探索高速公路橋梁檢測(cè)技術(shù)

王 君

(江蘇高速公路工程養(yǎng)護(hù)有限公司，江蘇 淮安 223001)

探索高速公路橋梁檢測(cè)技術(shù)

王 君

(江蘇高速公路工程養(yǎng)護(hù)有限公司，江蘇 淮安 223001)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和高速公路建設(shè)事業(yè)的不斷進(jìn)步，交通荷載不斷增加，高速公路橋梁上出現(xiàn)了很多的病害，如果不及時(shí)采取有效的識(shí)別和應(yīng)對(duì)措施，則可能會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。本文將對(duì)高速公路橋梁缺陷檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上提出一些建設(shè)性建議，以供參考。

高速公路 橋梁 檢測(cè)技術(shù)

檢查檢測(cè)是高速公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作的重要內(nèi)容，通過(guò)檢測(cè)及時(shí)掌握高速公路橋梁病害和缺陷，并對(duì)病害產(chǎn)生的原因正確分析和診斷，才能找到針對(duì)性的養(yǎng)護(hù)和管理措施，才能確保我國(guó)高速公路建設(shè)事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1、高速公路橋梁缺陷檢測(cè)

第一，內(nèi)部缺陷檢測(cè)。對(duì)于高速公路橋梁混凝土構(gòu)件而言，常見(jiàn)的問(wèn)題和缺陷主要表現(xiàn)為裂縫、剝落、空洞、碎裂、層離、蜂窩狀以及環(huán)境性侵蝕和鋼筋銹蝕等。對(duì)于鋼筋混凝土高速公路橋梁的一些缺陷和問(wèn)題而言，僅憑外觀的檢查難以全面認(rèn)知橋梁病害的原因的，因此需采用有效的監(jiān)測(cè)手段來(lái)實(shí)施。在當(dāng)前形勢(shì)下，常用的檢查手段和方法主要有聲波驗(yàn)測(cè)法、超聲波檢測(cè)法以及雷達(dá)驗(yàn)差等技術(shù)手段。同時(shí)，還可采用施工錘、或者采用敲擊構(gòu)件的方式，通過(guò)聲音來(lái)了解構(gòu)件損壞度；采用脈沖雷達(dá)折射電磁回波方法，對(duì)瀝青覆蓋的鋼筋混凝土橋梁面板進(jìn)行檢查；利用超聲波脈沖速度手段，探查橋梁焊縫、鋼材以及混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫、空洞以及夾渣等。

第二，外觀檢測(cè)。高速公路橋梁外觀檢查是一個(gè)非常重要的檢測(cè)程序，通常出現(xiàn)病害問(wèn)題時(shí)會(huì)有表象。實(shí)踐中，可以通過(guò)外觀檢測(cè)查證其原因，整理出應(yīng)對(duì)措施和方法。外觀檢查過(guò)程中，根據(jù)高速公路橋梁橋型，確立所要調(diào)查的重點(diǎn)，比如橋梁跨中區(qū)域的裂縫、撓度以及橋梁構(gòu)件外觀質(zhì)量等，仔細(xì)檢查橋梁端部位置是否有斜裂縫。對(duì)于拱橋而言，需檢測(cè)的內(nèi)容是橋拱軸線橫縱坐標(biāo)、拱頂下緣以及拱腳裂縫等。

2、高速公路橋梁損傷識(shí)別檢測(cè)

2.1高速公路橋梁損傷識(shí)別措施

首先，動(dòng)力指紋法。通過(guò)分析與橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性相關(guān)的動(dòng)力指紋法的變化，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)真實(shí)情況進(jìn)行判斷。其次，模型修正法。采用直接、間接的測(cè)量資料，通過(guò)條件優(yōu)化約束，修正橋梁結(jié)構(gòu)模型剛度分布，以此來(lái)獲得橋梁結(jié)構(gòu)剛度變化數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的損傷判別及其定位。最后，人工神經(jīng)網(wǎng)格法。通過(guò)對(duì)人腦神經(jīng)網(wǎng)格的簡(jiǎn)化、模擬和抽象化。

2.2高速公路橋梁損傷檢測(cè)

