公路橋梁裂縫檢測(cè)技術(shù)分析

任江、劉進(jìn)

（貴州宏信創(chuàng)達(dá)工程檢測(cè)咨詢有限公司，貴州貴陽(yáng) 550014）

0 引言

隨著我國(guó)現(xiàn)代社會(huì)高速發(fā)展，橋梁建設(shè)數(shù)量逐步增多，對(duì)交通通行水平的提升有著非常重要的作用。橋梁是現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展重要的基礎(chǔ)設(shè)施，能讓交通運(yùn)輸變得更加便利，所以人們非常重視橋梁工程的建設(shè)。在進(jìn)入全新的發(fā)展階段，公路橋梁建設(shè)水平日益提升，但是在投入使用之后，因?yàn)槎喾矫嬉蛩氐挠绊?，造成裂縫問題出現(xiàn)，給整個(gè)橋梁的正常使用帶來很大影響。本文重點(diǎn)分析公路橋梁裂縫檢測(cè)技術(shù)，提升檢測(cè)水平，為公路橋梁運(yùn)行效果的提升奠定基礎(chǔ)。

1 橋梁常見裂縫

1.1 混凝土強(qiáng)度存在問題而引發(fā)裂縫

公路橋梁的混凝土澆筑施工完成之后，需要經(jīng)過一定時(shí)間沉淀才會(huì)達(dá)到強(qiáng)度要求，而強(qiáng)度性能會(huì)受周邊自然環(huán)境的影響，所以很多混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)收縮裂縫和溫度裂縫的問題?；炷翉?qiáng)度不足是導(dǎo)致橋梁裂縫的主要原因之一。在施工過程中，如果混凝土的配合比例不合理或施工技術(shù)不當(dāng)，混凝土的強(qiáng)度可能無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求。當(dāng)橋梁受到荷載作用時(shí)，強(qiáng)度不足的混凝土?xí)霈F(xiàn)變形和應(yīng)力集中，導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。此外，混凝土強(qiáng)度也可能受到材料質(zhì)量、固化過程中的溫度和濕度等因素影響?；炷亮芽p對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響是多方面的。首先，裂縫會(huì)破壞混凝土的連續(xù)性和整體性，導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度下降，從而影響橋梁的承載能力。其次，裂縫還會(huì)導(dǎo)致水分和有害物質(zhì)的滲透，加速混凝土的老化和腐蝕，進(jìn)一步降低橋梁的耐久性和使用壽命。

1.2 后續(xù)施工和使用階段出現(xiàn)裂縫

橋梁工程在投入使用后的較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，會(huì)受到不同方向彎矩的作用，如果預(yù)應(yīng)力較大則會(huì)產(chǎn)生很大彎矩，這時(shí)就會(huì)導(dǎo)致橋梁出現(xiàn)彎曲裂縫。此外，橋梁受到較大載荷時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)彎曲裂縫。剪切裂縫是橋梁受到剪應(yīng)力而形成的，多數(shù)是在支撐結(jié)構(gòu)點(diǎn)位的附近出現(xiàn)。扭曲裂縫是在扭轉(zhuǎn)和彎曲的影響之下出現(xiàn)的，這種裂縫發(fā)生率比較高。還有一種裂縫是局部應(yīng)力裂縫，是因?yàn)闃蛄旱哪硞€(gè)部位出現(xiàn)局部應(yīng)力過大，長(zhǎng)期較大荷載作用而出現(xiàn)強(qiáng)度降低、表層脫落，從而形成裂縫[1]。

2 橋梁裂縫的檢測(cè)方法

公路橋梁出現(xiàn)裂縫會(huì)對(duì)橋梁的結(jié)構(gòu)和性能造成很大影響，所以需要加強(qiáng)裂縫檢測(cè)，分析裂縫問題，才能采取有效的應(yīng)對(duì)措施，預(yù)防病害發(fā)生。

2.1 超聲檢測(cè)

超聲波檢測(cè)技術(shù)是一種常用的橋梁裂縫檢測(cè)方法，它利用超聲波在材料中傳播和反射的原理來獲取材料的內(nèi)部信息。通過對(duì)超聲波的傳播速度、幅度和反射信號(hào)的分析，可以確定材料的缺陷位置、形態(tài)和尺寸，包括裂縫、空洞、腐蝕等問題。通常，一個(gè)超聲波發(fā)射器會(huì)向待測(cè)材料發(fā)送高頻聲波脈沖，當(dāng)這些聲波遇到材料中的缺陷或界面時(shí)，部分聲波會(huì)被反射回來，并被一個(gè)接收器接收。通過測(cè)量超聲波的傳播時(shí)間和幅度，可以計(jì)算出缺陷的深度和尺寸，所以當(dāng)前應(yīng)用非常廣泛[2]。

