 mm，同一測(cè)點(diǎn)只允許彈擊一次。

橋梁部分測(cè)區(qū)回彈代表值應(yīng)該是從該測(cè)區(qū)的16個(gè)回彈值中去除3各較大值和3各較小值，剩下的10個(gè)回彈值按照下式計(jì)算

式中:R為測(cè)區(qū)平均回彈值，精確至0.1;Ri為第i各測(cè)點(diǎn)的回彈值。

3.3 超聲測(cè)試及聲速指計(jì)算

超聲測(cè)點(diǎn)應(yīng)該不止在回彈測(cè)試的同一個(gè)區(qū)域之內(nèi)，每個(gè)測(cè)區(qū)布置3各測(cè)點(diǎn)，超聲測(cè)試的方法分為對(duì)測(cè)、角測(cè)和單面平測(cè);測(cè)試應(yīng)該優(yōu)先選用對(duì)測(cè)或者是角測(cè)，當(dāng)被測(cè)構(gòu)件不具備被測(cè)量的條件時(shí)，可采用單面平測(cè)。

超聲波角測(cè)法就是指當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)和構(gòu)件被測(cè)部分只有兩個(gè)相鄰的表面可以被檢測(cè)，這時(shí)就可以選用角測(cè)方法測(cè)量混凝土中聲速。在該工程中，選擇角測(cè)法，每個(gè)測(cè)區(qū)布置了3各測(cè)點(diǎn)。

需要注意的是，布置超聲角測(cè)點(diǎn)的過程中，換能器中心和構(gòu)件的邊緣距離不能小于200 mm。在檢測(cè)時(shí)，如果一個(gè)表面比較窄，另一個(gè)表面較寬時(shí)，測(cè)點(diǎn)布置時(shí)可不相等，但二者相差不能大于兩倍。

角測(cè)時(shí)超聲測(cè)距計(jì)算如下

式中:li為角測(cè)第i個(gè)測(cè)點(diǎn)換能器的超聲測(cè)距，mm;l1、l2為角測(cè)第i個(gè)測(cè)點(diǎn)換能器與構(gòu)件邊緣的距離，mm。

4 檢測(cè)結(jié)果計(jì)算與分析

表2 該工程測(cè)量結(jié)果

續(xù)表2

本次檢測(cè)的4根樁，其中:Ⅰ類樁4根，占所測(cè)樁數(shù)的100%;Ⅱ類樁0根，占所測(cè)樁數(shù)的0%;Ⅲ類樁0根，占所測(cè)樁數(shù)的0%。Ⅳ類樁0根，占所測(cè)樁數(shù)的0%。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，超聲回彈綜合法優(yōu)勢(shì)明顯，在橋梁構(gòu)件混凝土強(qiáng)度檢測(cè)中的運(yùn)用取得了較為顯著的效果。在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)之前需要做好充分的準(zhǔn)備工作，如儀器設(shè)備和構(gòu)件的選擇，對(duì)測(cè)區(qū)進(jìn)行合理規(guī)劃。在檢測(cè)的過程中，需要選擇合適的檢查方法，對(duì)橋梁做全面和深入的檢查。在分析和處理檢測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，嚴(yán)格按照相關(guān)要求進(jìn)行。然后，超聲回彈綜合法雖然是非破損法的一種，但是屬于間接檢測(cè)，其檢測(cè)結(jié)果會(huì)受到多種因素的影響，檢測(cè)精度也較低。所以，通過超聲回彈綜合法所得的構(gòu)件混凝土抗壓強(qiáng)度推定值只能被當(dāng)做混凝土強(qiáng)度評(píng)估的參考值，當(dāng)出現(xiàn)誤差或者是爭(zhēng)議時(shí)，要以破損法的檢測(cè)結(jié)果為準(zhǔn)。

［1］ 孫萬(wàn)洋.超聲回彈法在檢測(cè)橋梁中的技術(shù)應(yīng)用研究［J］.四川建材，2010，(6):81－82.

［2］ 石為斌.超聲回彈綜合法檢測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度的應(yīng)用研究［J］.交通世界，2010，(7):116－117.

［3］ 孫全國(guó)，趙麗蓉.分析在檢測(cè)橋梁中超聲回彈法的應(yīng)用［J］.門窗，2012，(5):34－35.

U442

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1008－3383(2015)10－0082－02

2015－03－26

楊允泉(1978－)，男，貴州都勻人，工程師，研究方向:公路工程試驗(yàn)檢測(cè)。