基于無損檢測的道路橋梁工程測量技術(shù)

李勇升

（福州路港交通工程試驗檢測中心，福建 福州 350000）

當前，我國交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，特別是我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷加大，使路橋建設(shè)更加重要。路橋工程不僅關(guān)系到中國交通的命運，而且直接關(guān)系到路橋工程交通安全的質(zhì)量，決定著人民群眾生命財產(chǎn)的安全。路橋工程建設(shè)周期長，投資高，建設(shè)量大。提高路橋工程質(zhì)量至關(guān)重要，施工過程的質(zhì)量對工程質(zhì)量有著重要的影響?，F(xiàn)階段，我國建設(shè)工程以政府監(jiān)管、社會監(jiān)督和施工企業(yè)自我監(jiān)督為主要保障體系。工程檢測技術(shù)是控制道路工程質(zhì)量的重要手段，路橋工程檢測技術(shù)是施工技術(shù)管理的重要組成部分，是工程設(shè)計、施工管理、實施審批和施工管理的重要組成部分。在設(shè)計合理符合建筑材料認證標準和施工工藝參數(shù)的前提下，質(zhì)量檢驗可以合理地評價建筑的質(zhì)量，確保原材料和施工構(gòu)件的質(zhì)量，提高工程整體施工水平。為了保證工程質(zhì)量，必須通過質(zhì)量檢測。無損檢測技術(shù)不僅保證了建筑原材料的充分利用，而且為新技術(shù)、新材料的推廣和工程質(zhì)量的準確評價做出了巨大貢獻?？傊?，無損檢測技術(shù)在道路工程中的重要性不僅體現(xiàn)在提高工程質(zhì)量、保證工期、延長工程壽方面，而且能夠提高工程經(jīng)濟性。

1 無損檢測技術(shù)在道路橋梁工程中的重要性

隨著社會的不斷發(fā)展，我國的道路運輸工作近年來也發(fā)展迅速。另外，隨著道路橋梁建筑工程規(guī)模的不斷擴大，無損檢測技術(shù)也被用來應(yīng)對各種問題，其在改善道路橋梁工程中的有效性越來越突出。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)的調(diào)查報告，在我國大多數(shù)公路橋梁項目的建設(shè)中，由于基礎(chǔ)建材的多樣化和專業(yè)能力的提高，公路橋梁的安全質(zhì)量顯得非常重要。因此，無損檢測技術(shù)不可避免地被用于道路橋梁的施工。而且，無損檢測技術(shù)的應(yīng)用可以將公路橋梁的施工質(zhì)量提高到一定水平[1]。

1.1 確保建設(shè)質(zhì)量

在道路橋梁的施工中，無損檢測技術(shù)最重要，最突出的1點就是對所有施工項目質(zhì)量的嚴格控制。無損檢測技術(shù)的核心在于，在不損害被檢測部件的情況下選擇高科技方法來完成對建設(shè)項目質(zhì)量和安全因素的檢查，確保了項目的穩(wěn)定性和安全性。此外，無損檢測技術(shù)的應(yīng)用能夠在不破壞部件的情況下確定不合格部位，確定質(zhì)量問題的內(nèi)容，并且協(xié)助路橋施工人員立即進行維修和建設(shè)，節(jié)省大量資本投資。無損檢測技術(shù)對于改善和確保道路橋梁施工質(zhì)量具有重要意義，不僅表現(xiàn)于其檢測相關(guān)質(zhì)量問題的能力，還取決于其維護當前路橋的能力。如果在完成道路和橋梁的總體建設(shè)之后進行必要的檢查，很明顯，如果發(fā)現(xiàn)任何問題，將會破壞項目的綜合性，破壞項目基礎(chǔ)建設(shè)的實際效果。無損檢測技術(shù)的應(yīng)用可以在不破壞當前項目的情況下防止實時檢查中的產(chǎn)品質(zhì)量問題發(fā)生，同時節(jié)省了建設(shè)項目的成本，提高了效率，提高了項目盈利能力[2]。

