無損檢測(cè)技術(shù)在道路橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用研究

李俊德

（煙臺(tái)市蓬萊公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心，山東蓬萊 265600）

0 引言

在道路橋梁工程建設(shè)中，檢測(cè)工作發(fā)揮著非常重要的作用，對(duì)于保障道路橋梁整體的質(zhì)量和運(yùn)行安全意義重大。近年來，無損檢測(cè)技術(shù)開始被廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，取得十分顯著的效果，將其應(yīng)用到道路橋梁檢測(cè)中，能夠在不對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)造成損傷的情況下，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能檢測(cè)，找出結(jié)構(gòu)中可能存在的病害，有助于延長(zhǎng)道路橋梁的使用壽命，保障其運(yùn)行安全。

1 無損檢測(cè)技術(shù)概述

對(duì)比常規(guī)的檢測(cè)技術(shù)，無損檢測(cè)技術(shù)可以在不對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)完整性造成破壞、不影響結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上，對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分布情況進(jìn)行探究，并進(jìn)行各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)的檢測(cè)，對(duì)照檢測(cè)結(jié)果對(duì)結(jié)構(gòu)的特征和性能進(jìn)行判斷。無損檢測(cè)技術(shù)的特征體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[1-3]：

1.1 無損性

道路橋梁結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，工程量巨大，施工難度大，影響因素眾多，在施工和運(yùn)行中很容易出現(xiàn)各種各樣的病害和隱患，易對(duì)道路橋梁的使用壽命和使用安全產(chǎn)生巨大影響。無損檢測(cè)技術(shù)能夠通過多樣化的檢測(cè)方式，在不破壞甚至不接觸橋梁結(jié)構(gòu)的情況下，對(duì)其進(jìn)行全面系統(tǒng)性檢測(cè)。

1.2 精確性

無損檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，需要借助一些精密的儀器設(shè)備，因此對(duì)于檢測(cè)人員的專業(yè)能力有著很高的要求，需要檢測(cè)人員嚴(yán)格依照規(guī)范化的流程進(jìn)行操作。而通過不同無損檢測(cè)技術(shù)之間的驗(yàn)證，能夠切實(shí)提高檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性和可靠性。

1.3 全面性

無損檢測(cè)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢測(cè)對(duì)象的全面檢測(cè)，這也是常規(guī)檢測(cè)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的。

1.4 全程性

一般情況下，常規(guī)的破壞性檢測(cè)僅適用于原材料檢測(cè)，成品在檢測(cè)后就會(huì)被破壞，失去自身價(jià)值。無損檢測(cè)技術(shù)不會(huì)對(duì)被檢測(cè)對(duì)象造成損壞，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于材料、半成品和最終產(chǎn)品的全過程檢測(cè)，跟蹤產(chǎn)品的質(zhì)量變化，確保在出現(xiàn)問題時(shí)能夠及時(shí)進(jìn)行處理，規(guī)避成品質(zhì)量缺陷，最大限度地保障最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

2 道路橋梁檢測(cè)中無損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

對(duì)比常規(guī)的建筑工程，道路橋梁具有投資更大、施工周期更長(zhǎng)的特點(diǎn)，在道路橋梁施工建設(shè)以及運(yùn)營(yíng)階段，質(zhì)量影響因素眾多，為了能夠最大限度地保障工程的施工質(zhì)量，保障道路橋梁的運(yùn)行安全，有關(guān)部門需要落實(shí)好橋梁檢測(cè)。將無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到道路橋梁檢測(cè)中，有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)[4-6]：

一是無損檢測(cè)技術(shù)體系已經(jīng)基本成熟。無損檢測(cè)技術(shù)在道路橋梁工程中已經(jīng)基本形成完善的技術(shù)體系，只要操作規(guī)范，基本不會(huì)出現(xiàn)明顯的缺陷和問題。因?yàn)榈缆窐蛄航Y(jié)構(gòu)規(guī)模體系龐大，需要檢測(cè)的內(nèi)容較多，不同結(jié)構(gòu)和體系之間不管是性能還是受力情況，都可能存在較大差異，而且橋梁內(nèi)部的動(dòng)力特性以及剛度也會(huì)有所不同，因此，現(xiàn)代道路橋梁檢測(cè)工作十分復(fù)雜。在這種情況下，要想保障道路橋梁的檢測(cè)效果，就必須將可能存在的影響因素全部考慮在內(nèi)，常規(guī)的檢測(cè)技術(shù)雖然有效，但是會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成損傷，而無損檢測(cè)技術(shù)不僅具備“無損性”，還可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)檢測(cè)以及多種方法聯(lián)合檢測(cè)，如果在檢測(cè)過程中，發(fā)現(xiàn)一種檢測(cè)方法存在明顯的缺漏或者不足，可以選擇其他方法進(jìn)行輔助，有助于縮短檢測(cè)時(shí)間，提高檢測(cè)精度。