2.2 聲發(fā)射檢測(cè)

在橋梁裂縫檢測(cè)過程中，聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)是一種常用的橋梁裂縫檢測(cè)方法，它通過監(jiān)聽材料內(nèi)部的聲波信號(hào)來檢測(cè)和評(píng)估材料中的裂縫、斷裂和變形等缺陷。該技術(shù)基于聲波的能量釋放和傳播過程，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題。聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的基本原理是在材料內(nèi)部存在缺陷時(shí)，材料會(huì)釋放出由微小裂紋擴(kuò)展或物質(zhì)移動(dòng)引起的應(yīng)力波，這些應(yīng)力波以超聲速度傳播，并在材料表面或周圍的傳感器上產(chǎn)生可測(cè)量的聲波信號(hào)。通過分析和識(shí)別這些聲波信號(hào)的特征，可以確定裂縫的位置、尺寸和活動(dòng)性，以及評(píng)估材料的健康狀態(tài)。

2.3 應(yīng)變片式電阻傳感器檢測(cè)

應(yīng)變片式電阻傳感器是使用應(yīng)變片作為傳感器元件，在檢測(cè)過程中，通過物體對(duì)橋梁一側(cè)進(jìn)行敲擊，使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生微小的形變，導(dǎo)體也會(huì)隨之發(fā)生受力變形，導(dǎo)體的電阻值會(huì)產(chǎn)生變化，利用轉(zhuǎn)換元件的方式檢測(cè)信號(hào)，從而可以獲得公路橋梁裂縫信號(hào)，判斷橋梁是否存在質(zhì)量問題。該檢測(cè)方式具備較高的精度，應(yīng)用范圍比較廣，測(cè)量結(jié)果也具備較高的可靠性，并且操作簡(jiǎn)單，不需要使用復(fù)雜的設(shè)備，低溫條件下也可以進(jìn)行測(cè)量[3]。

2.4 紅外檢測(cè)

紅外檢測(cè)是以紅外理論為基礎(chǔ)，通過紅外輻射特性的方法進(jìn)行分析，該方法屬于無(wú)損檢測(cè)的類型，對(duì)于檢測(cè)效果和質(zhì)量的提升具有積極作用。在公路橋梁裂縫檢測(cè)過程中，通過紅外檢測(cè)的方式能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷的位置。經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用效果分析，紅外檢測(cè)與其他檢測(cè)技術(shù)相比更安全，且檢測(cè)過程中不會(huì)與橋梁直接接觸，具備較高的靈敏度，檢測(cè)效率也非常高，能夠測(cè)量出0.1℃的溫度差。但是該設(shè)備的生產(chǎn)成本比較高，所以目前并未廣泛地應(yīng)用到公路橋梁裂縫檢測(cè)中。

3 超聲波檢測(cè)橋梁裂縫的步驟

使用超聲波進(jìn)行公路橋梁裂縫深度的檢測(cè)時(shí)，既能檢測(cè)出脈沖波在混凝土中的傳播時(shí)間，還能檢測(cè)出接收波的振幅以及接收波的頻率信息，能夠直接通過各種參數(shù)的變化情況準(zhǔn)確地判斷出混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在裂縫，并且能夠掌握裂縫的位置、尺寸以及裂縫性質(zhì)等信息。對(duì)于橋梁某個(gè)部位進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，如果只有一個(gè)表面可供測(cè)量，可以采用單面測(cè)量，可以使用平測(cè)法，該方法需要布置測(cè)量點(diǎn)位，應(yīng)避開在鋼筋的位置，測(cè)量點(diǎn)的設(shè)置要結(jié)合不同的測(cè)量距離進(jìn)行設(shè)定，測(cè)量方法包含跨縫測(cè)量和不跨縫測(cè)量[4]。

3.1 跨縫測(cè)量和不跨縫測(cè)量

在不跨縫測(cè)量時(shí)，發(fā)射器與接收器應(yīng)安裝在同一側(cè)，距離設(shè)置要符合測(cè)量的要求。以某橋梁為案例進(jìn)行分析，發(fā)射與接收按照120mm、170mm、220mm、270mm 的距離數(shù)據(jù)布置，做好各個(gè)距離位置的測(cè)量結(jié)果記錄。在測(cè)量結(jié)束后，使用回歸分析方法掌握數(shù)據(jù)信息，繪制傳播時(shí)間和距離的回歸直線方程。在進(jìn)行跨縫測(cè)量時(shí)，發(fā)射器與接收器應(yīng)分別設(shè)置在裂縫兩側(cè)，采取對(duì)稱布置方式。

3.2 深度的確定

裂縫深度按照公式（1）進(jìn)行計(jì)算。

式（1）中：li為在不跨縫測(cè)量中i點(diǎn)的超聲波測(cè)量距離（mm）；hci為i點(diǎn)的裂縫深度（mm）；t o i為跨縫平測(cè)時(shí)聲音的傳遞時(shí)間（μs）。

