橋梁檢測中的無損檢測技術(shù)分析

黃勝勇

平塘縣交通建設(shè)養(yǎng)護發(fā)展中心 貴州 平塘 558300

1 無損檢測技術(shù)的發(fā)展歷程

改革開放以后，隨著社會的不斷發(fā)展，我國無損檢測行業(yè)進入了一個飛速發(fā)展的階段。在此期間，中國交通工程協(xié)會混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土分會土木結(jié)構(gòu)無損測試委員會的工作表現(xiàn)卓著。在該委員會的組織和支持下，國內(nèi)先后舉行了6次學(xué)術(shù)交流、專題研討會和國際交流，推進了無損檢測技術(shù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定，使得我國無損檢測技術(shù)在科研和應(yīng)用方面達到了世界領(lǐng)先水平。自20世紀(jì)80年代起，我國研究人員經(jīng)過一系列的技術(shù)合作和技術(shù)攻關(guān)，開發(fā)了多種無損檢測方法，如超聲檢測技術(shù)、電化學(xué)檢測法、超聲回彈法等。這對無損檢測技術(shù)在工程上的應(yīng)用起到了很大的推動作用。目前，我國大部分二級及以上的檢測實驗室均已具備提供無損檢測服務(wù)的必備條件。我國無損檢測技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，并被廣泛應(yīng)用于交通工程施工中[1]。

2 橋梁工程中常見結(jié)構(gòu)的無損檢測技術(shù)

2.1 混凝土超聲檢測技術(shù)

在橋梁工程施工過程中，受到各種因素的影響，混凝土內(nèi)部裂縫問題時有發(fā)生。針對該問題，檢測人員可以利用超聲波對混凝土進行檢測?；炷脸暀z測目前主要采用的是“穿透法”，即用發(fā)射換能器重復(fù)發(fā)射超聲脈沖波，讓超聲波在混凝土中傳播，然后由接收換能器接收反射波。檢測人員將接收到的超聲波轉(zhuǎn)化為電信號，再經(jīng)超聲儀將其放大并顯示在示波屏上，實現(xiàn)對超聲信號相關(guān)參數(shù)的分析，從而推斷混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成情況，進而有效檢測出裂縫所在的位置、形狀及大小。在檢測過程中，檢測人員還應(yīng)對裂縫深度、損傷等進行全面分析，以便更好地了解混凝土出現(xiàn)裂縫的具體原因[2]。

2.2 樁基礎(chǔ)質(zhì)量無損檢測技術(shù)

在橋梁工程中，工程樁施工多在地下進行。由于地下的地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，所以施工工藝和人工因素等都會對施工質(zhì)量造成較大的影響，而且后期不易維護，夾渣、蜂窩、夾泥等問題也時常發(fā)生。對于樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測，檢測人員常采用超聲檢測技術(shù)、低應(yīng)變檢測法、高應(yīng)變檢測法來進行檢測。超聲檢測技術(shù)主要是依靠換能器（包括發(fā)射換能器和接收換能器）對樁基的檢測數(shù)據(jù)進行分析，進而判斷樁基內(nèi)部是否存在缺陷。如果檢測到的應(yīng)力波波形和峰值是變化的，就證明樁基中存在缺陷。低應(yīng)變檢測法的基本工作原理是樁頂受到?jīng)_擊后，樁身和樁底會震動，進而從樁底向樁身產(chǎn)生應(yīng)力波；當(dāng)反射波傳遞回樁頂?shù)臅r候，樁頂所安裝的傳感器會接收信號，然后產(chǎn)生動態(tài)波形；檢測人員根據(jù)這個反射波的波形，進而可以有效判斷出樁基質(zhì)量。高應(yīng)變檢測法是利用動測法來判斷樁基的最大承載能力，進而檢測樁基是否存在缺陷。該方法的應(yīng)用前提是樁底土已出現(xiàn)塑性變形，這樣在樁基受到打擊之后，樁頂?shù)暮奢d將發(fā)生一定程度的位移。高應(yīng)變檢測法就是利用這一特點，對樁頂施加重擊，進而使樁身下部同時受到影響，導(dǎo)致樁基和土壤之間產(chǎn)生位移，以此來判斷樁基的承載能力是否能夠滿足要求[3]。

2.3 瞬態(tài)瑞雷面波分析技術(shù)

