橋梁檢測中超聲回彈技術(shù)的應(yīng)用分析

文/張煒

1 前言

新時期背景下，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的新型檢測技術(shù)應(yīng)用于橋梁工程檢測中。其中，無損檢測技術(shù)就是常用的一類檢測技術(shù)策略。由于無損檢測技術(shù)類型比較多，它包含了脈沖雷達、紅外檢測、超聲回彈法等。超聲回彈法的應(yīng)用能夠為橋梁檢測工作開展帶來便利，該技術(shù)具備一定的科學(xué)性，能夠準(zhǔn)確地檢測橋梁存在的問題，為后續(xù)工作的開展奠定良好的基礎(chǔ)，因此本文對超聲回彈技術(shù)的應(yīng)用情況進行分析，探尋更為科學(xué)有效的檢測方法，以此為提高橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性提供非常重要的幫助。

2 工程概況

某橋梁項目的主體結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土現(xiàn)澆箱梁拱橋形式，其長度為151m，寬度為15.5m，從東到西按8×20m+1×200m+4×20m 布設(shè)，主孔結(jié)構(gòu)采用的是箱室等截面懸鏈線性五鉸拱。在橋梁管理單位對該橋梁進行豎向撓度檢測時發(fā)現(xiàn)，橋梁主拱支架位置上的木支撐結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜，拱架、支架、腹板等多個結(jié)構(gòu)存在裂縫問題，導(dǎo)致橋梁運行安全性無法滿足要求。根據(jù)實際情況需要，技術(shù)人員擬采用超聲回彈技術(shù)實施混凝土結(jié)構(gòu)強度檢測，為橋梁的加固與養(yǎng)護施工提供可靠數(shù)據(jù)，促進橋梁總體運行效果和質(zhì)量提升[1]。

3 超聲回彈技術(shù)檢測原理

3.1 測定儀器的選擇

針對混凝土的橋梁結(jié)構(gòu)形式，在實際操作中應(yīng)用超聲回彈檢測技術(shù)進行，主要的檢測設(shè)備是指針直讀式混凝土回彈儀裝置。在水平彈擊環(huán)節(jié)，彈擊錘脫鉤瞬間回彈儀能量標(biāo)準(zhǔn)值為2.207J。如果混凝土結(jié)構(gòu)硬度較高，則需要在頂住回彈儀后蓋時增加壓力，讓彈擊桿直接壓入回彈儀外殼之后開始移動重錘，在特定彈力的影響下開始將重錘脫鉤彈出來，擊打彈擊桿，受到外力作用，彈擊桿會直接彈擊到混凝土表面。彈性勢能連續(xù)性作用，重錘回彈帶動指針劃片在電阻桿上劃線，逐步減小壓力，最終重錘回歸到初始位置上[2]。

3.2 超聲回彈檢測技術(shù)原理

超聲回彈技術(shù)的目標(biāo)是測定混凝土表面結(jié)構(gòu)的硬度，然后明確具體的抗壓強度，確定橋梁的承載性能。混凝土結(jié)構(gòu)強度與表面強度存在直接關(guān)系，回彈儀設(shè)備內(nèi)的重錘在待檢測的混凝土表面撞擊，測定的回彈值就是混凝土結(jié)構(gòu)的強度參數(shù)，利用測量重錘回彈之后的運動距離，可以計算確定混凝土的強度。經(jīng)過試驗檢測后，將回彈值與混凝土強度建立函數(shù)關(guān)系，計算確定得到抗壓強度參數(shù)，最終可以得到橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性數(shù)值。應(yīng)用超聲回彈技術(shù)進行橋梁混凝土強度檢測時容易受到很多因素的影響，比如水泥類型、水泥加入比例、砂石集料、外加劑的類型與加入比例、材料含水量參數(shù)、碳化程度等方面，因此相關(guān)工作人員需要綜合分析實際情況，消除不利因素的干擾和影響，保證測量精度，滿足工程質(zhì)量分析和控制的需要[3]。