在此過(guò)程中，主要有兩種方法，即振動(dòng)模態(tài)測(cè)量方法、應(yīng)變模態(tài)測(cè)量。第一種方法，通過(guò)高速公路橋梁動(dòng)態(tài)測(cè)試，對(duì)損傷造成的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行檢測(cè)，并以作為損傷評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)。其中，檢測(cè)要素有激振方法、動(dòng)測(cè)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)、傳感器以及數(shù)據(jù)采集和模態(tài)分析。實(shí)踐中常用的激振法有自振法、隨機(jī)激勵(lì)法以及共振法，其主要是利用行駛在高速公路橋梁上的車輛振動(dòng)脈沖使橋跨結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)。第二，應(yīng)變模態(tài)測(cè)量。對(duì)每階位移模態(tài)，必有對(duì)應(yīng)固有應(yīng)變分布狀態(tài)，該種固有應(yīng)變分布狀態(tài)即為應(yīng)變模態(tài)，其所反映的是結(jié)構(gòu)特征。對(duì)于高速公路橋梁結(jié)構(gòu)損傷而言，振動(dòng)模態(tài)測(cè)量法是一種非常好的測(cè)量評(píng)估方法，采用應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)作為結(jié)構(gòu)損傷敏感參數(shù)。采用該種檢測(cè)方法對(duì)高速公路橋梁結(jié)構(gòu)損傷情況進(jìn)行評(píng)估，雖然難度比較大，但卻是值得探索的檢測(cè)技術(shù)方向。

3、新興高速公路橋梁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)方法

對(duì)于傳統(tǒng)檢測(cè)方法而言，通常只是對(duì)高速公路橋梁外觀、部分內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，雖然可在一定程度上判斷橋梁局部構(gòu)件、節(jié)點(diǎn)損傷問(wèn)題，但是卻難以全面、準(zhǔn)確地反映出該橋梁整體健康情況。對(duì)于高速公路橋梁結(jié)構(gòu)的服役期限、安全耐久性等，都難以作出科學(xué)、準(zhǔn)確的評(píng)估，而且可能會(huì)對(duì)高速公路橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的不利影響。針對(duì)這一問(wèn)題，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外加快了高速公路橋梁檢測(cè)技術(shù)研發(fā)速度，近年來(lái)國(guó)內(nèi)高速公路橋梁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)發(fā)展非常的快，已經(jīng)比較成熟的檢測(cè)技術(shù)主要表現(xiàn)為超聲檢測(cè)技術(shù)、紅外檢測(cè)技術(shù)、聲發(fā)射技術(shù)、自然電位檢測(cè)技術(shù)、沖擊回波檢測(cè)技術(shù)、x射線檢測(cè)技術(shù)、光干涉技術(shù)以及脈沖雷達(dá)技術(shù)和振動(dòng)試驗(yàn)分析技術(shù)等。

3.1無(wú)損檢測(cè)法

對(duì)于機(jī)敏混凝土而言，即在混凝土中適量地加入一些短切碳纖維、或者納米粒子，這樣可以使混凝土具有一定的壓敏特性，而且力學(xué)性能也會(huì)提高。對(duì)于機(jī)敏混凝土壓敏特性而言，即機(jī)敏混凝土電阻會(huì)隨著壓應(yīng)力變化而改變其特性，通過(guò)對(duì)碳纖維混凝土的電阻變化進(jìn)行測(cè)量，即可判斷混凝土的應(yīng)力。同時(shí)，機(jī)敏混凝土本身還具有非常高的應(yīng)力強(qiáng)度，變形能力非常的強(qiáng)，因此其既可作為傳感器埋在高速公路橋梁或者隧道混凝土結(jié)構(gòu)之中，對(duì)結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)（其耐久性與高速公路橋梁或者隧道混凝土結(jié)構(gòu)基本一致）；又可作為混凝土結(jié)構(gòu)材料制作高速公路橋梁或者隧道構(gòu)件。對(duì)于聲發(fā)射(簡(jiǎn)稱 AE)技術(shù)而言，其作為一種先進(jìn)技術(shù)手段和科研課題，事實(shí)上早在上世紀(jì)50年代就開(kāi)始被研究。實(shí)踐中可以看到，聲發(fā)射現(xiàn)象具有不可逆效應(yīng)；該種技術(shù)可用于物探檢測(cè)，即根據(jù)待測(cè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)出的應(yīng)力波，可以直接判斷出該物探內(nèi)部損傷程度，是一種新型的、動(dòng)態(tài)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)手段。聲發(fā)射技術(shù)，可在高速公路橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部、存在缺陷的地點(diǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。