1.2 提高解決問題的速度

在一些路橋建設(shè)項目中，由于工期等因素的影響，每天的工期延誤對施工方來說是1天的損失，尤其是安全質(zhì)量檢查后，必須重新處理。破壞性檢測技術(shù)在應(yīng)用中，勢必會增加工程量，且檢測范圍有限，而非破壞檢測技術(shù)的應(yīng)用，則不會對已經(jīng)完成的工程造成損壞，對工期的影響也會更小。無損檢測技術(shù)的技術(shù)特征之一在于準確區(qū)分問題的位置，減少了基本建設(shè)人員重新搜索的時間，并且可以立即進行項目的維護和改進。此外，無損檢測技術(shù)的應(yīng)用為路橋施工提供了堅實的保障，減少了路橋的二次破壞。這樣，可以防止由于中后期維護而在施工期間造成不必要的基本建設(shè)。無損檢測技術(shù)的技術(shù)準確性和安全系數(shù)對道路橋梁建設(shè)和基礎(chǔ)建設(shè)的進展具有關(guān)鍵的現(xiàn)實意義，并且可以使基礎(chǔ)建設(shè)的工期最小化，完成技術(shù)發(fā)展和發(fā)展趨勢，有助于建設(shè)者降低成本。當然，路橋工程不會被大規(guī)模破壞和重建。其積極意義在于延長路橋的使用壽命，提高其經(jīng)濟價值[3]。

2 無損檢測技術(shù)應(yīng)用

無損檢測技術(shù)包括頻譜分析技術(shù)、超聲檢測技術(shù)和圖像檢測技術(shù)等多種檢測技術(shù)和方法。在無損檢測技術(shù)的技術(shù)方面，頻譜分析技術(shù)的關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域是基于對道路和橋梁施工頻段的每個部分的分析，區(qū)分實際的產(chǎn)品質(zhì)量問題和完成情況而不破壞工程建筑本身。超聲波測試技術(shù)的關(guān)鍵取決于所發(fā)射超聲波的頻率，利用其波長和反射面來區(qū)分是否存在產(chǎn)品質(zhì)量問題。圖像分析技術(shù)的主要應(yīng)用方法是利用紅外成像技術(shù)掌握公路橋梁施工和內(nèi)部景觀。實際上，圖像分析技術(shù)的應(yīng)用就是將分子轉(zhuǎn)化為物質(zhì)。根據(jù)整個轉(zhuǎn)換過程中的放熱情況，借助獨特的儀器和設(shè)備對路橋施工的溫度變化進行統(tǒng)計分析。其中，由于探地雷達檢測是路橋檢測技術(shù)中最常用的技術(shù)，該文主要分析了探地雷達檢測技術(shù)的應(yīng)用。

2.1 探地雷達檢測概述

探地雷達檢查是目前在公路和橋梁建設(shè)工程測量中使用最廣泛的無損檢測技術(shù)。探地雷達由5個部分組成：服務(wù)器（主控制芯片模塊），F(xiàn)M發(fā)射器，發(fā)射無線天線，接收器，接收無線天線以及其他配件。根據(jù)該無線天線，發(fā)送頻率范圍為1 M～1 GHz的高頻無線電波，將其引入土木工程結(jié)構(gòu)中。隨后，當高頻電波遇到不同的帶電物質(zhì)時，反射面的條件不同，導(dǎo)致反射面數(shù)據(jù)信號包含一定的合理信息含量，最后根據(jù)接收無線天線，獲得土木工程外部環(huán)境工程結(jié)構(gòu)的具體情況。探地雷達系統(tǒng)軟件的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 探地雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

