內(nèi)部缺陷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在高鐵特大橋梁工程中的應(yīng)用研究

楊金秋

（成都軌道建設(shè)管理有限公司，四川成都 610110）

建設(shè)結(jié)束交付使用的橋梁，在后期的使用過(guò)程中可能發(fā)生損壞，留下安全隱患，違背最初的設(shè)計(jì)目標(biāo)。特別是橋梁內(nèi)部出現(xiàn)問(wèn)題，人為的檢查觀測(cè)不易發(fā)覺(jué)，不能夠通過(guò)暴力手段進(jìn)行判斷，需要利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行相關(guān)測(cè)試，確保橋梁構(gòu)造的安全性。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的概述

新建高鐵橋梁通常會(huì)出現(xiàn)梁端底部和支座周圍存在縫隙、表面裂紋、蜂窩麻面、不密實(shí)等情況，這些問(wèn)題已經(jīng)在部分橋梁竣工驗(yàn)收過(guò)程中被發(fā)現(xiàn)多次。橋梁中存在缺陷，使梁體內(nèi)部鋼筋長(zhǎng)期暴露在空氣中，受陽(yáng)光暴曬、風(fēng)吹雨淋，導(dǎo)致鋼筋受腐嚴(yán)重，易出現(xiàn)氧化反應(yīng)，氧化情況長(zhǎng)期積累直接造成混凝土擠壓，致使其剝落，最終影響橋梁構(gòu)件。

無(wú)損檢測(cè)是目前較先進(jìn)的質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)，能夠在保證橋梁整體結(jié)構(gòu)不被破壞的前提下，對(duì)橋梁內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在鋼筋混凝土橋梁中的應(yīng)用，有利于橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，需要的鋼材較少，節(jié)約成本。從鋼筋混凝土橋梁自身角度出發(fā)，存在自身重、工藝煩瑣、施工周期長(zhǎng)的問(wèn)題，加上后期使用后易受風(fēng)吹雨淋造成腐蝕、孔縫等問(wèn)題，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的損害直接危害橋梁整體的構(gòu)造，易出現(xiàn)安全隱患，甚至影響使用，問(wèn)題亟待解決。橋梁投入使用后，應(yīng)避免大型的破壞行為，突顯無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際工作中，國(guó)家對(duì)于鋼筋混凝土橋梁的缺損檢測(cè)有明確的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于橋梁內(nèi)部損壞檢測(cè)情況，沒(méi)有明確的規(guī)范約束、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)參照。為了能夠使無(wú)損檢測(cè)技術(shù)更好地應(yīng)用在橋梁內(nèi)部缺損檢測(cè)中，行業(yè)相關(guān)部門需要對(duì)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等不斷進(jìn)行完善。

2 檢測(cè)工作

（1）測(cè)試前的準(zhǔn)備工作。

工作人員在使用無(wú)損檢測(cè)儀檢測(cè)混凝土試件前明確測(cè)試面時(shí)，以測(cè)點(diǎn)為中心處理工程，使用細(xì)砂紙對(duì)測(cè)試面進(jìn)行打磨處理，使測(cè)試面保持光滑，根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸在測(cè)試面上進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置，用墨跡進(jìn)行標(biāo)記。進(jìn)行準(zhǔn)備工作過(guò)程中應(yīng)保持測(cè)試發(fā)射和接受換能器時(shí)始終在一條直線上[1]。

（2）數(shù)據(jù)分析與處理。

①判斷聲時(shí)、聲速和振幅。

工作人員在處理數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)將過(guò)縫和不過(guò)縫的聲時(shí)、波幅、頻率測(cè)量值放在一起，對(duì)其進(jìn)行排列統(tǒng)計(jì)。施工過(guò)程中會(huì)存在部分地方疏松、有孔隙或填進(jìn)雜物的問(wèn)題，這些部分的混凝土在失去連續(xù)性脈沖波通過(guò)時(shí)，波幅和頻率明顯降低，聲時(shí)存在不同程度的增大。測(cè)試數(shù)據(jù)較少或較離散時(shí)，統(tǒng)計(jì)法無(wú)法對(duì)其進(jìn)行判斷，可通過(guò)聲速、波幅值進(jìn)行判斷，對(duì)異常情況進(jìn)行確定。

