TOFD檢驗技術(shù)在多跨連續(xù)鋼箱梁工程中的應(yīng)用

李 偉 吳紀(jì)東

（鄭州市市政工程總公司，河南 鄭州 450007）

1 工程簡介

鄭州市北三環(huán)快速化工程Ⅱ標(biāo)段西起規(guī)劃路東側(cè)、經(jīng)文化路、渠西路、渠東路、鶴壁路，路段全長約1167米。在跨文化路、東風(fēng)渠、和鶴壁路處受場地限制，以鋼箱梁結(jié)構(gòu)為主，分布在S線、N線主線橋及7個匝道（I、E、K3、K5、J6、L、M）上，共設(shè)計19聯(lián)鋼箱梁，總重約13296噸，鋼箱梁全長2075.16m，鋼箱梁高度為1.3～2.6m，寬度為7.8～20.8m，臨時支架高度為6～21m。

2 工程重、難點分析

2.1 本工程與多項現(xiàn)澆混凝土橋梁穿插設(shè)置，需制定合理的安裝順序和安裝方法。

2.2 主線橋鋼箱梁（N33～N36、S33～S36）多處于既有城市立交橋兩側(cè)，與既有城市高架橋有干涉，需合理組織交通，做好交通疏導(dǎo)，確保道路行車安全。

2.3 處于文化路口兩側(cè)的上行、下行線匝道橋（L1、M1）線型復(fù)雜，K3、J6兩聯(lián)匝道橋跨越文化路，且位于交通繁忙路口，需制定嚴(yán)密的安裝方案，確保交通安全，同時保證匝道橋的整體線型。

2.4 K5匝道為跨線匝道橋，橫跨既有城市立交橋和本項目新建的主線橋，且線型為圓弧型，需與新建的主線橋安裝順序協(xié)調(diào)到位。

2.5 由于鋼箱梁兩支墩之間的距離較大，跨度越大，安裝時各分段的安裝精度都較高，測量工作要求嚴(yán)格細(xì)致，對各過程的監(jiān)控須嚴(yán)密。

3 總體安裝思路

本工程鋼箱梁安裝采用支架法安裝。通過起吊設(shè)備按各節(jié)段順序架設(shè)至臨時支架上，調(diào)整節(jié)段高程、平面線形及節(jié)段間距，確認(rèn)無誤后，進行現(xiàn)場焊接，最終連成整體。

根據(jù)施工圖紙及現(xiàn)場實際考察，S33-S38、N33-N38聯(lián)主線及K3、J6、L、M、K5、E、I聯(lián)匝道處于文化路互通式立交、跨東風(fēng)渠橋及上下橋匝道上，主線橋與現(xiàn)狀跨線橋、現(xiàn)狀跨線橋與匝道相互交錯，因此為保證鋼箱梁吊裝時汽車吊正常行駛與吊裝，合理安排主線鋼箱梁與匝道鋼箱梁的吊裝順序：

①完成主線S（N）33、S（N）35、S（N）36主線鋼箱梁的安裝。

②完成跨文化路S（N）34、跨東風(fēng)渠橋S（N）38主線鋼箱梁的安裝。

③完成K5、K3、J6、L、M匝道鋼箱梁的安裝。

④完成上下橋匝道鋼箱梁的安裝。

考慮現(xiàn)場安裝方便性與結(jié)構(gòu)安全性，主要將鋼箱梁劃分為兩個類型的節(jié)段：墩頂橫梁節(jié)段、主墩間橋面系節(jié)段。

現(xiàn)場進行節(jié)段吊裝時，首先吊裝墩頂橫梁節(jié)段，調(diào)整各個橫梁節(jié)段坐標(biāo)位置，完成定位后與下部臨時支架固定（固定采用碼板焊接方式連接）。完成所有墩頂橫梁節(jié)段吊裝定位及固定施工后，吊裝各個主墩間橋面系節(jié)段，同時完成節(jié)段之間環(huán)縫焊接。