4 超聲回彈技術(shù)的應(yīng)用

根據(jù)本次橋梁的測量需要，應(yīng)用穿透力較高的低頻超聲儀進行檢測，以確定精確的混凝土強度性。該設(shè)備所產(chǎn)生的沖擊能量為2.25N·m，是HT225 型中型回彈儀，測量環(huán)境處于10～30℃之間，以保證檢測的質(zhì)量和效果，測量范圍內(nèi)需要檢測的混凝土側(cè)面應(yīng)用回彈儀明確具體的水平位置。根據(jù)測量工藝要求，測量范圍面積為0.04m2，間隔距離一般不會超過2m，測量范圍與施工縫隙、混凝土結(jié)構(gòu)邊緣部位的距離控制在0.2～0.5m。任何混凝土測量結(jié)構(gòu)都要至少確定10 個測量區(qū)，每個測量結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)定的測量點設(shè)定間距為3cm。如果空氣環(huán)境中存在二氧化碳，其和水發(fā)生反應(yīng)，并且直接和混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的Ca(OH)2 發(fā)生反應(yīng)，然后形成碳酸鈣，就會導(dǎo)致混凝土材料的堿性下降，進而出現(xiàn)碳化反應(yīng)。通過該橋梁工程的結(jié)構(gòu)性能分析發(fā)現(xiàn)，其碳化反應(yīng)的速度相對較為緩慢，試驗選取的混凝土塊的碳化深度比較小，進行必要的分析之后，不考慮碳化反應(yīng)對超聲回彈結(jié)果產(chǎn)生的不利影響，檢測后數(shù)據(jù)達到精度的要求，完全滿足橋梁質(zhì)量檢查和標(biāo)準(zhǔn)的要求[4]。

4.1 構(gòu)建測強曲線

超聲回彈檢測技術(shù)在進行混凝土結(jié)構(gòu)部件強度曲線分析確定時，主要有如下兩種類型：通過標(biāo)準(zhǔn)曲線進行設(shè)置，然后依據(jù)多種校正系數(shù)來明確混凝土結(jié)構(gòu)強度的參數(shù)，這是標(biāo)準(zhǔn)混凝土檢測的方式；結(jié)合原材料的加入比例創(chuàng)建多組強度曲線，然后分析確定混凝土結(jié)構(gòu)的強度性能，這是最佳匹配率法。利用最佳匹配率法所測定的混凝土強度參數(shù)有著較高的準(zhǔn)確性，可以達到檢測精度的標(biāo)準(zhǔn)和要求，所以采用這種方法測量區(qū)域內(nèi)抗壓強度和超聲聲速值與超聲回彈值函數(shù)關(guān)系，能夠為各項數(shù)據(jù)的分析與判斷提供精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。另外需要注意的是，在進行曲線構(gòu)建的階段中，為了保證曲線的真實性達到實際需要，工作人員還需要根據(jù)橋梁的檢測要求做好數(shù)據(jù)的核對工作，確保每一次的檢測參數(shù)都一致，以此給后續(xù)工程的開展奠定基礎(chǔ)[5]。

4.2 回彈測試

針對具體的橋梁混凝土結(jié)構(gòu)超聲回彈檢測，首先需要進行各個結(jié)構(gòu)部件的澆筑方向側(cè)面水平測試，如果該結(jié)構(gòu)部分無法進行水平測試，則需要采取非水平方式進行檢測。具體檢測環(huán)節(jié)，應(yīng)該保證超聲回彈儀的軸線和被檢測的混凝土表面是垂直的。利用超聲回彈儀重錘進行測量，所確定的超聲波與接收面總計需要彈擊8 個點，然后開展單面的超聲波測試工作，測試區(qū)域內(nèi)發(fā)出、接收的超聲波彈面總計有16 個點。這些測量點需要均勻地設(shè)置到被檢測的混凝土表面，并且沒有設(shè)置在氣孔、露筋等位置上，測點與混凝土結(jié)構(gòu)邊緣、露筋、氣孔、砂石等結(jié)構(gòu)要保持有50mm 以上的距離，并保證測量的精度符合要求。

