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

趙海新

摘?要：首先，簡(jiǎn)要介紹了我國公路橋梁建設(shè)的現(xiàn)狀。然后，從力學(xué)性能檢測(cè)和結(jié)構(gòu)缺陷檢測(cè)兩個(gè)方面論述了無損檢測(cè)技術(shù)在公路橋梁中的應(yīng)用，包括超聲波檢測(cè)技術(shù)、回彈檢測(cè)技術(shù)、射線檢測(cè)技術(shù)等。結(jié)論證明超聲波檢測(cè)技術(shù)可靠性最高，其他無損檢測(cè)方法有待進(jìn)一步發(fā)展。為了保證公路橋梁檢測(cè)的準(zhǔn)確性和公路橋梁的正常運(yùn)營(yíng)，應(yīng)采用多種無損檢測(cè)技術(shù)。

關(guān)鍵詞：公路橋梁;檢測(cè)技術(shù);無損檢測(cè)

近年來，無損檢測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于公路橋梁檢測(cè)中，主要用于檢測(cè)公路橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷，如磁通法、射線法、應(yīng)力釋放法、超聲波檢測(cè)法等。這些方法有效地促進(jìn)了我國公路橋梁檢測(cè)的進(jìn)步和養(yǎng)護(hù)管理的發(fā)展。

1?機(jī)械性能無損檢測(cè)技術(shù)

公路橋梁的強(qiáng)度是反映公路橋梁性能的最重要參數(shù)，對(duì)公路橋梁的養(yǎng)護(hù)和管理具有重要的參考價(jià)值。傳統(tǒng)的公路橋梁檢測(cè)技術(shù)是鉆孔取芯，這會(huì)直接損壞公路橋梁，而回彈法、超聲波回彈綜合法等無損檢測(cè)方法逐漸被廣泛應(yīng)用。 回彈法可以追溯到20世紀(jì)40年代，直到20世紀(jì)80年代，這種技術(shù)方法才被應(yīng)用到公路橋梁的強(qiáng)度中并逐漸得到改進(jìn)。回彈法設(shè)備簡(jiǎn)單，檢測(cè)效率高，檢測(cè)成本低，不會(huì)破壞原有混凝土結(jié)構(gòu)。過去主要采用彈簧+重錘的方式擊打路面和橋面，混凝土的強(qiáng)度是通過判斷重錘的反彈距離來確定的。近年來，該技術(shù)方法通過聲波實(shí)現(xiàn)了回彈檢測(cè)，但混凝土結(jié)構(gòu)本身的骨料、硬度和碳化深度會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，因此回彈法的準(zhǔn)確性較低，且該方法經(jīng)常用于輔助檢測(cè)。超聲波回彈綜合法是在傳統(tǒng)“回彈法”的基礎(chǔ)上，根據(jù)超聲波儀器發(fā)出的超聲波，通過判斷回彈值和聲波值來判斷路面和橋面的表面性質(zhì)。超聲回彈綜合法檢測(cè)效率高，檢測(cè)精度高，在行業(yè)中應(yīng)用廣泛。

2?結(jié)構(gòu)缺陷無損檢測(cè)技術(shù)

2.1?混凝土公路橋梁外觀缺陷的無損檢測(cè)

受鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、荷載、施工缺陷和自然環(huán)境的影響，混凝土公路橋梁不可避免地會(huì)出現(xiàn)開裂、水蝕、保護(hù)層脫落等問題，尤其是結(jié)構(gòu)裂縫，如果不加以控制，將對(duì)公路橋梁的安全和使用壽命產(chǎn)生非常嚴(yán)重的影響。現(xiàn)行《公路橋梁技術(shù)條件評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)混凝土公路橋梁不同部位裂縫寬度有嚴(yán)格的規(guī)定和限制，可作為公路橋梁檢測(cè)的基本參考^[2]。傳統(tǒng)的混凝土公路橋梁外觀缺陷檢測(cè)方法大多采用檢測(cè) 測(cè)量支架、鋼尺、接頭測(cè)試儀等工具，工作人員靠近混凝土結(jié)構(gòu)表面，通過人工觀測(cè)分析觀察混凝土公路橋梁的裂縫特征。這種方法效率低下，需要手工總結(jié)測(cè)試記錄。近年來，無損檢測(cè)技術(shù)逐漸應(yīng)用于混凝土公路橋梁的視覺缺陷檢測(cè)。例如，利用無人機(jī)+熱成像系統(tǒng)，可以直觀地檢測(cè)混凝土公路橋梁的視覺缺陷，高分辨率熱紅外成像可以方便快捷地得到檢測(cè)結(jié)果^[3]。另一個(gè)例子是路橋圖像分析技術(shù)，它可以通過應(yīng)用多幅路橋圖像來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離精確檢測(cè)。隨著高新技術(shù)的發(fā)展，圖像識(shí)別技術(shù)以其使用方便、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在公路橋梁外觀檢測(cè)中得到了廣泛的應(yīng)用，并逐漸發(fā)展成為混凝土公路橋梁外觀缺陷無損檢測(cè)技術(shù)的主要發(fā)展方向。通過對(duì)圖像數(shù)據(jù)的分析，可以提取公路橋梁的主要裂縫特征，并確定裂縫和其他缺陷的嚴(yán)重程度^[4]。

2.2?鋼結(jié)構(gòu)橋梁外觀缺陷無損檢測(cè)

鋼結(jié)構(gòu)橋梁的主要外觀缺陷有腐蝕、連接結(jié)構(gòu)失效、焊縫疲勞開裂等。連接件的腐蝕、失效等外觀缺陷較為明顯，檢查人員通過檢查和目測(cè)可以發(fā)現(xiàn)。然而，焊縫的疲勞裂紋相對(duì)隱蔽，很難通過簡(jiǎn)單的檢查來檢測(cè)。作為連接鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的主要媒介，如果不處理好裂縫，勢(shì)必會(huì)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的安全產(chǎn)生嚴(yán)重影響。我國許多橋梁采用正交異性鋼橋面板，焊縫疲勞開裂較為普遍，嚴(yán)重影響了此類鋼橋的安全性。

此外，由于鋼橋本身的施工誤差和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，很難消除焊縫處的應(yīng)力集中，及時(shí)檢測(cè)焊縫的疲勞開裂已成為保證鋼橋正常運(yùn)行的主要方法。目前，鋼橋焊縫開裂的無損檢測(cè)技術(shù)有很多，如射線照相技術(shù)、熱成像技術(shù)和超聲波檢測(cè)技術(shù)。其中，超聲波檢測(cè)技術(shù)是應(yīng)用最廣泛的技術(shù)方法。超聲波檢測(cè)技術(shù)通過向鋼結(jié)構(gòu)焊縫發(fā)射超聲波來獲取圖像信息，從而揭示焊縫中是否存在影響安全的裂紋;熱成像方法主要是利用紅外差分來揭示鋼結(jié)構(gòu)橋梁的狀態(tài)，并能在測(cè)量鋼結(jié)構(gòu)自身熱彈性應(yīng)力的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)性能的有效評(píng)估;X射線技術(shù)主要利用γ射線和X射線透過鋼結(jié)構(gòu)材料，通過光敏作用揭示裂紋。超聲波檢測(cè)法是目前最簡(jiǎn)單、成本最低的檢測(cè)方法，因此已被納入國家標(biāo)準(zhǔn)。值得注意的是，超聲波檢測(cè)方法在檢測(cè)缺陷的形狀、材料內(nèi)部的特定位置以及微小缺陷的檢測(cè)方面效果不佳^[5]。

