淺析道路工程現(xiàn)場(chǎng)回音檢測(cè)程序

馮斌杰

摘要：近年來道路工程質(zhì)量?jī)?yōu)略已成為備受關(guān)注的問題，做好道路工程的檢測(cè)工作是工程質(zhì)量的重要保障。文章從實(shí)際工作出發(fā)對(duì)道路工程現(xiàn)場(chǎng)回音檢測(cè)程序進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：道路工程；現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)；回音檢測(cè)

中圖分類號(hào)：TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）09-0106-02

1 儀器設(shè)備

敲擊回音試驗(yàn)系統(tǒng)，由四個(gè)主要元件組合而成：敲擊源、接收器、筆記型電腦和內(nèi)接A∕D（Analog to Digital）卡之筆記型電腦擴(kuò)充盒，茲分別說明如下：

1.1 敲擊源

敲擊源的選定為敲擊回音試驗(yàn)系統(tǒng)成敗之一個(gè)重要因素。一個(gè)彈性敲擊的力和時(shí)間之關(guān)系，可近似地被模擬成一個(gè)半週期的正弦函數(shù)，且此敲擊的延續(xù)時(shí)間（Duration）稱為〝接觸時(shí)間〞。敲擊的接觸時(shí)間將決定所激發(fā)之應(yīng)力波的頻率含量，較短接觸時(shí)間之敲擊含有頻率較高（波長(zhǎng)較短）之應(yīng)力波，測(cè)試薄物體及偵測(cè)小瑕疵需要此種高頻率波。含有足夠波動(dòng)振幅的最高頻率波之頻率，約略等于接觸時(shí)間倒數(shù)之1.5倍（即1.5∕tc）。敲擊的接觸時(shí)間長(zhǎng)短，受敲擊器的尺寸、質(zhì)量及接觸物體的表面狀況所影響；敲擊在一平滑且剛硬的表面上，將可得到一個(gè)比敲擊在粗糙表面相對(duì)較短的接觸時(shí)間；小直徑（2.5～12mm）的鋼珠即可為一個(gè)很好的敲擊源，其所造成的接觸時(shí)間約介于10×10-6至80×10-6秒（10至80μs）。試驗(yàn)的接觸時(shí)間，可大約由記錄到之波形中，而量測(cè)估得因表面波經(jīng)過所造成的向下位移歷經(jīng)時(shí)間。

1.2 接收器

目前敲擊回音法所採用的接收器，為一種寬頻的位移接收器，其與物體表面的接觸時(shí)間，為一種很小成倒錐體形之壓電材料；因此，可視為類似點(diǎn)之接觸，所反應(yīng)出來之訊號(hào)與垂直表面位移量成正比。介于壓電材料及混凝土表面間，使用一小片的薄鉛片來完成接收器與粗糙的混凝土表面緊密壓合；因此，無須使用接合液或?qū)Ρ砻孀魈貏e磨平處理。

1.3 類比/數(shù)位轉(zhuǎn)換卡（Analog to Digital）：

接收器接收連續(xù)之類比（Analog）訊號(hào)時(shí)，必須由A/D卡抓取并轉(zhuǎn)換成不連續(xù)之?dāng)?shù)位（Digital）之訊號(hào)，以便后續(xù)之訊號(hào)處理、分析及儲(chǔ)存。本研究所使用之A/D卡，提供兩個(gè)BNC插槽以外接接收器，資料的擷取最高速率為3MHz，解析度為12bits，其描述之電壓伏特?cái)?shù)可調(diào)整為+/-10mV、+/-20mV、+/-50mV、+/-100mV、+/-200mV、+/-500mV、+/-1V、+/-2V、+/-5V、+/-10V與、+/-20V，且兩個(gè)Channel可分別設(shè)定電壓伏特?cái)?shù)。