②波形判斷。

波形是顯示屏上顯示的接收波的波形，正常情況下混凝土的波形為呈現(xiàn)遞減的正弦波，包絡(luò)線為半圓形。若顯示屏中顯示的波形呈疊加或不規(guī)律等畸變波的現(xiàn)象，說(shuō)明監(jiān)察的范圍內(nèi)存在內(nèi)部問(wèn)題，可能有裂縫或疏松的情況發(fā)生。反射波和繞射波等各類波相繼到達(dá)接收換能器表現(xiàn)的頻率和相位不相同，影響波形的變化，需要技術(shù)科研人員加強(qiáng)對(duì)波形的研究，能夠使工作人員對(duì)混凝土內(nèi)部存在的缺陷和整體質(zhì)量進(jìn)行有效判斷。以存在的問(wèn)題為缺口，據(jù)此展開(kāi)研究，制定對(duì)應(yīng)的解決方法予以實(shí)施，使混凝土在橋梁中的應(yīng)用得到安全保障。

3 聲波CT橋梁檢測(cè)

3.1 聲波CT原理

聲波CT工作原理類似醫(yī)院的CT。醫(yī)學(xué)CT是依靠X射線，聲波CT依靠聲波，X射線穿過(guò)人體后，射線會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)弱的變化，聲波穿過(guò)工程介質(zhì)也會(huì)呈現(xiàn)強(qiáng)弱的變化，根據(jù)變化可對(duì)比分析媒介所存在的問(wèn)題。聲波的速度在通過(guò)介質(zhì)時(shí)會(huì)受到介質(zhì)密度、剪切模量、彈性模量等多種因素影響。介質(zhì)密度越大、強(qiáng)度越高，其模量越大，聲波的波速更高，衰減量較??；若介質(zhì)破碎疏松，則聲波的波速降低，衰減量會(huì)增大。

混凝土的強(qiáng)度和缺陷可通過(guò)聲波波速此項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)彈性理論，彈性模量E與縱波速度VP平方成正比，剪切模量μ與橫波速度VS平方成正比：

式中：ρ——介質(zhì)密度（kg/m3）；VP——縱波速度（m/s）；E——彈性模量（MPa）；μ——剪切模量（Pa）；VS——橫波速度（m/s）。

對(duì)于縱、橫波速與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系，應(yīng)安排專業(yè)部門開(kāi)展多次試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)大量的研究和試驗(yàn)表明，抗壓強(qiáng)度與波速呈冪指數(shù)存在一定關(guān)系。每個(gè)地區(qū)所出產(chǎn)的骨料和砂不同，冪指數(shù)中待定常數(shù)數(shù)值有所不同，但差異不大。根據(jù)鐵路、公路、水利系統(tǒng)等的大量實(shí)驗(yàn)測(cè)試得出，西南地區(qū)混凝土抗壓強(qiáng)度與波速的回歸關(guān)系為：

式中：Rb——混凝土抗壓強(qiáng)度（MPa）；VP——縱波速度（km/s）。

評(píng)價(jià)混凝土抗壓強(qiáng)度、缺陷及整體澆筑質(zhì)量可通過(guò)波速指標(biāo)確定。聲波CT具有分辨率高、可靠性好、圖像直觀等特點(diǎn)，適合對(duì)工程介質(zhì)力學(xué)強(qiáng)度的分布進(jìn)行研究，常被用于工程檢測(cè)中混凝土空洞、強(qiáng)度、不密實(shí)區(qū)等結(jié)構(gòu)缺陷探查，目前已在工程結(jié)構(gòu)檢測(cè)和工程病害診斷中廣泛應(yīng)用[2]。