鋼箱梁全部在廠內(nèi)加工完成，通過汽車運輸運至橋位現(xiàn)場。在進行節(jié)段劃分時充分考慮到汽車運輸對運輸尺寸的限制，一般運輸寬度不宜大于4.5m，運輸長度不宜大于23m。

由于鋼箱梁進行節(jié)段劃分時，主要分為墩頂橫梁節(jié)段與主墩間橋面系節(jié)段兩種形式，墩頂橫梁節(jié)段均采用整體節(jié)段并能確保運輸；橋面系節(jié)段運輸時由于鋼箱梁本身橋面寬度大于4.5m，因此需將橋面系節(jié)段進行二次劃分，以保證運輸正常。

4 鋼箱梁檢測

根據(jù)設(shè)計及規(guī)范要求，鋼箱梁安裝完畢后需自檢和第三方檢測單位100%檢測，焊縫檢測長度分別為：超聲波（UT）檢測11800延米、射線檢測（RT）3241張、磁粉檢測（MT）83687延米。

4.1 鋼箱梁的焊縫檢測重、難點分析

4.1.1 鋼箱梁跨越道路多，通行車輛人流多,施工中需保證道路暢通，沒有搭設(shè)腳手架或安裝升降梯的場地。

4.1.2 橋型結(jié)構(gòu)和曲線型式多樣復(fù)雜，箱梁內(nèi)無法支架X射線機，而外部又無搭設(shè)腳手架的空間，使RT拍片無法進行。

4.1.3 大部分部位的RT檢測均需搭設(shè)高腳手架，附加成本高，耗費時間長。

4.1.4 13 000t鋼梁需在7個月內(nèi)制造、安裝完成，如果采用RT檢測，滿足不了整體工期要求。

4.1.5 鋼橋結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分段較多，現(xiàn)場焊接及檢測工作量和難度大。

4.1.6 焊縫無損檢測抽查比例高：VT、MT、UT的檢測比例100%，“丁”字和“十”字對接接頭100%的RT檢測，其他對接焊縫進行10%的RT抽查。

4.1.7 工程處于繁華都市的交叉路口，由于射線輻射的影響，RT作業(yè)只能在深夜進行，且需封閉道路、疏散人員，無法滿足工期要求。

4.2 焊縫檢驗要點

所有焊縫在焊縫金屬冷卻后進行外觀檢查，不得有裂紋、未熔合、焊瘤、夾渣、未填滿弧坑及漏焊等缺陷。

焊接人員對所施焊的焊縫先進行自檢和互檢，發(fā)現(xiàn)缺陷及時修補，并清理熔渣及飛濺物。對圖紙要求打磨的焊縫打磨平順。

自檢、互檢合格后，填寫施焊記錄并在自互檢欄內(nèi)簽字或蓋章，交專職質(zhì)檢人員檢查。質(zhì)檢人員檢查合格后，施焊班組填寫無損檢驗委托單等候無損檢驗。

無損檢驗人員需持有效的二級以上的合格證件，經(jīng)監(jiān)理工程師確認(rèn)后方準(zhǔn)上崗操作。

無損檢驗人員接到委托單后，按委托單上記錄的時間24h后對焊縫進行無損檢測。厚度大于30mm的鋼板焊接接頭應(yīng)在施焊48h后進行無損檢測。

無損檢驗人員在檢測過程中發(fā)現(xiàn)超出規(guī)范的焊縫內(nèi)部缺陷應(yīng)進行實物標(biāo)識，由專人進行返修焊。返修焊不得超過兩次。返修焊后按上述要求重新進行外觀檢驗和無損檢驗。檢驗合格的焊縫，由質(zhì)檢人員在施焊記錄和無損檢驗記錄上簽字蓋章，方可轉(zhuǎn)序。

