試驗(yàn)檢測技術(shù)在道路橋梁檢測中的應(yīng)用

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（中鐵十一局集團(tuán)第一工程有限公司，湖北 武漢 430061）

道路橋梁施工前和施工中要做好全面的施工控制，而試驗(yàn)檢測為工程質(zhì)量提供安全保證。通過試驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用對路橋工程施工中主要應(yīng)用施工材料的規(guī)格、性能、質(zhì)量進(jìn)行分析。通過自動化、智能化檢測技術(shù)的應(yīng)用，保證結(jié)果的及時(shí)性、準(zhǔn)確性、可靠性。以下介紹幾種試驗(yàn)檢測技術(shù)的應(yīng)用。

1 壓實(shí)度相關(guān)檢測技術(shù)

路橋工程中使用大量的水泥、砂土、碎礫石，作為主要的建筑材料，需要經(jīng)過合理的技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，保證檢測的準(zhǔn)確性，為工程安全建設(shè)提供保證。水泥材料是制成混凝土材料的主要施工材料，要通過水泥性能和混凝土性能的檢測。對砂土的試驗(yàn)檢測主要包括含水量、含泥量、堅(jiān)固性等指標(biāo)檢測。路橋工程試驗(yàn)檢測中常用的試驗(yàn)技術(shù)是灌砂法、核子密度保濕法和環(huán)刀法。灌砂法適用于路基土層和路面材料的試驗(yàn)，但由于試驗(yàn)過程需要反復(fù)稱量，對人工作業(yè)提出較高要求，影響試驗(yàn)檢測效率，該技術(shù)使用密封儲砂筒進(jìn)行檢驗(yàn)，排除其他環(huán)境因素的干擾試驗(yàn)結(jié)果精準(zhǔn)度高。由于工程施工中路面結(jié)構(gòu)采用層層鋪設(shè)，因此，環(huán)刀法試驗(yàn)技術(shù)所測數(shù)據(jù)只能代表某特定區(qū)域內(nèi)的碾壓土層平均密度。而核子密度濕度儀法則是對路面材料中的放射性元素實(shí)施檢測得到密度數(shù)據(jù)，該方法對試驗(yàn)材料沒有進(jìn)行破壞處理，無需過多試驗(yàn)人員參與，即可快速得到檢測結(jié)果。通過在同一位置實(shí)施反復(fù)檢測可以了解土層密度和壓實(shí)度。三種壓實(shí)度試驗(yàn)檢測技術(shù)為工程質(zhì)量提供重要數(shù)據(jù)參考。

2 回彈彎沉檢測技術(shù)

道路彎沉檢測是針對路橋工程變形情況實(shí)施的檢測技術(shù)。主要對路基路面輪隙位置出現(xiàn)的變形實(shí)施檢測，并選擇合理的解決措施。貝克曼梁法和落錘法使用彎沉儀在路橋彎沉檢測中廣泛應(yīng)用，是一種靜態(tài)測量技術(shù)，操作過程簡便，便于施工人員掌握，但由于該方法對接觸面積和輪胎壓力的控制力度較小，隨意檢測結(jié)果無法清楚反映不同結(jié)構(gòu)層面的承重情況。

采用落錘式彎沉儀檢測技術(shù)能夠?qū)β访鎸?shí)施全方位的彎沉檢測，該方法可以應(yīng)用于模擬檢測，保證在有車輛行駛的狀態(tài)下試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，但此方法采用自由落體運(yùn)動會對試驗(yàn)路面帶來一定的沖擊。大量的實(shí)踐證明落錘式檢測技術(shù)具有較高的檢測效率和準(zhǔn)確性，但應(yīng)用成本偏高，因此，推廣應(yīng)用具有一定的困難。

3 無損檢測技術(shù)

無損檢測技術(shù)以其檢測結(jié)果的時(shí)效性和精準(zhǔn)性，并憑借對材料構(gòu)件的較低影響度，具有廣泛的應(yīng)用前景。

3.1 超聲波檢測技術(shù)