探地雷達系統(tǒng)實際工作的全過程是：主控單元向發(fā)射天線發(fā)送開放數(shù)據(jù)信號，發(fā)射天線向道路和橋梁發(fā)送高頻無線電波。高頻無線電波經(jīng)過材料衰減系數(shù)的反射后，經(jīng)過表面的接收無線天線以獲得反射表面數(shù)據(jù)信號，并且將其傳輸至主控單元；根據(jù)主控單元，將無線傳輸數(shù)據(jù)送至計算機進行求解，并且以數(shù)據(jù)可視化的方式將解析出的數(shù)據(jù)信息顯示在顯示屏上。然后，專業(yè)技術(shù)人員可以根據(jù)信息顯示的圖像來區(qū)分工程的缺點。探地雷達檢測裝置如圖2所示。在土木建筑工程勘察中，探地雷達易于操作，高效，方便，快捷，并且可以準確地測量缺陷區(qū)域的大小，外觀和位置。此外，它還可以大規(guī)模進行準確的測量工作，而不受周圍環(huán)境的損害。準確測量的準確性很高，這對全面了解土木工程項目的情況非常有幫助[4]。

2.2 頻譜分析技術(shù)

在道橋工程中，應(yīng)用頻譜分析技術(shù)，主要是針對不同介質(zhì)的傳播表面波特率和檢測對象狀態(tài)進行分析。將瞬間垂直沖擊力，添加到道橋結(jié)構(gòu)表面，從而產(chǎn)生雷波面。波面中心為振源，頻率種類不同。利用不同部位錘擊方式，可以獲得瑞雷波信號。將傳感器安裝在不同位置，可以準確檢測瑞雷波頻率。利用頻率分析與相關(guān)分析技術(shù)，能夠?qū)Σ煌疃?、分層式介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)進行測試。相比于傳統(tǒng)方式，頻譜分析技術(shù)具備較高檢測頻率，并且檢測速度比較快，能夠?qū)β访娌煌謱咏橘|(zhì)厚度均勻性、層面接觸狀態(tài)進行檢測。

圖2 探地雷達檢測裝置

2.3 圖像技術(shù)

圖像技術(shù)主要包括紅外成像技術(shù)和激光全息圖像技術(shù)。其中，紅外成像技術(shù)原理如下：物質(zhì)由分子組成，分子持續(xù)變化，會釋放大量熱量，并且不同物質(zhì)結(jié)構(gòu)散發(fā)熱源能量不一致，此時利用專業(yè)儀器，能夠?qū)ξ矬w表面溫度分布進行準確判斷。通過熱敏元件，可以劃分出等溫線。在掌握等溫線分布情況后，可以辨別道路橋梁工程缺陷。激光全息技術(shù)利用專業(yè)攝像機，獲得全息圖，通過分析和計算全息圖，能夠?qū)こ倘毕蓊愋汀⑽恢眠M行判斷。

2.4 超聲波檢測技術(shù)

超聲波屬于高頻率聲波，在頻率傳輸期間，能夠滿足內(nèi)在規(guī)律。利用超聲波檢測技術(shù)，可以在檢測位置發(fā)射超聲波。利用接收器，接收到超聲波相關(guān)參數(shù)，從而判斷內(nèi)部缺陷。將傳感器設(shè)置在介質(zhì)不同部位，測量超聲波的傳輸時間，通過時間、速度和位移等參數(shù)，可以計算波速；通過介質(zhì)、速度參數(shù)，能夠?qū)Σ牧峡箟簭姸?、彈性模量、抗折強度進行測定，同時能夠?qū)Σ牧辖Y(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷與不足進行檢測。

2.5 激光技術(shù)

激光技術(shù)可以利用衍射、光電反射、光時差等原理監(jiān)測道橋路面。利用衍射原理，激光傳輸過程中，如果遇到狹縫，就會產(chǎn)生反射。通過調(diào)整狹縫寬度，可以獲得不同圖像，建立相關(guān)性，科學(xué)分析狹縫寬度變化。光反射原理是利用激光強度、光電流強度的相關(guān)性，借助光電轉(zhuǎn)換器作用，將光能轉(zhuǎn)化為電能。光時差原理利用激光傳輸速度，記錄激光的短距離傳輸時差，對結(jié)構(gòu)內(nèi)部均勻性進行判斷[5]。