4.3 TOFD檢驗技術(shù)

TOFD技術(shù)具有操作簡單、速度快、效率高等特點，因此目標(biāo)確定為引用TOFD代替RT檢測，提高檢測速度，保證工程質(zhì)量和進度。

TOFD技術(shù)是利用在固體中聲速最快的縱波在缺陷端部產(chǎn)生的衍射波來進行檢測。在焊縫兩側(cè)，將一對頻率、尺寸、角度相同的接收與發(fā)射的縱波斜探頭相向?qū)ΨQ放置。發(fā)射探頭從焊縫側(cè)面發(fā)射縱波進入被檢焊縫斷面。在無缺陷部位，接收探頭會接收到沿試件表面?zhèn)鞑サ闹蓖úê偷酌娣瓷洳?。在有缺陷存在時，在上述兩波之間，接收探頭會接收到缺陷上端部和下端部所產(chǎn)生的衍射波信號，如圖1所示。沿焊縫長度方向移動探頭，即形成對焊縫的掃描，如圖2所示。對這些掃描數(shù)據(jù)進行處理，以掃描信號和灰度圖掃描顯示、保存、輸出、打印等。

圖1 TOFD平面檢測示意圖圖

圖2 TOFD探頭移動示意圖

實施對策一：進行TOFD代替射線檢測的比對試驗

比對試驗取樣來自施工中的鄭州市三環(huán)路快速化工程北三環(huán)項目高架鋼橋工程實體。具體部位由業(yè)主、設(shè)計、監(jiān)理、施工、質(zhì)量監(jiān)督等參建單位共同在現(xiàn)場確定。在已經(jīng)進行RT的索凌路S10聯(lián)和文化路N37聯(lián)的部分橋面板的丁字形接頭的對接焊縫在現(xiàn)場采集TOFD圖譜，與RT檢測的焊縫缺欠數(shù)量、性質(zhì)、大小、位置及焊縫評定的等級進行比對。比對部位母材厚度16mm，代表了工程所使用的大部分鋼板厚度。

圖3 TOFD現(xiàn)場檢驗圖

程序：按“焊接焊縫→VT→UT→RT→TOFD→比對”的程序進行。將RT底片評定結(jié)果和TOFD圖譜分析結(jié)果進行比對，統(tǒng)計和分析檢測結(jié)果。

標(biāo)準(zhǔn)選用：本工程無損檢測的方法、數(shù)量、部位等按《鐵規(guī)》執(zhí)行。本工程選用了NB/T 47013.10-2010作為TOFD對焊縫的檢測與評價標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計文件要求RT以GB/T 3323-2005《金屬熔化焊焊接接頭RT照相》為標(biāo)準(zhǔn)，Ⅱ級合格。所以，TOFD以NB/T47013.10標(biāo)準(zhǔn)評定，結(jié)果按Ⅱ合格。

比對結(jié)果：比對試驗共采集TOFD圖譜26組，比對結(jié)果如表1所示。部分TOFD圖譜與RT底片比對如圖3～5所示。

圖4 S10-MH2-2比對

圖5 S10-MH2-3比對

比對數(shù)據(jù)分析：表1數(shù)據(jù)表明，TOFD和RT檢測結(jié)果的26組統(tǒng)計數(shù)據(jù)，3處評判結(jié)果不相符，3處不完全相符，20處完全相符，完全相符率76.9%。不相符主要原因是：

定性不同：在TOFD中將RT反映的小而密集的點狀缺欠按條形缺欠判定，這是因為缺欠距離太近時TOFD的衍射波不易被分辨。

圖6 S10-MH2-4比對

表1 TOFD檢測和RT拍片檢測結(jié)果比對表

檢出率：TOFD檢測比RT檢出率高，部分缺欠未被RT檢出，而被TOFD檢出。

焊縫級別評定：Ⅰ、Ⅱ級焊縫評定結(jié)果完全相同，符合度達(dá)100%。按RT標(biāo)準(zhǔn)評定最低有Ⅳ級焊縫，按TOFD評定最低Ⅲ級，未出現(xiàn)Ⅳ級焊縫。原因是NB/T 47013.10標(biāo)準(zhǔn)中焊縫質(zhì)量只劃分為3個級別，最低Ⅲ級，而GB/T 3323標(biāo)準(zhǔn)中將焊縫質(zhì)量劃分為4個級別，最低Ⅳ級。