二是不會(huì)對(duì)道路橋梁結(jié)構(gòu)造成破壞。道路橋梁檢測(cè)技術(shù)十分豐富，無損檢測(cè)技術(shù)是其中應(yīng)用較為廣泛的一種，也是最受歡迎的一種，其不會(huì)對(duì)道路橋梁結(jié)構(gòu)的完整性造成破壞，同時(shí)可以切實(shí)保障檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為道路橋梁的質(zhì)量管控和維修養(yǎng)護(hù)提供便利。無損檢測(cè)技術(shù)在道路橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用，能夠有效減少人力、物力方面的投入，也可以對(duì)重點(diǎn)位置進(jìn)行檢測(cè)，獲取可靠的數(shù)據(jù)信息。

三是有著良好的發(fā)展前景。伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路橋梁工程的數(shù)量進(jìn)一步增加，檢測(cè)工作中需要面對(duì)的問題也更加復(fù)雜。如果不能對(duì)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行持續(xù)的優(yōu)化創(chuàng)新，則檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性會(huì)受到影響。無損檢測(cè)技術(shù)在對(duì)道路橋梁的日常檢測(cè)中，使用靈活，適用范圍廣，在彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)缺陷的同時(shí)，還可以提高檢測(cè)效率。不僅如此，無損檢測(cè)技術(shù)也可以實(shí)現(xiàn)與其他檢測(cè)技術(shù)的聯(lián)合使用，具備良好的發(fā)展前景和拓展空間。

3 道路橋梁檢測(cè)中無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 超聲檢測(cè)技術(shù)

超聲檢測(cè)技術(shù)的基本原理是利用相關(guān)設(shè)備，發(fā)射0.4～4MHz 頻率的超聲波，收集超聲波在物體內(nèi)部的傳輸信息，以此來獲取其內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況。超聲檢測(cè)技術(shù)的基本原理如圖1 所示。

圖1 超聲檢測(cè)技術(shù)基本原理

超聲波是一種高頻聲波，其在傳輸過程中，需要滿足聲波傳輸?shù)囊话阋?guī)律。將超聲檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到道路橋梁檢測(cè)中，需要先確定好檢測(cè)部位，設(shè)置好超聲波發(fā)生裝置，裝置發(fā)出的超聲波會(huì)在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳輸，如果橋梁結(jié)構(gòu)中存在縫隙或者損傷，超聲波會(huì)出現(xiàn)反射情況，接收裝置在完成對(duì)反射波的接收后，可以通過對(duì)其狀態(tài)的分析，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的完整性以及損傷狀況。實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，可以通過在介質(zhì)中設(shè)置傳感器的方式，測(cè)量超聲波的傳輸時(shí)間，依照傳輸時(shí)間、傳輸距離和傳輸速度等，計(jì)算超聲波波速，再對(duì)比其正常傳播速度，可以確定材料的性能參數(shù)，包括抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等，同時(shí)也能夠找出橋梁結(jié)構(gòu)中存在的缺陷。當(dāng)然，超聲波在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳輸也會(huì)因?yàn)楦鞣N因素的影響而出現(xiàn)誤差，舉例說明，當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在空氣或者水分時(shí)，超聲波的傳輸速率、傳輸時(shí)間等都會(huì)發(fā)生變化，繼而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差[7]。

3.2 射線檢測(cè)技術(shù)

射線檢測(cè)技術(shù)在道路橋梁檢測(cè)中有著較為廣泛的應(yīng)用，其基本原理是在橋梁結(jié)構(gòu)中設(shè)置相應(yīng)的底片，借助敏感底片完成對(duì)缺陷的有效探測(cè)，可以準(zhǔn)確找出結(jié)構(gòu)中存在的空洞以及鋼筋斷裂現(xiàn)象。在實(shí)際應(yīng)用中，檢測(cè)裝置發(fā)出的X 射線可以穿透厚度約40cm 的物體，獲取物體內(nèi)部的清晰圖像，從而使檢測(cè)人員對(duì)故障進(jìn)行精準(zhǔn)判斷。當(dāng)然，射線檢測(cè)技術(shù)同樣存在一定缺陷，如需要設(shè)置較多的探射源、無法實(shí)現(xiàn)對(duì)于后截面的穿透等，而且射線檢測(cè)技術(shù)在應(yīng)用中需要投入較高的成本，需要檢測(cè)人員依照工程建設(shè)的具體情況和現(xiàn)實(shí)需求，慎重選擇。

3.3 磁粉探傷技術(shù)

磁粉探傷技術(shù)是借助磁性材料，與橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磁感應(yīng)，檢測(cè)人員對(duì)磁力線的密度和分布情況進(jìn)行觀察，以此來判斷橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在缺陷。一般情況下，當(dāng)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在缺陷時(shí)，磁力線會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)變化，出現(xiàn)漏磁場(chǎng)的現(xiàn)象，繼而引發(fā)材料表面磁粉的變化，可以為缺陷分析提供參考。磁粉探傷技術(shù)的靈敏度高，檢測(cè)迅速，而且成本相對(duì)較低，不過要求被檢測(cè)結(jié)構(gòu)能夠被磁化，同時(shí)也僅能針對(duì)淺部缺陷進(jìn)行檢測(cè)，存在一定局限性。

3.4 探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)