4.3 超聲測試

超聲波測試點選擇和設(shè)定，一般來說可以超出回彈檢測的范圍。通常來說，每個檢測區(qū)域范圍都要布置3 個測點。如果被檢測的混凝土結(jié)構(gòu)只有兩個相鄰的表面，則可以通過超聲波角測法的方式實施測量，也能夠得到較為準(zhǔn)確的測量數(shù)據(jù)信息。具體的角測點的布置環(huán)節(jié)，保證換能器的中心和混凝土結(jié)構(gòu)邊緣間隔距離不能小于200mm。測量進行時，如果兩側(cè)被測量表面的尺寸不同，或者并不是對稱設(shè)置的方式，測點布置的間距距離可以有所差異，但是絕對不能超出國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求。另外，綜合分析測量曲線精確度與可靠性方面的要求，應(yīng)該在相同測量區(qū)域范圍內(nèi)選擇使用混凝土取芯的方式進行混凝土結(jié)構(gòu)強度參數(shù)的修正處理，具體的修正系數(shù)要按照當(dāng)前國家規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求確定。

4.4 橋板強度測評

橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的檢測過程中，通過超聲波回彈法進行橋板強度的檢測是比較重要的一項工作，它能夠反映出橋梁結(jié)構(gòu)性能的重要技術(shù)參數(shù)。橋板強度檢測環(huán)節(jié)，首先要保證橋板結(jié)構(gòu)測量數(shù)據(jù)精度符合要求，考慮到不同橋面的位置情況，把橋板結(jié)構(gòu)分為多個分區(qū)，不同的分區(qū)位置要選擇合適的測量方式，以符合實際測量的需要。在每一個測量區(qū)域都檢測完回彈值后，為了縮小數(shù)據(jù)偏差，將全部回彈值的最大值、最小值去除掉，然后計算剩余回彈值的參數(shù)，得到平均回彈值數(shù)據(jù)。本次橋梁工程進行橋板各個部位的測量時，只有比較少的行車道板的強度性能較低，其他絕大部分結(jié)構(gòu)的行車道板的強度都能夠達到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)要求，完全符合正常使用的需要。綜合分析后發(fā)現(xiàn)，該橋梁的行車道板的結(jié)構(gòu)質(zhì)量性能高，即使投入運營的時間比較長，受到車輛碾壓、自然環(huán)境侵蝕等多方面的影響，行車道板的強度依然能夠達到最初設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)，并未因為長期的運營而產(chǎn)生裂縫等不良問題，同時也沒有出現(xiàn)疲勞損壞的問題，經(jīng)過必要的修復(fù)處理后，可以達到橋梁通行質(zhì)量要求。

5 結(jié)語

綜上所述，在橋梁檢測中，通過應(yīng)用超聲回彈技術(shù)展開橋梁結(jié)構(gòu)混凝土強度的檢測，屬于無損檢測技術(shù)的范疇，其設(shè)備成本較低、檢測效率高、數(shù)據(jù)精度高，能夠真實、準(zhǔn)確地反映出混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓強度，能夠?qū)蛄汗芾砗涂刂破鸬揭欢ǖ拇龠M作用。但是，超聲回彈檢測只能體現(xiàn)出混凝土結(jié)構(gòu)表面的質(zhì)量，無法實現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)量的檢測，并且受到水泥種類、水泥加入比例、砂石材料特性、外加劑類型和比例等方面的影響，數(shù)據(jù)有一定的偏差，所以只能作為橋梁混凝土抗壓強度檢測的參考。此外，超聲回彈檢測技術(shù)應(yīng)用范圍較大，一般會聯(lián)合其他技術(shù)同時進行橋梁混凝土檢測，以達到檢測標(biāo)準(zhǔn)要求，為橋梁通行質(zhì)量提升奠定基礎(chǔ)。