實施對策二：焊縫檢測量多，無法保證工期要求

合理組織施工和檢測同步進行，與檢測單位協(xié)調(diào)，增加人員和設(shè)備，并采取24小時進行檢測，確保在工期要求時間內(nèi)完成檢測。

TOFD操作簡單、攜帶方便、無輻射，能準(zhǔn)確對焊縫缺欠定位、定性、定量，檢測效率高，在市政工程鋼結(jié)構(gòu)檢測中可用于替代RT。

TOFD技術(shù)采集的焊縫質(zhì)量數(shù)據(jù)可永久保存，可為鋼橋運行過程中的質(zhì)量監(jiān)控、壽命預(yù)測提供有效數(shù)據(jù)，也可高效便捷地對進行鋼橋健康檢測，對節(jié)約運行成本具有積極意義。

TOFD技術(shù)雖由于自身原理，會形成表面及近表盲區(qū)，可用MT為輔助手段消除盲區(qū)，能更全面和準(zhǔn)確地反映焊縫的質(zhì)量情況。

通過工程應(yīng)用證明TOFD適用于鋼箱梁橋焊縫的無損檢測，應(yīng)在鋼箱梁橋的制造安裝中推廣使用并制定本行業(yè)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

如《鐵規(guī)》引用GB/T23902，應(yīng)在規(guī)范性附錄中規(guī)定焊縫的合格標(biāo)準(zhǔn)，利于現(xiàn)場操作。在未制定本行業(yè)TOFD標(biāo)準(zhǔn)之前，建議引用NB/T47013.10標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了焊縫的檢測和評價方法、質(zhì)量評定等級等，具有較強的可操作性。

5 結(jié)語

隨著我國交通運輸業(yè)的飛速發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)也在不斷增多，在城市立交橋或高速公路橋梁跨越設(shè)計中一般采用鋼箱梁，鋼箱梁橋具有強度高、跨越能力大、外形美觀、表觀密度與容許應(yīng)力比值小等特點，構(gòu)件制造適合工業(yè)化、機械化、運輸安裝方便、架設(shè)工期短、破壞后易修復(fù)和更換等優(yōu)點。鋼箱梁橋焊縫質(zhì)量的好壞，直接影響到橋梁的安全運行和使用壽命。鋼橋焊縫質(zhì)量的好壞一般通過無損檢測評價。常用的無損檢測方法有：目視（VT）、射線（RT）、超聲波（UT）、磁粉（MT）。對于主要焊縫，至少采用兩種或以上的無損檢測方法進行焊縫質(zhì)量的檢測評價。到目前為止，公路鋼橋焊縫檢測的方法、比例、部位、評價均使用TB10212-2009《鐵路鋼橋制造規(guī)范》（簡稱《鐵規(guī)》）及其引用標(biāo)準(zhǔn)?！惰F規(guī)》對焊縫質(zhì)量的檢測評價以VT、UT、MT普檢為主，RT抽檢為復(fù)查。因TOFD技術(shù)具有很大的優(yōu)勢，在多個行業(yè)已得到推廣應(yīng)用，對城市鋼箱梁橋焊縫質(zhì)量的檢測與評價，還是一個新課題，值得廣大工程技術(shù)人員探索研究。

TOFD檢測方法可以代替射線檢測，既優(yōu)化了檢測環(huán)境，避免了射線檢測對相鄰工作面的輻射影響，而且此項技術(shù)將為本工程帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

［1］JTG/TF20-2011.公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］CJJ2-2008.城市橋梁施工及質(zhì)量驗收規(guī)范［S］.