1.4 筆記型電腦

A/D卡轉(zhuǎn)換完成之?dāng)?shù)位訊號(hào)，可透過軟體抓取到記憶體中后再進(jìn)行訊號(hào)處理、分析或儲(chǔ)存于硬碟裡。另本研究所使用的軟體為Sino-NDT，其主要方法是藉由接收器所接收表面位移訊號(hào)，提供自動(dòng)波到判讀和快速傅利葉轉(zhuǎn)換（FFT），以可立即求得AC混凝土P波波速及版厚。

2 敲擊回音檢測(cè)程序

敲擊回音法量測(cè)P波波速及混凝土版厚度方法。

步驟一：表面p波速度之量測(cè)

試體表面p波波速之量測(cè)，參照ASTM縱波波速量測(cè)之方法。

在已知之距離（Hp）置放兩接收器，并在與兩接收器同一直線上距離第一接收器適當(dāng)距離Ho處給一敲擊源，由于P波波速最快，到達(dá)所引起物體表面之質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向平行于表面，由于柏松比效應(yīng)引起的垂直變位將最先在接收器造成擾動(dòng)；因此兩接收分別會(huì)接收到表面P波到達(dá)時(shí)所造成之表面位移擾動(dòng)訊號(hào)；第一接收器量到的位移波形之起始位移對(duì)應(yīng)之時(shí)問值為t1；同樣第二位移波形亦可得表面P波到達(dá)之時(shí)問值為t2，此二個(gè)時(shí)間值的差值即為表面P波在已知距離（Hp）間傳動(dòng)所需時(shí)間，因此表面P波速度（Cp）就等于此已知距離除于二時(shí)問值的差值，利用下列公式來計(jì)算表面P波波度：Cp=HP/（t2-t1）

步驟二：厚度頻率之量測(cè)

利用ASTMC1383法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)AC混凝土鋪面進(jìn)行厚度量測(cè)，首先進(jìn)行縱波波速之量測(cè)，儀器配置及試驗(yàn)之進(jìn)行如表面P波速度量測(cè)所述，得到P波波速。接著再進(jìn)行敲擊回音試驗(yàn)，于瀝青混凝土表面施予一敲擊源，并在距雛0﹒05m處放置位移接收器，接收器所監(jiān)測(cè)到的位移波形，經(jīng)FFT后產(chǎn)生頻譜，圖中有明顯的一個(gè)高振幅尖峰，此乃由應(yīng)力波在混凝土頂面及底面來回傳動(dòng)所造成之厚度頻率（ft）。

步驟三：AC混凝土厚度之計(jì)算

將所得上述步驟所量測(cè)之P波波速及版厚頻率值代入公式計(jì)算，可求出現(xiàn)場(chǎng)混凝土版之厚度。

3 鉆心驗(yàn)證程序

本研究除以敲擊回音法之非破壞方式量測(cè)路面AC厚度外，另對(duì)敲擊點(diǎn)作現(xiàn)場(chǎng)鉆心取樣，以比對(duì)本法與實(shí)務(wù)應(yīng)用之可行性，下茲說明鉆心驗(yàn)證程序：

3.1 測(cè)點(diǎn)規(guī)劃怖設(shè)

（1）某路堤工程現(xiàn)場(chǎng)鉆心怖設(shè)全區(qū)長(zhǎng)1200米，其中有300米未鋪設(shè)瀝青混凝土，每縱距50米之以敲擊回音法檢測(cè)厚度處，鉆心取樣一孔作為驗(yàn)證，全區(qū)共計(jì)

17孔。

（2）某路堤工程現(xiàn)場(chǎng)鉆心怖設(shè)全區(qū)長(zhǎng)1200米，其中有400米未鋪設(shè)瀝青混凝土，每縱距50米之以敲擊回音法檢測(cè)厚度處，鉆心取樣一孔作為驗(yàn)證，全區(qū)共計(jì)

