混凝土無損檢測技術應用
——以沙特阿美項目為例

陳利 付文金

（1 中交四航局第二工程有限公司；2 中交四航工程研究院有限公司）

根據(jù)相關資料及文獻，無損檢測技術（Non-Destructive Testing）在土木工程領域扮演著至關重要的角色[1-6]，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：結構健康監(jiān)測和診斷、質(zhì)量控制與技術評估、確保強度與耐久性、損害評估以及材料特性分析。這些技術不僅有助于提升建筑結構的安全性和可靠性，還對維護和提高工程質(zhì)量、延長建筑壽命以及支持可持續(xù)發(fā)展具有顯著作用。

隨著科技的發(fā)展，混凝土無損檢測技術[7-10]從最初的視覺檢查和敲擊聽聲法，逐步發(fā)展為更先進的方法，如超聲波檢測、地面穿透雷達（GPR）和電磁波檢測等。這些先進技術提升了檢測的準確性和效率，能夠有效檢測混凝土結構內(nèi)部的裂縫、空洞和腐蝕等問題，對保障建筑和基礎設施的安全性至關重要。

本文以中交四航局沙特阿美吉贊項目群為例，介紹兩種混凝土無損檢測技術的應用實例。第一種是應用于吉贊商業(yè)港浮碼頭浮臺的GPR 雷達檢測技術，第二種是用于立交橋項目預應力后張法預制I 梁孔道灌漿的相控陣超聲成像技術。通過深入研究這兩種檢測方法，本文旨在為類似的混凝土工程提供檢測參考，并探討混凝土無損檢測技術的未來發(fā)展方向。兩種方法。

1 GPR探地雷達技術

1.1分項工程概況

沙特阿美吉贊商業(yè)港拖輪碼頭采用了浮碼頭的設計形式，拖輪碼頭共設置了5 個泊位，每個泊位長40m。每個泊位由兩個長20m、寬7.7m、高1.3m 的大型浮臺組成，此外還配有一個長10m、寬3.5m、高1.3m 的小型浮臺，用于連接登船梯。浮臺內(nèi)部主要由聚苯乙烯泡沫塊和鋼筋組成。聚苯乙烯泡沫塑料的密度為15kg/m3，是一種敏感而柔軟的材料。泡沫塊被牢固地放置在浮臺的縱向和橫向墻之間。泡沫塊的尺寸在2m×（3～2.5）m×3.2m 之間，底標高與側墻底標高相同，底部保持開放狀態(tài)。泡沫塊只被混凝土側墻包封，以確保浮臺的浮力和結構穩(wěn)定性。基于結構特殊且經(jīng)驗較少，為了掌握浮臺澆筑混凝土密實及掌握澆筑后鋼筋的位移情況，計劃選擇無損方法進行檢測，經(jīng)過評估確定采用GPR 雷達技術。

1.2方法介紹

地面穿透雷達（GPR）是一種利用電磁波探測結構的技術。它使用一個天線（包含一個發(fā)射器和接收器，二者間隔固定距離），向結構發(fā)送電磁波，然后接收不同電性材料界面反射回來的能量。反射的能量被記錄為“圖案”，即實時顯示的雷達圖。GPR 數(shù)據(jù)可以提供3D 和2D視圖，對于確定混凝土結構中的鋼筋分布、混凝土覆蓋層厚度和空洞位置等具有重要作用。GPR 技術已廣泛應用于建筑和土木工程中，例如評估橋梁、道路、建筑物的結構完整性。

1.3儀器參數(shù)

本項目中使用的GPR 設備型號是德國生產(chǎn)的Hilti PS 1000 如圖1 所示，該設備既可以利用雷達定位技術來確定每個位置的鋼筋特性，如鋼筋間距和覆蓋層深度，又能通過三維空間掃描的方法來評估混凝土質(zhì)量，如空隙、空洞等Hilti PS 1000的技術參數(shù)如下：

圖1 Hilti PS 1000型設備

最大探測范圍：300mm

測量圖幅：0.6m×0.6m或1.2m×1.2m

定位精度：± 10mm

深度指示精度：小于100mm 時精度為±10mm；大于100mm時精度為±15%。

1.4試驗布置

現(xiàn)場選取澆筑完成的試驗大浮臺，根據(jù)浮臺規(guī)格和儀器參數(shù)，在浮臺上按照1.2m×1.2m 圖幅選取10 個檢測區(qū)域，如圖2所示：

圖2 浮臺GPR試驗測區(qū)布置

檢測順序為先每個圖幅對10 個單獨區(qū)域進行掃描，然后按照圖中所示Line1 到Line7 的方向進行斷面掃描。

1.5結果分析

根據(jù)電腦軟件處理，10 個單獨圖幅區(qū)域自動顯示為2D和3D視圖，以Lot#1為例，如圖3所示。

圖3 Lot#1 2D及3D視圖

7 條測線自動顯示為2D 視圖，以Line 7 為例，如圖4所示。

圖4 Line7 2D視圖

根據(jù)反射波電腦數(shù)據(jù)處理后，10 個測區(qū)的鋼筋間距及保護層厚度如表1所示。

表1 Lot#1至Lot#10區(qū)鋼筋間距和保護層厚度

7條測線的空洞數(shù)量及位置如表2所示。

表2 Line 1至Line 7空洞數(shù)量及位置

綜合分析，鋼筋間距及保護層厚度符合相關要求。盡管在方向掃描線中觀察到可能與有限空洞相關的反射，但在其他位置未發(fā)現(xiàn)明顯的高幅度反射，可以判定混凝土結構的完整性較好,為后續(xù)成功批量預制浮臺提供了理論依據(jù)。