3 無損檢測應(yīng)用實例

福州路港交通工程試驗檢測中心，為查明隧道混凝土二次襯砌層的厚度以及二次襯砌與初級支護附近可能存在的空洞、不密實等情況，對碧里1號隧道進行檢測。檢測段落匯總情況見表1。

表1 碧里1號隧道雷達檢測段落匯總

3.1 工作技術(shù)方法

該工程的工作技術(shù)方法主要包括以下3點。1）測線布置。沿隧道走向縱向布置，在每個隧道的拱頂、兩側(cè)邊墻部位各布置1條連續(xù)的雷達探測剖面，共計3條測線。2）儀器設(shè)備及參數(shù)選擇。該次檢測使用美國GSSI公司研制的SIR-30E新型探地雷達儀，儀器主要由控制單元、天線、筆記本電腦連接件組成。主要工作參數(shù)選擇如下。天線：收發(fā)一體型天線，天線頻率400 MHz。采集方式：連續(xù)點采集。定點方式：里程輪定點。采樣點距：5 cm。采集時窗：35 ns（ns為時間單位，1ns=10-9s）。增益方式：指數(shù)增益。3）資料處理及判釋。對采集到的雷達數(shù)據(jù)進行零點校正、剖面距離校正和增益調(diào)整處理。雷達波形形成同相軸，檢測推理部分由地面發(fā)射雷達專用分析軟件組成，以人機交互方式進行資料解釋，判讀出二襯厚度的界面以及二次襯砌與初級支護附近可能存在的空洞、不密實等異常。

3.2 檢測結(jié)果

檢測結(jié)果見表2。

表2 碧里 1 號隧道二襯雷達檢測結(jié)果匯總

不合格部位檢測結(jié)果見表3和表4。從不合格部位匯總結(jié)果顯示中能夠得出，該次檢測結(jié)果為以下2條：1）隧道所檢測部位未發(fā)現(xiàn)二襯厚度小于設(shè)計值1/2的部位；二襯厚度共統(tǒng)計205個點，合格點數(shù)188個，合格率為91.7%。2）隧道所檢測部位未發(fā)現(xiàn)空洞面積大于3 m2的部位，空洞的長度小于隧道長度的3%。

表3 碧里1號隧道左線車行洞雷達檢測厚度成果表

表4 碧里1號隧道右線車行洞雷達檢測厚度成果表

經(jīng)過檢測后保證了施工質(zhì)量，如果在檢測過程中發(fā)現(xiàn)超標部位會進行及時維修，極大地提高了工程質(zhì)量和施工進度，降低了施工成本。以上分析表明，無損檢測技術(shù)不僅提高了工程質(zhì)量，而且延長了工程壽命。同時，也節(jié)約了工程造價。道路工程無損檢測技術(shù)主要包括激光檢測技術(shù)、超聲波檢測技術(shù)、視頻技術(shù)和光譜分析技術(shù)。隨著我國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測技術(shù)將不斷提高，從而促進我國道路工程的發(fā)展。

4 結(jié)語

無損檢測技術(shù)在公路橋梁建設(shè)中的應(yīng)用，以其成本低、使用方便、運行時間短等優(yōu)點，為無損檢測技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了有利條件。無損檢測技術(shù)的應(yīng)用，使我國公路橋梁檢測更加準確，為公路橋梁工程建設(shè)提供了安全和質(zhì)量保證。

該文詳細介紹和分析了探地雷達無損檢測技術(shù)。使用高質(zhì)量的測試可以進行相關(guān)的準確測量而不會損壞被測目標。以土建工程勘察中的無損檢測技術(shù)為例，該技術(shù)能夠準確，快速地發(fā)現(xiàn)土木工程結(jié)構(gòu)的缺陷，在工程項目的應(yīng)用中具有重要的應(yīng)用價值。在道路橋梁施工中使用無損檢測技術(shù)，從技術(shù)上完成對工程施工質(zhì)量的監(jiān)督，基礎(chǔ)施工是關(guān)鍵。采用無損檢測技術(shù)可以有效地解決這一問題，為今后路橋工程檢測提供參考和幫助，更好地促進路橋工程建設(shè)。