瞬態(tài)瑞雷面波分析技術(shù)是以爆炸或錘擊方式對地面施加豎向激振力，并形成面波、橫波和縱波，其中面波中的瑞雷波是該技術(shù)的主要波。瑞雷面波具有振幅大、能量強、頻率低等特點，可以更方便地進行橋梁工程路基的檢測。路基結(jié)構(gòu)各分層介質(zhì)的強度與剪切波速Vs也具有一定的相互關(guān)系，不同的介質(zhì)對應(yīng)的剪切波速不一樣，從而可以測試不同介質(zhì)力學(xué)參數(shù)，實現(xiàn)對橋梁工程路基結(jié)構(gòu)質(zhì)量的評價。采用瞬態(tài)沖擊瑞雷面波頻譜對橋梁工程路基結(jié)構(gòu)進行檢測的工作原理如下圖1，其中垂向檢波器選擇壓電加速度傳感器。

圖1 檢測系統(tǒng)原理圖

2.4 圖像檢測技術(shù)

圖像檢測技術(shù)在橋梁工程檢測中主要可分為紅外成像技術(shù)和激光全息圖像攝影技術(shù)兩種。紅外成像技術(shù)采用材料的導(dǎo)熱性能原理來確定結(jié)構(gòu)內(nèi)紅外線成像的基本情況，從而確定缺陷發(fā)生的大致區(qū)域和位置。激光全息圖像攝影技術(shù)對攝影技術(shù)要求比較高，在它的輔助下，可獲取較為全面完善的檢測數(shù)據(jù)，這有利于數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性和可靠性。運用該技術(shù)可以與力學(xué)等多方面進行組合分析，預(yù)測數(shù)據(jù)發(fā)展的總體趨勢，提高檢測數(shù)據(jù)的精度，增強檢測的直觀性和可視化。

3 無損檢測技術(shù)對比分析

以上小節(jié)列出了幾種可用于橋梁工程路基檢測的無損檢測技術(shù)，不管采用什么樣的無損檢測技術(shù)，都會有自己的技術(shù)特點和適用范圍，需要根據(jù)檢測對象的特點選擇對應(yīng)的檢測技術(shù)。表 1 列出了幾種常用無損檢測技術(shù)用于對比分析。

表1 幾種常見檢測技術(shù)對比分析

由表1可以看出，每種無損檢測技術(shù)都有各自的檢測原理、適用范圍以及優(yōu)缺點，需要結(jié)合實際檢測對象的使用環(huán)境和技術(shù)特點選擇更匹配的檢測技術(shù)。除了圖像識別技術(shù)，其他檢測技術(shù)基本上都與波的傳播有著密切關(guān)系，只是選擇波的形式不一樣，波在傳播過程中通過判斷波速、坡長以及時差來判斷介質(zhì)的變化過程，這個需要事先知道每種波在不同介質(zhì)中的傳播速度。不同波之間也存在一定的差別，有些波對介質(zhì)的敏感度較低，但探測的距離較遠；有些波對介質(zhì)的敏感度較高，但探測的距離較近；還有些波敏感度和探測的距離都比較好，但難以獲取，或者容易受到干擾。而圖像識別技術(shù)不同其他檢測技術(shù)，是通過圖像來判斷，隨著人工智能技術(shù)不斷發(fā)展，圖像識別技術(shù)的精確度和時效性會越來越高?？偠灾?，無損檢測技術(shù)的選擇需要從測量精度、計算效率、成本控制、人力物力使用以及現(xiàn)場檢測條件進行綜合判斷[4]。

4 無損檢測技術(shù)在橋梁工程路基中的應(yīng)用

4.1 結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷及裂縫檢測

路基結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷往往與路基建設(shè)中養(yǎng)護不到位或施工環(huán)境復(fù)雜有著密切關(guān)系，這對道路上行駛的車輛有著潛移默化地影響。而裂縫的產(chǎn)生同樣與養(yǎng)護和施工環(huán)境有著密切關(guān)系，而且裂縫也會在道路服役過程中由于受到不均勻溫度荷載、車輛荷載而產(chǎn)生，一旦產(chǎn)生裂縫，路基的強度就會受到很大影響，所以結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷和裂縫是路基檢測中重要的內(nèi)容。在進行路基結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷和裂縫檢測時，需要采取科學(xué)有效的方案和技術(shù)措施，因為影響缺陷和裂縫的形成與發(fā)展的因素很多，應(yīng)結(jié)合每種無損檢測的技術(shù)特點進行綜合分析。從目前已有的檢測結(jié)果知道，道路路基缺陷一般表現(xiàn)為空洞、斷層等，裂縫一般沿道路方向形成通長的裂縫，所以通常采用探地雷達進行相關(guān)項目的檢測。

