公路鋼質(zhì)護(hù)欄立柱埋入深度無損檢測技術(shù)影響因素分析

胡凱

（蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210001）

0 引言

高速公路的出現(xiàn)為我國客貨運(yùn)輸工作提供了更多的可能性，高效、便捷、舒適是高速公路的基本特點(diǎn)。但是通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高速公路是事故高頻率發(fā)生的地點(diǎn)，車輛沖出護(hù)欄后不可控制，會引發(fā)各類交通安全事故。公路鋼質(zhì)護(hù)欄是保護(hù)駕駛?cè)藛T安全的最后一道防線，受限于公路地段，檢測人員無法使用高效的檢測手段檢查護(hù)欄立柱?；诖?，找到一種科學(xué)合理的公路鋼質(zhì)護(hù)欄的檢測技術(shù)成了從業(yè)人員的重點(diǎn)關(guān)注對象。

1 常見波形梁鋼護(hù)欄立柱埋入深度的質(zhì)量檢測方法

波形梁鋼護(hù)欄是一種用立柱固定的半剛性護(hù)欄，具有一定的剛性和柔性。通過車輛與護(hù)欄的摩擦、車輛與地面的摩擦、車輛與護(hù)欄本身產(chǎn)生一定的彈塑變形來吸收碰撞能量，延長碰撞過程的作用時(shí)間，降低速度，確保人員安全和減少車輛損壞，起到有效的保護(hù)作用，降低事故造成的危害[1]。波形梁鋼護(hù)欄立柱的施工質(zhì)量對公路交通安全起著重要的作用，是車輛行駛安全的重要保障。其主要的控制指標(biāo)——立柱埋入深度目前主要采用2 種檢測方法：拔樁法和無損檢測法。

1.1 拔樁法

主要設(shè)備：拔樁機(jī)械、鋼卷尺、記號筆或噴漆。

拔樁法是現(xiàn)行公路工程波形梁鋼護(hù)欄立柱埋入深度施工質(zhì)量控制的主要方法，采用記號筆或噴漆在已埋入立柱外露端側(cè)面進(jìn)行標(biāo)記，用機(jī)械將已埋入立柱從土、混凝土或其他介質(zhì)中拔出，測量標(biāo)記處到立柱埋入端底部距離即為立柱埋入深度。該方法屬于破壞性試驗(yàn)，檢測結(jié)果直觀，準(zhǔn)確度高。

但由于立柱埋入位置的不同，拔出的難度也相應(yīng)增加，易造成硬路肩混凝土破損；同時(shí)也不適用于運(yùn)營期公路的立柱埋入深度檢測；且檢測頻率為1km 至少檢測1 處，導(dǎo)致采集數(shù)據(jù)量小，檢測結(jié)果代表性不足，無法有效地判斷整個(gè)路段立柱埋入深度的施工質(zhì)量。

1.2 無損檢測法

主要設(shè)備：鋼護(hù)欄立柱埋入深度無損檢測儀及附件、耦合劑、鋼卷尺、記號筆或噴漆。

無損檢測法是近幾年推出的新型檢測方法，在部分省份（如浙江省、山東省、福建?。┮淹茝V使用。其原理是通過測量沖擊彈性波在鋼質(zhì)護(hù)欄立柱中的傳播時(shí)間，計(jì)算立柱總長度，扣除測量的外露端長度，即為立柱埋入深度。該方法屬于無損檢測，檢測結(jié)果準(zhǔn)確度較高，操作便捷，不會對附屬工程造成破壞。適用于埋入立柱（土中、混凝土、碎石、宕渣等）、打入立柱的埋入深度檢測，可對在建公路及運(yùn)營期公路的波形梁鋼護(hù)欄立柱埋入深度質(zhì)量控制提供依據(jù)[2]。

檢測方法可參照《鋼質(zhì)護(hù)欄立柱埋深沖擊彈性波檢測儀》（GB/T 24967—2010）中附錄A 的測試方法對波形梁鋼護(hù)欄立柱埋入深度進(jìn)行檢測，控制施工質(zhì)量，并在條件允許的情況下可用拔樁法進(jìn)行驗(yàn)證。

試驗(yàn)步驟如下：

第一步，選用同一批次的未埋入立柱測量總長度（見圖1），并進(jìn)行波速標(biāo)定（見圖2）。

圖1 測量未埋入立柱總長度

圖2 進(jìn)行波速標(biāo)定

第二步，隨機(jī)抽取被檢立柱（見圖3），揭開蓋帽或拆卸防阻塊（見圖4），如立柱頂面不平整需用鋼銼磨平，用記號筆或噴漆在已埋入立柱外露端側(cè)面進(jìn)行標(biāo)記，測量立柱外露端長度h2 并進(jìn)行記錄。