在跨縫測(cè)量環(huán)節(jié)，如果某個(gè)測(cè)量沒有出現(xiàn)首波反向的情況，就要對(duì)距離和相鄰測(cè)量值展開分析，并且利用公式（1）計(jì)算確定裂縫深度，得出平均深度參數(shù)。該方法測(cè)量過程中，需要掌握不同測(cè)距之下裂縫深度、平均裂縫深度參數(shù)，之后需要與平均裂縫深度進(jìn)行對(duì)比分析，倘若存在小于平均裂縫深度或者大于平均裂縫深度的3 倍情況，就需要把該數(shù)據(jù)清除，而后把余下的裂縫深度值重新平均計(jì)算，而后選取最終結(jié)果。

4 橋梁裂縫的超聲波現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

4.1 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)橋梁裂縫

將某公路橋梁的墩臺(tái)結(jié)構(gòu)裂縫檢測(cè)作為案例進(jìn)行分析，經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，該橋梁的墩臺(tái)結(jié)構(gòu)已經(jīng)涂抹防火涂料，厚度在1.2cm 左右，橋梁墩臺(tái)的表面存在凹凸不平的情況，因此探頭的耦合操作有一定難度，并且防火材料會(huì)導(dǎo)致超聲波的穿透力下降。為了使檢測(cè)更加符合要求，現(xiàn)場(chǎng)工作人員將部分防火材料清理掉，去除裂縫上下各20cm 的厚度。在換能器的表面涂抹一層耦合劑，這樣可以使換能器和混凝土表面有良好的耦合狀態(tài)。對(duì)該部位進(jìn)行裂縫分布檢測(cè)，并且在延伸線上間隔40cm 位置設(shè)置一個(gè)測(cè)量點(diǎn)位，使用粉筆進(jìn)行標(biāo)記，通過直尺對(duì)每個(gè)測(cè)量點(diǎn)位的邊溝蓋距離測(cè)量，掌握邊溝蓋的高度，確定測(cè)點(diǎn)的具體位置[5]。

4.2 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)橋梁裂縫的結(jié)果分析

經(jīng)過對(duì)測(cè)量結(jié)果的分析，可以發(fā)現(xiàn)該橋梁在兩個(gè)測(cè)點(diǎn)的位置上都出現(xiàn)信號(hào)減弱的情況，并且對(duì)數(shù)據(jù)分析之后發(fā)現(xiàn)，該部位的裂縫深度比較大，通過超聲波平測(cè)法只能檢測(cè)60cm 以下深度的裂縫。因此，這兩個(gè)位置上存在的裂縫是否會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展，需要使用其他方式進(jìn)行輔助檢測(cè)確定。檢測(cè)結(jié)果顯示，整個(gè)檢測(cè)部位的裂縫已經(jīng)完全貫通，并且某些特殊位置無(wú)法檢測(cè)，所以不能作出準(zhǔn)確判斷，綜合分析該橋梁的運(yùn)行狀態(tài)，并不能達(dá)到良好的運(yùn)行條件。

5 橋梁裂縫檢測(cè)中混凝土超聲波檢測(cè)技術(shù)的有效應(yīng)用

5.1 執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制作聲測(cè)管

超聲波檢測(cè)方法應(yīng)用過程中，聲測(cè)管是重要的材料，所以在制作過程中要加強(qiáng)質(zhì)量控制，確保厚度、接頭焊接質(zhì)量等完全符合要求，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)方案，使聲測(cè)管的內(nèi)部有足夠的空間，達(dá)到柔性要求。根據(jù)橋梁的具體情況和設(shè)計(jì)要求，確定聲測(cè)管的尺寸。明確聲測(cè)管的長(zhǎng)度、直徑和壁厚等參數(shù)。制作過程中做好切割材料、彎曲、焊接和連接等工藝控制，確保制作過程符合標(biāo)準(zhǔn)要求，以保證聲測(cè)管的質(zhì)量和性能。此外，根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)和監(jiān)測(cè)要求，確定聲測(cè)管的安裝位置和布置方式。安裝時(shí)應(yīng)注意保持聲測(cè)管與橋梁結(jié)構(gòu)的緊密接觸，確保裂縫活動(dòng)能夠準(zhǔn)確傳遞到聲測(cè)管中，一般來說，沿著樁體長(zhǎng)度間隔3m 連接一次。同時(shí)，安裝過程中應(yīng)遵循相應(yīng)的施工規(guī)范和安全操作要求。