2 相控陣超聲波成像技術

2.1分項工程概況

沙特阿美吉贊立交橋項目主要工程為IC2與IC3兩座互通立交，項目位置較為平坦。含有橋梁4 座，跨度最大29.4m，設計采用后張預應力I梁結構，本工程橋梁預制共計I 型梁92 榀，其中29.4m 梁24 片、梁高1.6m，28.4m 梁24 片、梁高1.6m，19.6m 梁24 片、梁高1.6m，20.45m 梁20 片、梁 高1.145m。I 梁 預 應 力 管 道 采 用HDPE管成孔，HDPE管道從廠家訂制，安裝時HDPE管接頭處用膠帶包裹，保證接縫完好，防止管道漏漿。單片梁張拉全部完成后，進行孔道壓漿，孔道灌漿的質(zhì)量決定預應力混凝土結構安全、可靠和經(jīng)久耐用的關鍵步驟。技術規(guī)格書要求承包商在試驗梁施工時需要把預制梁切開觀察孔道壓漿質(zhì)量，會造成工期增加，成本增加等風險，經(jīng)過與咨工溝通，擬采用無損檢測技術進行。

關于預應力管道壓漿的無損檢測技術，主要包括沖擊回波法、超聲波探測法、電磁波探測法（如GPR），以及紅外熱成像檢測法，經(jīng)過對比評估與研究，采用相控陣超聲波成像技術進行無損檢測。

2.2方法介紹

相控陣超聲成像技術是一種適用于混凝土結構檢測的先進無損檢測方法。它以其高效性、靈活性和快速性而著稱，尤其在識別混凝土結構中的缺陷方面表現(xiàn)出色。該技術的核心在于它使用由多個元件構成的換能器陣列，結合多聲束掃描成像技術。通過對超聲波的相位進行精確控制，相控陣技術能夠在特定的聲域內(nèi)集中超聲波束，從而提高了對細微缺陷的檢測能力。此外，相控陣超聲成像技術通過改變陣列的激勵時序，可以在聲場中形成不同的空間聚焦點，實現(xiàn)更廣泛區(qū)域的探測。這一特點使得它成為檢測混凝土結構缺陷的理想選擇。在實際應用中，例如在裝配式建筑項目中，該技術已成功用于檢測鋼筋混凝土疊合板構件的內(nèi)部缺陷，如膠結不良、內(nèi)部空洞等問題。

2.3儀器參數(shù)

本項目中使用的是Proceq Pundit 250 Array 儀器，這款設備是一種8 通道剪切波換能器陣列，一個通道用于發(fā)送聲波脈沖，其余7 個通道接收。Pundit 250 Array的技術參數(shù)如下：

增益：0～80dB

模擬帶寬：15kHz～100kHz

標稱換能器頻率：50kHz剪切波

范圍/分辨率：0～1000μs/1μs

脈沖電壓：±150V

脈沖形狀：方波

脈沖延遲：8ms～200ms

通道數(shù)：8

2.4試驗布置

在G36-284 試驗梁上根據(jù)孔道壓漿位置選取10 個測區(qū)，每個測區(qū)長度2m～3m長，如圖5所示：

圖5 測區(qū)布置圖

2.5結果分析

試驗后經(jīng)過計算機軟件處理，顯示超聲波信號視圖，以Lot #5號為例，如圖6所示。

圖6 Lot#5 成像圖

根據(jù)超聲波信號圖顯示，反射信號在80cm 左右清晰可見，鋼筋保護層厚度50mm～60mm，灌漿波紋管位置在25cm 左右，均與圖紙一致，波紋管管內(nèi)灌漿信號微弱，無明顯信號，可以判定孔道壓漿完整、飽滿，灌漿質(zhì)量良好，在后續(xù)正式施工時同時用此方法進行抽查試驗，節(jié)約成本，不影響施工工期，為立交橋項目的按時完工奠定了條件，獲得了阿美業(yè)主的一致好評。

3 結語

本文深入分析了沙特阿美吉贊項目群中應用的兩種混凝土無損檢測技術：地質(zhì)雷達（GPR）技術和相控陣超聲成像技術。地質(zhì)雷達（GPR）技術在吉贊商業(yè)港浮碼頭分項中準確地識別了混凝土結構內(nèi)部的鋼筋布局和潛在缺陷，判定了浮臺混凝土結構的完整性；相控陣超聲成像技術在立交橋項目中有效地評估了預應力后張法預制I 梁的孔道灌漿質(zhì)量，判定孔道壓漿完整、飽滿，灌漿質(zhì)量良好，并為項目節(jié)約了成本和縮短工期。證明了在復雜和挑戰(zhàn)性的工程環(huán)境中，無損檢測技術的有效性和可靠性，而且為國內(nèi)外的工程檢測專業(yè)人員提供參考和啟示。隨著科技的不斷進步和人工智能技術的發(fā)展，期望未來無損檢測技術能在更多領域發(fā)揮其獨特的價值，為工程安全和質(zhì)量保障作出更大的貢獻。