圖3 隨機(jī)選擇被測立柱

圖4 拆卸防阻塊

第三步，打開附件箱，依次將傳感器與信號線進(jìn)行連接，并接入傳感器通道接口（見圖5），將組裝好的傳感器用耦合劑固定于鋼護(hù)欄立柱頂端部位（見圖6）。

圖5 連接傳感器及信號線，接入傳感器通道接口

圖6 將傳感器用耦合劑 固定于立柱頂端部位

第四步，打開主機(jī)軟件操作界面，新建工程，填寫相關(guān)工程信息，設(shè)置標(biāo)定后的波速（見圖7）。

圖7 填寫工程信息，設(shè)置標(biāo)定后的波速

第五步，單擊“開始采集”按鈕，然后在護(hù)欄立柱頂端激振一次；每單擊一次“開始采集”按鈕，然后在護(hù)欄立柱頂端激振一次，每根立柱依次采集3～5 個(gè)數(shù)據(jù)（見圖8）。

圖8 開始采集數(shù)據(jù)

第六步，數(shù)據(jù)采集完畢，可繼續(xù)進(jìn)行下一根立柱數(shù)據(jù)采集，重復(fù)以上步驟直至檢測結(jié)束（見圖9、圖10）。

圖9 現(xiàn)場測試，采集數(shù)據(jù)

圖10 完成采集后檢測下一根立柱

第七步，打開解析軟件，點(diǎn)擊“打開工程”按鈕，找到對應(yīng)的測試數(shù)據(jù)，雙擊數(shù)據(jù)出現(xiàn)波形圖（見圖11）。

圖11 打開解析軟件，選擇波形開始分析

第八步，點(diǎn)擊“進(jìn)入分析”按鈕進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出立柱總長度h1（見圖12）。

圖12 分析結(jié)果

第九步，立柱總長度h1-立柱外露端長度h2=立柱埋入深度h3。

2 公路鋼質(zhì)護(hù)欄立柱埋入深度無損檢測技術(shù)的影響因素

2.1 傳感器的影響

傳感器可以影響無損檢測技術(shù)實(shí)際效果，雖然傳感器只是檢測裝置，但可以影響后續(xù)工作效果。目前，技術(shù)人員將工作傳感器定義為：感受規(guī)定被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置[1]。對傳感器進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，其自身擁有多種特點(diǎn)，如微型化、數(shù)字化、智能化、多功能化等等，可以滿足無損檢測工作所提出的各項(xiàng)需求。

2.2 激振的影響

現(xiàn)階段，常見激振錘材質(zhì)有鋁、鋼、橡膠、尼龍和聚四氟乙烯等等，借助激振錘可以提高檢測人員對距離的掌控力度，提高護(hù)欄立柱的質(zhì)量。但是激振錘需要依附于其他機(jī)械設(shè)備，因此為確保實(shí)際工作不受影響，市場中出現(xiàn)了多種類型的激振錘，檢測人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行慎重選擇。為保證激振錘符合工作要求，在實(shí)際應(yīng)用前應(yīng)對所選擇的激振錘進(jìn)行測試。通過測試結(jié)果選擇傳感器類型、激振錘敲擊位置以及傳感器安裝位置。為保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)選擇具有一定專業(yè)技術(shù)的檢測人員完成相關(guān)操作。

2.3 護(hù)欄與立柱連接方式的影響

通常情況下，常見護(hù)欄與立柱連接方式有：立柱與護(hù)欄板通過非搭接形式進(jìn)行連接；立柱與護(hù)欄板通過搭接形式進(jìn)行連接。這兩種連接方式會對無損檢測工作造成不同的影響，即在實(shí)際應(yīng)用過程中應(yīng)針對兩種情況進(jìn)行分別檢查。

除此之外，在第二種連接方式中，實(shí)際搭接位置也可能影響后續(xù)工作。因此在實(shí)際工作中，技術(shù)人員應(yīng)搭建測試系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)工作中的不足之處，制定具體維護(hù)計(jì)劃，確保立柱埋入深度無損檢測工作可以順利完成。

2.4 周邊環(huán)境的影響

周邊環(huán)境介質(zhì)可以影響無損檢測結(jié)果。比如，立柱進(jìn)入地基后，激振器會將彈性波傳遞給周邊介質(zhì)，隨著時(shí)間與長度而逐漸衰減。即在使用傳感器進(jìn)行信息收集時(shí)，為提高收集信息準(zhǔn)確率，檢測人員應(yīng)對周邊環(huán)境進(jìn)行調(diào)查，改變相關(guān)參數(shù)，提高工作質(zhì)量。