3.2無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展

基于光纖、微傳感器技術(shù)，目前已經(jīng)研制出光纖測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)的應(yīng)用可對(duì)新澆筑的橋梁構(gòu)件混凝土中的空隙實(shí)現(xiàn)無(wú)損檢測(cè)。在此過(guò)程中，光纖光柵將被用于遙測(cè)變形，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)混凝土構(gòu)件實(shí)施監(jiān)測(cè)；同時(shí)，該種及時(shí)還可以用于測(cè)量那些材料失效、或者混凝土結(jié)構(gòu)的碳化深度、氯滲透以及裂紋開(kāi)展等。高速公路橋梁橋面板檢測(cè)系統(tǒng)，所涉及的技術(shù)手段主要有雙帶遠(yuǎn)紅外熱成像系統(tǒng)以及地面滲透雷達(dá)等。對(duì)疲勞裂紋探測(cè)以及評(píng)估系統(tǒng)而言，其主要包括高速公路橋梁裂紋超聲波及磁分析儀、便攜式聲發(fā)射、熱成像以及無(wú)線應(yīng)變測(cè)量等系統(tǒng)，同時(shí)還應(yīng)用了微波探測(cè)以及定量分析和電磁聲發(fā)射傳感器等設(shè)備。銹蝕探測(cè)以及評(píng)估技術(shù)，主要有磁漏探測(cè)技術(shù)探測(cè)先張法壓漿空隙的沖擊—反射系統(tǒng)埋入式銹蝕微傳感器，同時(shí)還包括以磁為核心的測(cè)量系統(tǒng)。橋梁測(cè)試以及健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即全橋監(jiān)測(cè)的無(wú)線電發(fā)送、CPS測(cè)量橋梁變形等。磁力控制傳感器，通過(guò)線圈、偏磁之間的混合，可制作出有效的傳感器，其成本低、簡(jiǎn)單結(jié)實(shí)，能夠有效地應(yīng)用在預(yù)應(yīng)力筋斷裂、銹蝕以及混凝土養(yǎng)護(hù)問(wèn)題監(jiān)測(cè)等方面。采用強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)法，可以對(duì)高速公路橋梁下部位置進(jìn)行定量評(píng)估；利用激光振動(dòng)計(jì)，可以準(zhǔn)確測(cè)量出斜拉索索力，并且綜合應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)手段與橋梁處理系統(tǒng)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)高速公路橋梁的有效管護(hù)。

結(jié)語(yǔ)：總而言之，隨著現(xiàn)代高速公路工程項(xiàng)目建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，高速公路橋梁檢測(cè)工作的意義日漸凸顯出來(lái)，這不僅是確保橋梁工程施工質(zhì)量評(píng)定效果的重要參考依據(jù)，而且還是影響我國(guó)現(xiàn)代高速公路建設(shè)事業(yè)發(fā)展的重要原因。通過(guò)對(duì)現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)高速公路橋梁檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐來(lái)看，依然還存在著一些問(wèn)題與不足，因此我們應(yīng)當(dāng)立足實(shí)際，結(jié)合高速公路橋梁工程特點(diǎn)，不斷創(chuàng)新和改進(jìn)現(xiàn)有的檢測(cè)技術(shù)和方法，只有這樣才能為我國(guó)高速公路建設(shè)事業(yè)的發(fā)展保駕護(hù)航。

[1] 謝中堯.論公路橋梁的檢測(cè)及技術(shù)應(yīng)用[J].建材與裝飾(中旬刊). 2008(04)

[2] 尉翠蘭,汪河山,陳偉.公路工程管理的試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)[J].中國(guó)水運(yùn)(理論版). 2007(06)

[3] 盧紅斌.公路橋梁試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)及應(yīng)用[J].科技咨詢導(dǎo)報(bào). 2006(20)

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1007-6344（2015）03-0167-01