超聲波檢測啞鈴型鋼管混凝土密實度

田 壽

(河北遠洲工程咨詢有限公司，河北 石家莊 050035)

超聲波檢測啞鈴型鋼管混凝土密實度

田 壽

(河北遠洲工程咨詢有限公司，河北 石家莊 050035)

結合工程實例，對超聲波檢測鋼管混凝土密實度的方法及原理進行了分析，為適應啞鈴型截面拱肋的檢測，對常規檢測方法進行了改進，實踐證明改進后的檢測方法精確可行。

超聲波，檢測，鋼管混凝土，啞鈴型截面，密實度

1 工程概述

某特大橋主橋采用下承式鋼管混凝土系桿拱跨越南水北調暗渠，計算跨徑140 m，計算矢高30 m，拱軸線采用拋物線。上部結構為兩榀鋼管混凝土拱，拱肋采用外徑1 300 mm，壁厚18 mm鋼管混凝土啞鈴型截面，上下弦管中心距2.2 m，拱肋截面高3.5 m，寬1.3 m。拱肋上下弦管連接綴板厚18 mm，綴板間距700 mm。鋼管采用18 mm厚Q345d鋼板在工廠分段卷制焊接成型，鋼管拱肋內混凝土為C50微膨脹混凝土。

為了了解鋼管內混凝土的泵注密實性以及混凝土與鋼管內壁的膠結質量，采用超聲波法對該橋主拱肋鋼管混凝土的施工質量進行無損檢測。

2 檢測方法和原理

鋼管混凝土拱橋的施工多采用壓入法，由拱腳向拱頂泵送坍落度較大的微膨脹混凝土[1]。隨著施工工藝的日趨成熟，混凝土內部的缺陷情況得到了有效的控制，常見的鋼管混凝土缺陷主要有混凝土內部不密實、空洞、鋼管與混凝土膠結不良等。

檢測鋼管混凝土缺陷的方法，最簡單的為敲擊法，通過敲擊鋼管所發出的聲音來判斷鋼管混凝土內部質量，但是由于缺乏理論依據只能作為輔助手段，目前最主要的檢測方法為超聲波法[4]。

超聲波在鋼管混凝土中傳播方式一般認為有4種方式，如圖1所示[3]。當混凝土與鋼管膠結良好，且混凝土質量較好時，超聲波傳播有2種途徑(如圖1a)所示)：1)超聲波由發射探頭發出，通過一側鋼管壁，沿直徑穿過混凝土，再通過另一側鋼管壁，到達接收探頭，直線傳播，聲時值t1；2)超聲波由發射探頭發出，沿鋼管壁繞射至接收探頭，弧線傳播，聲時值t2。則:

(1)

(2)

若鋼管壁相對于管徑較小，可略去鋼管壁厚范圍內，超聲波在鋼材中傳播和在混凝土中傳播的聲時差tΔ：

(3)

則：

(4)

其中，t1為超聲波直線傳播聲時值；t2為超聲波沿鋼管壁繞射傳播聲時值；tΔ為鋼管壁厚范圍內，超聲波在鋼材中傳播和在混凝土中傳播的聲時差；B為鋼管壁厚；D為鋼管外直徑；Vg為鋼材聲速；Vh為混凝土聲速。

采用首波聲時法進行判斷混凝土質量的前提是t1≤t2。即：

(5)

得：

Vh≥0.637Vg。

(6)

若管內混凝土聲速低于0.637倍的鋼管中的聲速時，首波通過鋼管壁到達接收探頭，則不能用首波聲時法判斷內部混凝土質量。鋼管聲速取5.7 km/s，則混凝土聲速大于3.63 km/s，即滿足測試條件。

如果混凝土脫離管壁如圖1b)所示、混凝土中存在空洞如圖1c)所示或其他復雜情況如圖1d)所示時，測得的聲時值將大于鋼管拱密實時的聲時值。

依據有關規范[2]，鋼管混凝土檢測應采用徑向對測的方法，如圖2a)所示，但大跨徑鋼管混凝土多采用啞鈴型截面，如圖2b)所示，其拱肋上下弦管之間設置連接綴板并灌注混凝土，上弦管的底部和下弦管的頂部無法布置檢測探頭，而鋼管頂部又是管壁與混凝土膠結不良的多發部位。因此，針對啞鈴型截面拱肋的特點，筆者對檢測探頭的布置進行了調整，每個測試面布置7條測線，如圖2c)，圖2d)所示。

(7)

(8)

(9)

對于該橋具體尺寸見圖3，鋼管外直徑D=1 300 mm，連接綴板間距E=700 mm，鋼管聲速取5.7 km/s，代入式(9)，則混凝土聲速大于4.25 km/s，即滿足測試條件。鋼管拱內混凝土強度等級一般為C50，其聲速多在4.5 km/s以上，能滿足測試條件。

3 檢測結果與分析

測試時，選取兩端拱腳和八分點作為測試斷面，見圖4，部分測試結果見表1。各測試斷面水平測線聲時值較低，且比較穩定，計算其平均聲速，與施工預留混凝土試塊實測聲速進行比較，二者基本一致，可以判定水平方向混凝土是密實的。由測試結果可知，左拱肋3L/8，L/2，3L/4和右拱肋5L/8截面上弦管頂部局部結合不密實，左拱肋5L/8和右拱肋3L/4截面下弦管頂部局部結合不密實。對結合不密實部位，現場鉆孔檢測，結果與超聲檢測一致。

表1 實測超聲聲時值 μs

4 結語

采用超聲波技術對鋼管混凝土拱橋的缺陷進行檢測，用超聲聲速參數評價鋼管混凝土的密實度是有效可行的。 本文作者提出了一種有效的啞鈴型截面鋼管混凝土拱橋現場超聲波檢測的方法，該方法運用簡捷且具有較高的準確性。

[1] CECS 28∶2012，鋼管混凝土結構設計與施工規程[S].

[2] CECS 21∶2000，超聲法檢測混凝土缺陷技術規程[S].

[3] 劉永前,張彥兵,鄒振祝.超聲波檢測鋼管混凝土拱橋密實度的試驗研究[J].北方交通大學學報,2004,28(4)：54-57.

[4] 肖云風,周先雁.鋼管混凝土質量的無損檢測[J].無損檢測，2009,31(5)：356-359.

Using ultrasonic wave detection of dumbbell shaped steel pipe concrete compactness

TIAN Shou

(HebeiYuanzhouEngineeringConsultingLimitedCompany,Shijiazhuang050035,China)

Combining with engineering example, this paper analyzed the method and principle using ultrasonic wave detection of dumbbell shaped steel pipe concrete compactness, in order suitable for dumbbell shaped section arch rib detection improved the conventional detection methods, the practice proved that the improved accurate and feasible detection methods.

ultrasonic wave, detection, steel pipe concrete, dumbbell shaped section, compactness

1009-6825(2014)30-0179-03

2014-08-10

田 壽(1980- )，男，工程師

U448.34

A