超聲波檢測技術(shù)根據(jù)路橋工程中存在的間隙，依據(jù)瞬間應(yīng)力波原理進(jìn)行檢測，在路橋工程檢測中較為常見。檢測過程主要通過一個(gè)小鋼球撞擊混凝土表層，產(chǎn)生低頻應(yīng)力波，應(yīng)力波通過公路橋梁內(nèi)部機(jī)構(gòu)的傳遞和反射，反射出不同的形態(tài)，對正常和有損內(nèi)部結(jié)構(gòu)波形的分析，可以對工程內(nèi)對的縫隙進(jìn)行定位。超聲波檢測技術(shù)對超聲波進(jìn)行綜合利用，主要通過透射和反射兩種方法對公路橋梁中的縫隙和結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行分析，通過信號記錄對病害位置精確定位，其中，反射方法是具有較高精確度的超聲波探傷檢測技術(shù)。

通過脈沖發(fā)射器探頭將超聲短波發(fā)送到檢測結(jié)構(gòu)內(nèi)部，反射的回波經(jīng)過信號處理器將波幅、傳播時(shí)間顯示在示波器上，通過對回波速度和示波器顯示結(jié)果的分析，了解道路橋梁中存在缺陷的位置和深度。目前，超聲波檢測技術(shù)在路橋工程試驗(yàn)檢測中可以對樁柱結(jié)構(gòu)、板材、梁體的隱性缺陷進(jìn)行檢測，并對管材存在的縫隙進(jìn)行檢測，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工程材料和成品缺陷。但該技術(shù)檢測結(jié)果會受到較多因素的影響，比如管材檢測中可能受水分、蜂窩體的影響導(dǎo)致結(jié)果準(zhǔn)確度受到影響。同時(shí)，在路橋工程密實(shí)性方面的應(yīng)用有待深入。

3.2 探地雷達(dá)檢測技術(shù)

從地下發(fā)射的高頻電磁脈沖波在遇到電性存在差異的介質(zhì)界面時(shí)，會有部分雷達(dá)脈沖波能量反射到地面被天線接收，從而實(shí)施內(nèi)部架構(gòu)檢測。對地下介質(zhì)交界面收集的能量波的波幅和損耗情況進(jìn)行分析，并結(jié)合記錄結(jié)果對地下機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析。探地雷達(dá)檢測技術(shù)具有較高的分辨力，在淺層和深層地下探測中廣泛應(yīng)用。在公路橋梁檢測中，對缺陷區(qū)域大小、深度、形狀等進(jìn)行精確檢測。在路橋工程試驗(yàn)檢測的應(yīng)用中可以對擋土墻病害、路基厚度、路基含水量、基層密實(shí)性和面層厚度進(jìn)行檢測，此外，還可以對路橋結(jié)構(gòu)、路面濕度、施工材料和路橋裂縫等進(jìn)行檢測。該試驗(yàn)技術(shù)具有操作簡單、節(jié)省人力、檢測效率高的優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)用成本較高，也在不斷完善和推廣。

3.3 激光檢測技術(shù)

激光檢測技術(shù)主要利用光電反射原理，根據(jù)激光強(qiáng)度和光電流強(qiáng)度的直接關(guān)系，對公路橋梁實(shí)施路面檢測。在試驗(yàn)檢測中，設(shè)置光電轉(zhuǎn)換器中位移與光電流之間的關(guān)系，根據(jù)實(shí)現(xiàn)對光電流位移的標(biāo)定，結(jié)合電能信號的變化，計(jì)算出彎沉位移。利用激光在傳輸過程遇到縫隙產(chǎn)生衍射的原理，通過對狹縫寬度的調(diào)整，構(gòu)建與不同明暗圖像的相關(guān)關(guān)系，進(jìn)而分析縫隙情況。

利用激光傳播速度，對短距離傳輸過程中存在的光時(shí)差進(jìn)行記錄，可以對工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性進(jìn)行分析。在實(shí)際檢測中，利用激光光電反射原理可對彎沉位移、公路距離、路面平整度、車轍深度等指標(biāo)進(jìn)行檢測。將激光結(jié)構(gòu)光的應(yīng)用于路面病害檢測也是激光檢測技術(shù)的推廣。以普通光或激光為光源，將已知圖案通過已知視角投射到待測結(jié)構(gòu)中，由于待測物體表面的起伏變化使圖案產(chǎn)生變形，通過對變形圖案的分析計(jì)算得到北側(cè)物體表面的凹凸情況。應(yīng)用到檢測路面中，如果待測路面存在裂縫、結(jié)構(gòu)松散、沉降變形等情況，則會導(dǎo)致路面不平，可以由高速CCD攝像機(jī)進(jìn)行變形圖案記錄，并通過圖像處理器進(jìn)行分析。該檢測技術(shù)具有較高的精確度，但實(shí)際應(yīng)用中會受到白天光源的影響，多在夜間實(shí)施檢測。該技術(shù)在公路橋梁的試驗(yàn)檢測中由于操作便捷，受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。