4.2 路基平整度檢測

路基平整度是橋梁工程中體現(xiàn)路基路面性能的一個重要指標(biāo)，通?？梢圆捎眉す鈹嗝鎯x進行檢測。對于不同的路基狀況，選擇對應(yīng)的基本參數(shù)是保證數(shù)據(jù)合理性的前提；然后再通過距離傳感裝置和加速傳感器裝置確定檢測范圍參數(shù)；最后對檢測目標(biāo)進行現(xiàn)場測試和數(shù)據(jù)分析，得到該路段的平整情況。

4.3 路基壓實度檢測

路基壓實度與路基強度有著一定的關(guān)系，壓實度越高，對應(yīng)的強度也越高。以往檢測壓實度時，需要對路基進行鉆芯取樣，然后拿到室內(nèi)試驗室檢測其壓實度。這種傳統(tǒng)檢測方法不僅破壞路面的完整性，而且費時費力。而目前采用無損檢測技術(shù)可以在不破壞路面的基礎(chǔ)上得到路面的壓實度，而且快速高效。目前通過的檢測技術(shù)有土壤無核濕密度儀，它的測量原理為土壤無核濕密度儀是基于時域反射來測量，通過時域反射在判斷路基當(dāng)前的壓實度情況，可以大大提高檢測效率，節(jié)約檢測成本。

4.4 路基厚度檢測

根據(jù)道路路基的使用要求，路基厚度在設(shè)計和施工階段是必須考慮的問題。不同的路基厚度對道路等級有著不同要求，所以在進行路基厚度檢測時，需要結(jié)合該道路等級設(shè)計要求進行綜合分析。目前對路基厚度檢測采用的檢測技術(shù)是探地雷達，它的工作原理和數(shù)據(jù)分析在上文已經(jīng)說明。在進行道路路基檢測時，根據(jù)道路路基不同厚度選取不同頻率的天線進行地下探測和數(shù)據(jù)采集。

4.5 路基強度檢測

路基強度是體現(xiàn)路基承載力的重要指標(biāo)，路基強度下降，路基的承載力就會降低，如不采取措施進行加固，就可能會導(dǎo)致路面出現(xiàn)裂縫甚至塌陷。對路基強度的檢測，其實就是對混凝土強度的檢測，采用無損技術(shù)檢測路基混凝土的實際強度是目前檢測的重要手段。在實際工程建設(shè)和施工中，影響混凝土強度的影響很多，比如路基強度隨著時間會慢慢劣化和衰減，所以檢測人員測得的混凝土強度為即時強度，我們以此作為混凝土性能是否滿足要求的重要依據(jù)。當(dāng)然，檢測人員也可以得到混凝土強度為動態(tài)檢測，這個需要對路基強度進行定時檢測，全面了解和掌握混凝土在某個時間段的強度變化，繪制混凝土強度的走勢圖，并進行合理的預(yù)測[5]。

5 無損檢測技術(shù)的應(yīng)用前景

無損檢測技術(shù)在測量精度、使用周期和應(yīng)用范圍方面都有著自身的優(yōu)勢，而且可以節(jié)省人力、物力和財力，減少不必要的成本輸出，這對推動國家經(jīng)濟發(fā)展有著重要意義。無損檢測技術(shù)不僅可對橋梁工程質(zhì)量進行檢測和評估，還可以對道路結(jié)構(gòu)內(nèi)部劣化發(fā)展規(guī)律進行分析，實現(xiàn)橋梁工程管理的科學(xué)化。無損檢測技術(shù)符合現(xiàn)代道路建設(shè)的發(fā)展需要，而且在其他工程也有著廣泛應(yīng)用。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，無損檢測技術(shù)也在不斷地更新，比如人工智能的發(fā)展帶動了新型無損檢測技術(shù)的出現(xiàn)，無人機在機器人在無損檢測技術(shù)中的應(yīng)用是最好的證明。我們也相信，在未來橋梁工程發(fā)展的道路上，人工智能技術(shù)也將更好地服務(wù)于道路建設(shè)的大浪潮中。

6 結(jié)束語

綜上所述，本文詳細介紹和分析了目前常用的無損檢測技術(shù)的技術(shù)特點和工作原理，并對這些技術(shù)進行對比分析，然后從橋梁工程路基的內(nèi)部缺陷、壓實度、平整度、厚度和強度等指標(biāo)來分析常用無損檢測技術(shù)如何使用，最后對無損檢測技術(shù)的橋梁工程中的應(yīng)用前景進行了分析。研究結(jié)果表明：無損檢測技術(shù)具有傳統(tǒng)檢測技術(shù)不可比擬的優(yōu)勢，比如測量的精度、成本控制、道路完整性，而且隨著人工智能的出現(xiàn)，新型無損檢測技術(shù)更會在未來道路建設(shè)中發(fā)揮更重要的作用。