3?混凝土公路橋的內(nèi)部缺陷

在施工過程中，混凝土結(jié)構(gòu)本身需要澆筑和振動(dòng)。澆筑的時(shí)間和高度、振搗的時(shí)間和密度都會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量。如果施工方法不合理，會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)空洞或外部出現(xiàn)蜂窩。此類缺陷不僅會(huì)影響混凝土的性能，還會(huì)導(dǎo)致鋼筋銹蝕，對(duì)公路橋梁的承載能力和耐久性有很大影響。對(duì)于混凝土公路橋梁內(nèi)部缺陷的無損檢測(cè)，目前比較完善的技術(shù)方法有超聲波檢測(cè)法、沖擊回波法、雷達(dá)法等^[6]。 其中，詳細(xì)介紹了超聲波檢測(cè)方法和上述原理，對(duì)內(nèi)部缺陷的檢查和分析更為詳細(xì)。需要分析超聲波的首波振幅和主頻，判斷混凝土結(jié)構(gòu)中是否有孔洞，判斷孔洞的具體位置、類型和大小。超聲波撞擊混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，當(dāng)遇到孔洞、裂縫等缺陷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生散射和反射，從而改變接收器接收到的超聲波能量，判斷聲波的頻率和波形。 沖擊回波法主要是利用沖擊產(chǎn)生的彈性波，如彈性波的波形和波速來分析判斷混凝土結(jié)構(gòu)，可以揭示混凝土的厚度和表面密實(shí)度。s沖擊波和P沖擊波直接進(jìn)入混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部。在混凝土內(nèi)部缺陷的影響下，反射波會(huì)有一定程度的變化，傳感器可以通過分析反射波的位移來判斷混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部缺陷^[7]。 雷達(dá)法主要通過電磁脈沖對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)電磁脈沖對(duì)目標(biāo)混凝土結(jié)構(gòu)的反射時(shí)間確定缺陷狀況、缺陷深度和缺陷位置。利用計(jì)算機(jī)，反射的電磁脈沖可以轉(zhuǎn)換成雷達(dá)圖像，直接反映混凝土結(jié)構(gòu)的缺陷情況^[8]。

超聲波檢測(cè)法、沖擊回波法和雷達(dá)法在檢測(cè)混凝土內(nèi)部缺陷方面各有優(yōu)勢(shì)，其中超聲波技術(shù)成熟，檢測(cè)設(shè)備攜帶方便。混凝土公路橋梁裂縫檢測(cè)和內(nèi)孔檢測(cè)精度高，但大體積混凝土結(jié)構(gòu)檢測(cè)效果差;目前，沖擊回波法有比較完善的技術(shù)規(guī)定。在我國實(shí)施的《沖擊回波法檢測(cè)混凝土缺陷技術(shù)規(guī)范》中，對(duì)該技術(shù)方法進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并規(guī)定了具體的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。目前，雷達(dá)法應(yīng)用范圍較窄，主要用于檢測(cè)路基缺陷和混凝土結(jié)構(gòu)的配筋率。然而，雷達(dá)法的可靠性較差，其探測(cè)結(jié)構(gòu)會(huì)受到不同加固結(jié)構(gòu)的影響。

4 結(jié)語

綜上所述，公路橋梁檢測(cè)技術(shù)是在多學(xué)科技術(shù)方法和理論發(fā)展的背景下逐步創(chuàng)新的，各種無損檢測(cè)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。由于混凝土公路橋和鋼結(jié)構(gòu)公路橋的材料具有一定的復(fù)雜性，骨料和鋼筋會(huì)對(duì)電磁脈沖等檢測(cè)介質(zhì)產(chǎn)生影響，主流無損檢測(cè)技術(shù)仍然是超聲波檢測(cè)技術(shù)，而圖像檢測(cè)技術(shù)由于不能揭示結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷，應(yīng)用受到限制。今后應(yīng)倡導(dǎo)以超聲波檢測(cè)技術(shù)為基礎(chǔ)，輔以其他檢測(cè)技術(shù)的綜合檢測(cè)系統(tǒng)，以保證公路橋梁無損檢測(cè)的準(zhǔn)確性和可靠性。

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