15孔。

（3）某路堤工程現(xiàn)場(chǎng)鉆心怖設(shè)全區(qū)長(zhǎng)2300米，其中有100米因跨越大峰橋未鋪設(shè)瀝青混凝土，每縱距200米之以敲擊回音法檢測(cè)厚度處，鉆心取樣一孔作為驗(yàn)證，全區(qū)共計(jì)13孔。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)鉆心取樣

現(xiàn)場(chǎng)鉆心現(xiàn)場(chǎng)鉆心取樣之主要設(shè)備為直徑10cm鉆石鉆頭之鉆心機(jī)，根據(jù)CNS1238有關(guān)規(guī)范之規(guī)定，鉆心試體之直徑不得小于5cm，茲說明現(xiàn)場(chǎng)鉆心取樣步驟

如下：

（1）將直徑之10cm鉆石鉆頭安裝至鉆心機(jī)上，并加以鎖緊，另將水管接至鉆心機(jī)，一端放入已注滿水之水桶中。

（2）選取欲鉆設(shè)位置（最好在預(yù)固定位置周圍）。

（3）將6分鉆頭安裝至電鉆上，加以鎖緊后，開啟電源開始施鉆，針對(duì)AC混凝土面施鉆，俟孔深大于擴(kuò)座螺栓長(zhǎng)度時(shí)停止，拔出電鉆鉆頭并清理孔中AC混凝土

碎屑。

（4）將5分?jǐn)U座螺栓以鐵鎚打入，并將鉆心機(jī)底座孔洞對(duì)準(zhǔn)擴(kuò)座螺栓，再以固定螺絲加以緊密固定。

（5）開啟鉆心機(jī)電源，水即經(jīng)由水管抽至鉆心機(jī)鉆石鉆頭并加以濕潤(rùn)。

（6）旋轉(zhuǎn)鉆心機(jī)加壓桿對(duì)欲鉆地點(diǎn)緩慢施鉆（避免加壓過快產(chǎn)生“震刀現(xiàn)象”而導(dǎo)致鉆取面不平整）。

（7）即將到達(dá)所須深度時(shí)，則將鉆頭退出并以尺量尺寸，如達(dá)所須深度即將鉆頭退出并關(guān)閉電源，否則繼續(xù)施鉆直至達(dá)到所須長(zhǎng)度為止。

（8）將鋼絲索套八已鉆得之試體并加拉緊，冉將螺絲起子尖端插入試體與原混凝土塊問之縫隙，并以鐵鎚輕敲，使試體與原AC混凝上塊分離，再將鋼絲索連同試體取出，即取得欲鉆之試體。

（9）如欲鉆取其他試體僅須放鬆固定螺絲，再轉(zhuǎn)動(dòng)鉆心機(jī)方向到達(dá)事先選取位置，后將固定螺絲旋緊，即可繼續(xù)施鉆。

3.3 量取AC混凝土鉆心試體長(zhǎng)度

鉆心取樣直徑10cm試體，採1mm精度之鋼尺為量具，量測(cè)試體長(zhǎng)度。

比較1E量測(cè)厚度及AC混凝土鉆心試體長(zhǎng)度根據(jù)敲擊回音檢測(cè)程序，量測(cè)檢測(cè)點(diǎn)之IE量測(cè)厚度外，亦進(jìn)行該點(diǎn)現(xiàn)場(chǎng)AC混凝土構(gòu)造物鉆心取樣，以比較兩者之誤差。

4 結(jié)語

以上介紹為回音檢測(cè)法程序，道路工程中由于施工工期長(zhǎng)，環(huán)境復(fù)雜，而且施工場(chǎng)地跨度大，需要相關(guān)技術(shù)人員本著認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，切實(shí)做好道路質(zhì)量檢測(cè)以及質(zhì)量監(jiān)督管理，進(jìn)一步建立和完善工程質(zhì)量檢測(cè)體系和制度，改善檢測(cè)設(shè)備條件，堅(jiān)決避免檢測(cè)程序不規(guī)范與不合格材料的使用，消除道路公路工程中的質(zhì)量

隱患。