3.2 聲波CT橋梁現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

某新建高鐵線路在工程驗(yàn)收時(shí)，檢測(cè)到大橋區(qū)域內(nèi)某孔端部支座周圍留有一定的問(wèn)題需要采取補(bǔ)救措施。補(bǔ)治完畢后20 d進(jìn)行聲波CT檢測(cè)，檢測(cè)該范圍內(nèi)是否還存在問(wèn)題，以此判斷補(bǔ)治的效果。對(duì)該孔梁端部分兩層進(jìn)行檢測(cè)，第一層和第二層目標(biāo)深度均為30 cm，檢波器沿梁體末端橫向布置，間距50 cm，激發(fā)點(diǎn)間距50 cm，形成閉合觀測(cè)面[3]。

3.3 聲波CT橋梁檢測(cè)結(jié)果

速度分布、波速分布如圖1、圖2所示。

圖1 速度分布云圖

圖2 波速分布直方圖

由圖1、圖2可知，兩層波速均為4 500 m/s，平均波速為4 737.12 m/s。強(qiáng)度在C50以上的面積占82%，C40～C50強(qiáng)度面積占18%，波速較低區(qū)域共9～10處，最大面積為0.41 m2。三個(gè)區(qū)域內(nèi)速度明顯放慢，尤其右邊的范圍集中處于速度較低處，上部速度較低區(qū)域?yàn)榱旱亩瞬浚筮厖^(qū)域觀測(cè)到不密實(shí)范圍，經(jīng)橋梁聲波CT檢測(cè)，確認(rèn)檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況相符。

4 地質(zhì)雷達(dá)橋梁檢測(cè)

4.1 地質(zhì)雷達(dá)法基本原理

地質(zhì)雷達(dá)檢測(cè)的工作原理是雷達(dá)發(fā)射天線向地下連續(xù)發(fā)射脈沖式高頻電磁波，遇到有電性差異的界面或目標(biāo)體時(shí)即發(fā)生反射波和透射波。接收天線接收到反射波后，通過(guò)電纜傳輸給主機(jī)，將時(shí)間剖面實(shí)時(shí)顯示在主機(jī)顯示屏上。工作人員可結(jié)合系統(tǒng)中收到信號(hào)的時(shí)間之和，求出電磁波在介質(zhì)中的傳播速度，得出目標(biāo)深度，利用信息的變化、強(qiáng)弱等可以判斷出目標(biāo)體的本質(zhì)。

4.2 地質(zhì)雷達(dá)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及結(jié)果

在某高鐵線工程某橋梁區(qū)域施工場(chǎng)地，對(duì)其進(jìn)行完工驗(yàn)收，對(duì)橋梁某孔端支架周圍處進(jìn)行敲擊檢測(cè)時(shí)，聲音有空響現(xiàn)象時(shí)，需要利用雷達(dá)等檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行復(fù)查，確定此區(qū)域存在問(wèn)題。

現(xiàn)場(chǎng)采用LTD—2200型地質(zhì)雷達(dá)，配置900 m屏蔽天線進(jìn)行檢測(cè)。通過(guò)分析檢測(cè)數(shù)據(jù)得出梁底左側(cè)0～0.8 m、右側(cè)4.18～4.98 m內(nèi)存在漏空現(xiàn)象。此范圍必須采取注漿作業(yè)，作業(yè)20 d后重新進(jìn)行檢測(cè)，判斷修補(bǔ)效果。若檢測(cè)注漿范圍內(nèi)清晰可辨無(wú)異常，符合施工要求，說(shuō)明注漿修補(bǔ)成功。

注漿修補(bǔ)后雷達(dá)檢測(cè)剖面如圖3所示。

圖3 注漿修補(bǔ)后雷達(dá)檢測(cè)剖面

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁檢測(cè)工作中使用聲波CT和地質(zhì)雷達(dá)法的頻率較高。本文對(duì)內(nèi)部缺陷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在高鐵特大橋梁工程中的應(yīng)用進(jìn)行分析，為相關(guān)工程的施工及施工人員的日常工作、經(jīng)驗(yàn)積累提供借鑒和參考。