5.2 校正換能器精度

聲波檢測(cè)的裝置中包含換能器、數(shù)據(jù)采集裝置等組成部分，每個(gè)部分對(duì)檢測(cè)的效果和質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生直接影響。在設(shè)備投入使用之前，要對(duì)設(shè)備的性能和參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，確保符合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的要求。檢測(cè)過程中，工作人員要通過調(diào)速器試驗(yàn)檢測(cè)聲音和波形的精度，然后按照設(shè)計(jì)要求調(diào)整換能器的精度。如果現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法滿足使用要求，應(yīng)該更換換能器，以達(dá)到檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

5.3 科學(xué)選擇采樣頻率

在公路橋梁的樁體結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的過程中，要確定合適的采樣頻率，對(duì)波譜特性展開綜合性分析，提高波譜信號(hào)的精度水平，以免受到頻域和時(shí)域的影響。

6 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁裂縫加固方法

對(duì)于公路橋梁的裂縫來說，影響程度受到類型、寬度、深度等各方面因素的影響，但是每種裂縫都會(huì)損害橋梁的性能，所以在檢測(cè)到裂縫后，應(yīng)該進(jìn)行裂縫加固。

6.1 預(yù)應(yīng)力鋼束加固

在公路橋梁加固過程中，主要加固方式是在梁體截面的位置上使用鋼束增強(qiáng)和提高公路橋梁結(jié)構(gòu)的整體承載性能。預(yù)應(yīng)力鋼束加固技術(shù)是目前比較常見的一種加固技術(shù)，應(yīng)用的時(shí)間已經(jīng)超過100 年，可以有效解決橋梁承載性能不足的問題。這一技術(shù)不僅可以提升橋梁的承載能力，還能預(yù)防結(jié)構(gòu)變形，延長(zhǎng)橋梁的使用壽命。但該方法也有一定缺陷，在現(xiàn)場(chǎng)加固過程中，該方法的工藝流程比較復(fù)雜，并且加固成本相對(duì)較高，對(duì)于原橋梁結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生很大影響。因此，在預(yù)應(yīng)力鋼束加固施工應(yīng)用環(huán)節(jié)，要分析現(xiàn)場(chǎng)是否滿足加固要求，綜合考慮各個(gè)方面因素之后再選擇確定。

6.2 粘貼鋼板加固

該加固技術(shù)主要是將抗拉強(qiáng)度相對(duì)較高的材料直接粘貼在橋梁結(jié)構(gòu)表面，與橋梁結(jié)構(gòu)形成整體，以提升結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗彎性能。相比預(yù)應(yīng)力鋼束加固技術(shù)，該加固技術(shù)的施工工期相對(duì)較短，成本也比較低，不會(huì)給原有的橋梁結(jié)構(gòu)造成過大影響，還能避免裂縫的擴(kuò)大，提升結(jié)構(gòu)承載性能，是目前比較理想的一種加固施工方式。

6.3 碳纖維材料加固

碳纖維是一種強(qiáng)度非常高的復(fù)合材料，最初應(yīng)用在航天領(lǐng)域，后來經(jīng)過全面的研發(fā)和改進(jìn)，使用范圍不斷擴(kuò)大，如今對(duì)于工程領(lǐng)域有著非常重要的意義。在公路橋梁加固過程中應(yīng)用的碳纖維材料包含碳纖維布和碳纖維板兩種，應(yīng)當(dāng)根據(jù)公路橋梁的加固施工需要，選擇合適的黏結(jié)劑，將碳纖維材料和橋梁形成整體的結(jié)構(gòu)，以提升結(jié)構(gòu)整體承載性能，使橋梁具備較高的承受能力和抗裂性。

6.4 裂縫處置

公路橋梁的裂縫處置是一種綜合性的技術(shù)，需要將多種加固技術(shù)融合起來，從裂縫的實(shí)際情況出發(fā)，分析形成裂縫的原因，并且掌握裂縫的寬度、深度等尺寸，選擇合適的修補(bǔ)技術(shù)，才能有效地預(yù)防裂縫擴(kuò)展。與前幾種加固技術(shù)不同的是，裂縫處置對(duì)橋梁的外觀有著較高的要求，所以應(yīng)該做好現(xiàn)場(chǎng)的處理工作，分析橋梁的具體情況，選擇合適的處置方式，才能提高公路橋梁的性能水平。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，公路橋梁在施工以及運(yùn)營(yíng)環(huán)節(jié)容易發(fā)生裂縫，這會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的性能和質(zhì)量產(chǎn)生很大影響。因此，需要對(duì)公路橋梁裂縫進(jìn)行全面的檢測(cè)，憑借各項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)，及時(shí)掌握橋梁裂縫的相關(guān)信息，并且根據(jù)裂縫的實(shí)際情況，選擇合適的加固處理措施，才能有序地恢復(fù)公路橋梁的承載性能，提高道路交通的安全性，實(shí)現(xiàn)橋梁事業(yè)的全面發(fā)展。