3 公路鋼質(zhì)護(hù)欄立柱埋入深度無損檢測技術(shù)的控制措施

3.1 檢測前準(zhǔn)備

在開展立柱埋入深度無損檢測工作時(shí)，首先要完成準(zhǔn)備工作。第一步，處理立柱頂端，立柱頂端清潔度可能影響實(shí)際工作質(zhì)量，立柱頂端清潔度較高，可以更好地與傳感器連接在一起，降低其他影響因素對數(shù)據(jù)采集的干擾。第二步，調(diào)整采集儀參數(shù)，確保采集儀可以高效率、高質(zhì)量地完成信息傳遞，確保檢測工作可以順利完成。

3.2 合理選擇和操作激振錘

在前文中，對激振器進(jìn)行了敘述，通過敘述可以發(fā)現(xiàn)激振器型號對后續(xù)工作影響較大，因此如何選擇激振錘就顯得格外重要。激振錘是信號制造機(jī)器，檢測人員不僅要保證所選擇的激振錘可以將信號準(zhǔn)確地傳遞給立柱頂端，還要保證可以配合傳感器完成信息采集。即在實(shí)際工作中，結(jié)合周邊環(huán)境與自身工作需求選擇不同激振錘，保證敲擊質(zhì)量以及最終的工作質(zhì)量[2]。

3.3 傳感器類型及安裝選擇

目前在市場中有眾多類型的傳感器，檢測人員應(yīng)結(jié)合自身工作需求選擇不同的傳感器。在選擇過程中，首先應(yīng)分析傳感器參數(shù)是否符合工作需求，是否具備一定的抗干擾能力，體積、重量與檢測系統(tǒng)之間的匹配度；其次，根據(jù)工作需求確定傳感器安裝位置，以微型傳感器為例，絕大多數(shù)情況下都會將其安裝在立柱頂端，以保證信息的清晰度；最后，檢查傳感器安裝的穩(wěn)定性，確保信號傳遞工作不會受到影響。

3.4 立柱的使用

3.4.1 未與護(hù)欄建立連接關(guān)系

立柱頂端與側(cè)端所接收到的傳感器信號是不同的。在立柱頂端，信號強(qiáng)度較高，較為清晰，便于分析；在立柱側(cè)端，受外界因素影響，信號強(qiáng)度減弱，清晰度降低，分析難度較高。之所以會出現(xiàn)此類情況，主要是因?yàn)榧ふ皴N所造成的激振傳遞方式不同。綜上所述，在絕大多數(shù)情況下，檢測人員都會將傳感器安裝在立柱頂端，以保證工作質(zhì)量[3]。

3.4.2 與護(hù)欄建立連接關(guān)系

借助這一方法，立柱會受到防阻塊的保護(hù)。這一做法雖然會增加檢測難度，降低實(shí)際檢測頻率，但是檢測頻率會在同一范圍內(nèi)進(jìn)行波動，如果仍然使用之前的計(jì)算方式計(jì)算立柱長度，則會對后續(xù)工作造成一定影響。為解決此類問題，在實(shí)際工作中，檢測人員應(yīng)根據(jù)立柱與護(hù)欄的實(shí)際相對位置進(jìn)行具體檢測，在計(jì)算過程中加入校正因子ψ，為開展后續(xù)工作奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3.5 周邊環(huán)境控制

在通常情況下，立柱被埋在土中，土與地面對所傳遞信號造成不同的影響，即在實(shí)際工作中，檢測人員應(yīng)判斷信號是否受到了其他物質(zhì)的影響，信號波傳遞速度與走向是否發(fā)生了改變，以降低誤差對實(shí)際結(jié)果的影響，提高結(jié)果的準(zhǔn)確性。為緩解此類問題所造成影響，應(yīng)參考立柱實(shí)際情況設(shè)置參數(shù)，以期更好地完成檢測工作。

4 結(jié)語

隱蔽性特點(diǎn)與不確定性特點(diǎn)是公路鋼質(zhì)護(hù)欄立柱的兩大基本特點(diǎn)，因此所選擇的檢測技術(shù)是否合理尤為重要。本文以公路鋼質(zhì)護(hù)欄埋入深度為切入點(diǎn)，針對無損檢測技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述，提高檢測工作的針對性，獲得高質(zhì)量的檢測結(jié)果，為檢測人員提供相關(guān)數(shù)據(jù)支持，降低檢測人員的工作強(qiáng)度，提高實(shí)際工作質(zhì)量。