3.4 基于機(jī)器視覺的橋梁檢測技術(shù)

基于機(jī)器視覺的橋梁檢測技術(shù)是備受業(yè)界關(guān)注的無損檢測技術(shù)，在工程裂縫識別和寬度測量中具有較好的應(yīng)用前景?，F(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用為該技術(shù)的推廣起到支持作用?；跈C(jī)器視覺的橋梁檢測技術(shù)主要包括橋梁表觀圖像的獲取、裂縫自動識別理論與算法和病害程度定量測量。其中，公路橋梁表觀圖像獲取技術(shù)是該技術(shù)實(shí)施的基礎(chǔ)，高級數(shù)碼相機(jī)和CCD攝像機(jī)憑借極高的分辨率、高靈敏度、體積小、壽命長等優(yōu)勢廣泛應(yīng)用到圖像采集中。將圖像采集設(shè)備和非接觸類檢測儀、爬壁機(jī)器人或者飛行器結(jié)合使用，為大型路橋工程的各隱蔽部位圖像獲取提供支持，然后運(yùn)用計(jì)算機(jī)處理后自動識別出裂縫圖像，將裂縫圖像從背景中分離出來，最后進(jìn)行裂縫參數(shù)計(jì)算。由于圖像獲取中受到環(huán)境的影響，采集的圖像會存在噪聲，影響圖案觀察，可以通過圖案壓縮、增強(qiáng)進(jìn)行調(diào)整，并進(jìn)行去噪處理，使圖像更加直觀。

基于機(jī)器視覺的檢測方法具有操作快捷、靈活、直觀、精確適應(yīng)性強(qiáng)的特征，且檢測成本低廉，除了可以應(yīng)用到公路橋梁裂縫檢測中外，還可以進(jìn)行橋梁位移和撓度方面的檢測。通過對待測機(jī)構(gòu)位移和撓度位置進(jìn)行簡易標(biāo)點(diǎn)處理，配合處理后圖像的采集匹配算法和結(jié)構(gòu)位移算法進(jìn)行路橋工程結(jié)構(gòu)位移和撓度分析。

4 應(yīng)用優(yōu)勢和趨勢

道路橋梁檢測中應(yīng)用多樣化的試驗(yàn)檢測技術(shù)，為相對復(fù)雜的工程檢測涉及的工程參數(shù)、質(zhì)量控制、驗(yàn)收評定等提供技術(shù)支持。工程檢測是具有較高標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求的工作，尤其對施工中使用的新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備等具有推廣作用。通過試驗(yàn)和檢測對工程進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制，對存在的質(zhì)量缺陷和工程事故提供判定依據(jù)，在造成事故影響后可以追查責(zé)任，利于定性，便于總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，對企業(yè)的經(jīng)濟(jì)和社會效益起根本保障作用。

現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和信息處理技術(shù)為實(shí)時(shí)檢測提供了可能，可以在記錄、保存數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)資源共享。越來越智能化的試驗(yàn)檢測技術(shù)使數(shù)據(jù)收集和整理更加及時(shí)、便捷。以無線通訊技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將進(jìn)一步拓展新技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用空間，使工程檢測更加專業(yè)化，并構(gòu)建貫穿工程設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維全過程的動態(tài)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對知識和經(jīng)驗(yàn)的積累，利于開發(fā)出專家級檢測系統(tǒng)，提高工程質(zhì)量。

5 結(jié)束語

道路橋梁檢測涉及工作環(huán)節(jié)復(fù)雜，且呈不斷變化趨勢，以先進(jìn)技術(shù)為支持可以提高質(zhì)量控制水平。著重介紹了壓實(shí)度相關(guān)檢測技術(shù)、回彈彎沉檢測技術(shù)以及無損檢測技術(shù)，通過高素質(zhì)技術(shù)人員與新技術(shù)的融合，促進(jìn)路橋工程建設(shè)可持續(xù)發(fā)展。