探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)如圖2 所示，其基本原理是利用專業(yè)的探地雷達(dá)，向需要檢測(cè)的區(qū)域發(fā)射脈沖（寬頻單脈沖、高頻電磁脈沖等），脈沖會(huì)在結(jié)構(gòu)中進(jìn)行快速傳輸，在遇到不同電性介質(zhì)交接區(qū)域時(shí)，會(huì)出現(xiàn)部分反射的情況，反射脈沖被接收天線接收。檢測(cè)人員可以對(duì)反射回來的脈沖信號(hào)進(jìn)行分析，依照分析結(jié)果，判斷橋梁結(jié)構(gòu)是否完整，是否存在缺陷和問題。探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)操作簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度快，受環(huán)境因素影響小，檢測(cè)結(jié)果精度高，能夠?qū)蛎婷軐?shí)度進(jìn)行檢測(cè)，也可以測(cè)定基層的厚度、含水量等參數(shù)，實(shí)用性較好。

圖2 探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)

3.5 圖像檢測(cè)技術(shù)

從實(shí)踐的角度來看，圖像檢測(cè)技術(shù)大致包含兩種不同的形式[8]：

3.5.1 紅外成像技術(shù)

紅外成像技術(shù)的基本原理是利用專業(yè)的紅外熱像儀設(shè)備，通過紅外線來探測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)，明確不同區(qū)域的溫度分布，繪制相應(yīng)的紅外熱像圖，檢測(cè)人員可以從紅外熱像圖中，確認(rèn)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷。紅外成像技術(shù)主要是利用不同材料具備不同導(dǎo)熱性能的特點(diǎn)，利用高精度、高敏感度的熱敏傳感器，針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度的實(shí)際分布情況進(jìn)行檢測(cè)，并且通過紅外熱像圖的形式直觀展示橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況。

3.5.2 激光全息技術(shù)

激光全息技術(shù)的基本原理是利用全息攝影精準(zhǔn)獲取橋梁結(jié)構(gòu)的高清圖像，對(duì)照?qǐng)D像數(shù)據(jù)進(jìn)行全面深入的分析，計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)，繼而判斷橋梁在運(yùn)行中的實(shí)際狀態(tài)。

圖像檢測(cè)技術(shù)本身有著極高的檢測(cè)精度，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的全面檢測(cè)，并且將檢測(cè)結(jié)果直觀展示出來，備受檢測(cè)人員的青睞。

3.6 光纖傳感技術(shù)

光纖傳感技術(shù)是借助部分物理量本身的敏感性，將外界的物理量轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)道路橋梁的無損檢測(cè)。光纖傳感檢測(cè)技術(shù)在很多領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用，將其應(yīng)用到道路橋梁檢測(cè)中，能夠?qū)蛄褐谢炷两Y(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力、鋼索索力等進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)比常規(guī)的傳感器檢測(cè)技術(shù)，光纖應(yīng)變傳感器有著十分豐富的類型，更加輕便、靈活性強(qiáng)，受外部環(huán)境及被檢測(cè)對(duì)象的影響較小，可以很好地適應(yīng)惡劣環(huán)境，包括高壓、腐蝕等，實(shí)用性很強(qiáng)。不過，光纖傳感檢測(cè)器的價(jià)格相對(duì)較高，一定程度上拉高了技術(shù)應(yīng)用的成本，這也是其沒有在道路橋梁檢測(cè)中得到普及的一個(gè)重要原因。

3.7 頻譜分析技術(shù)

頻譜分析技術(shù)是依照不同介質(zhì)具備不同表面波傳播頻率的特性，檢測(cè)和判斷結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。將頻譜分析技術(shù)應(yīng)用到道路橋梁無損檢測(cè)中，要求檢測(cè)人員在需要檢測(cè)的結(jié)構(gòu)表面，施加瞬時(shí)沖擊力，力的方向需要與結(jié)構(gòu)面保持垂直，這樣會(huì)產(chǎn)生瑞雷波面，其主要是以振源為中心，同時(shí)具備多種不同的頻率，通過在不同位置施力的方式，可以得到不同的瑞雷波面信號(hào)，配合安裝在相應(yīng)位置的傳感器設(shè)備，可以檢測(cè)瑞雷波的頻率，確定不同深度分層介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)。對(duì)比常規(guī)檢測(cè)技術(shù)，頻譜分析技術(shù)有著更高的檢測(cè)頻率和更快的檢測(cè)速度，可以對(duì)道路橋梁中不同分層介質(zhì)的層間接觸情況以及厚度均勻性進(jìn)行檢測(cè)。

4 結(jié)語

總而言之，道路橋梁檢測(cè)工作與其質(zhì)量和安全密切相關(guān)，需要得到足夠的重視。將無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到道路橋梁檢測(cè)中，可以取得良好的檢測(cè)效果，能夠找出結(jié)構(gòu)中存在的缺陷和病害，在保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的同時(shí)，延長(zhǎng)其使用壽命。從檢測(cè)人員的角度來說，需要熟悉無損檢測(cè)技術(shù)的方法和原理，對(duì)照道路橋梁的實(shí)際情況選擇恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)，保障檢測(cè)結(jié)果的有效性。