無損檢測技術在高鐵特大橋梁工程中的應用

劉志謀

（中鐵十九局集團第七工程有限公司，廣東珠海 519000）

0 引言

高鐵特大橋普遍采用鋼筋混凝土結構，具有施工便捷、強度高等特點，但結構內部存在缺陷時，將嚴重影響橋梁的正常使用，需準確檢測、正確處理。鑒于此，以梅汕高鐵特大橋梁工程為背景，重點探討無損檢測技術在結構內部缺陷檢測中的應用方法。

1 工程概況

梅汕高鐵站前工程MSSG-2 標段，全長45.829 km，主要建設內容為路基（12.99 km）、橋梁（11.8 km）、涵洞（3 233.13 橫延米）、隧道（20.22 km）。沿線建設中，梅江特大橋采用掛籃懸臂澆筑連續梁技術，為重點工程，包含樁基350 根、墩臺39 座、橋跨38 跨。

2 高鐵橋梁的質量問題

高速鐵路橋梁的質量問題形式多樣，如空隙、蜂窩麻面等，均會嚴重影響橋梁的通行服務品質以及安全性，且在特大橋梁中體現得更為明顯。若未及時采取處理措施，則會導致結構內部的鋼筋裸露，持續與潮濕空氣等外部環境接觸而發生銹蝕。不僅如此，受氧氣的影響，鋼筋由表及里還會逐步產生氧化鐵，且該部分物質被推擠至混凝土中，造成脫落現象。

3 高鐵橋梁內部缺陷無損檢測技術

高鐵橋梁內部缺陷的檢測對技術水平提出較高的要求，在無損檢測技術范疇中，以超聲波CT 法和地質雷達法較為典型，因為這兩種無損檢測技術可在不影響高鐵橋梁內部結構完整性的前提下準確發現問題。

3.1 超聲波CT 檢測

超聲波在傳播期間，遇物體時將發生繞射、反射、衰減等現象。因此，超聲波檢測技術可巧妙地應用到該原理，判斷結構內部是否存在缺陷。

施工單位在利用超聲波檢測時，通常采用的是穿透法。具體來說，就是以發射換能器為核心裝置，其發射的超聲波可以在混凝土結構中傳播，遇結構內部裂縫、空洞等缺陷時，對應的高頻成分和振幅均會衰減，且在超聲波的反射、繞射現象之下，波形有畸變的情況。為準確判斷結構內部的缺陷，應從超聲波振幅、聲速、頻率等方面切入，經綜合考慮后，對結構缺陷情況做出準確的判斷。

3.1.2 內部缺陷大小的計算方法

橋梁混凝土結構存在缺陷后，還需進一步考慮其發生的位置以及實際大小。結構內部缺陷的大小可采取量化計算與分析的方法：

式中，r 為空洞半徑，單位m；l 為測距，單位m；d 為換能器直徑，單位cm；tn和tm分別為繞空洞傳播的最大聲時、無缺陷混凝土平均聲時，單位dB。

根據已有數據展開計算，可以確定空洞的具體半徑，從而明確缺陷的大小。

3.1.3 數據分析

我們在面對田野資料時，必須考慮這些資料的生產過程。在田野中，無論是各類民間文獻還是口述資料，它都有一個生產的過程。在西方人類學領域，production是個非常重要的分析概念。我認為，實踐民俗學也特別需要引入這個概念。田野資料的生產過程至少包含著兩個層面的內涵：一是作為地方知識的田野資料有一個數十年、數百年的歷史生產和積累過程；二是被訪談人或受訪者的講述本身又是對這些地方性知識給予再生產的過程。

數據處理時，應考慮聲時、聲速及振幅，確保各項數據均具有完整性與準確性，以免出現誤判、漏判的情況。具體至本次分析中，重點考慮的是過縫和不過縫兩種情況，將各自的數據加以排列統計，若結構存在孔隙、疏松等問題，則該缺陷處將出現連續性脈沖波通過的情況，直接表現為超聲波的頻率和波幅均顯著下降，而聲時有略微提高的趨勢，根據此類特征，可以對混凝土結構內部是否存在缺陷做出準確的判斷。

若測試數據較為離散或數據總量不足（此時缺乏代表性），則可以考慮超聲波通過以及不通過結合面各自的波幅值和聲速，根據兩項指標也可以對橋梁結構內部缺陷情況作出判斷。相較于超聲波通過結合面的波幅和聲速而言，若不通過結合面的兩項指標均更大，則說明存在異常測點[1]。

3.1.4 檢測結果

檢測后匯總所得數據展開對比分析，從而生成準確的判斷結果。肖維勒和格拉布斯法是較為典型的檢測結果分析方法，基本思路為：

（1）相同測區內的測點均具有一致的測距，鑒于此特點，可將聲時作為重點判斷指標，用于確定異常值。

（2）匯總各測點的聲時值，按大小關系排序，即t1≤t2≤t3……≤tn，在該關系下，位于后方且偏大的聲時值可以視為可疑值，再從中選取最小值，將該數據與前半部分的聲時值結合，分別進行標準差統計和平均值統計，根據所得結果確定異常值的臨界值（X0），具體計算方法：

若可疑值≤異常值的臨界值，此時異常值的選取范圍為可疑值及其后方的聲時值；在此基礎上，按照由后向前的順序依次判定存在于可疑值之前的聲時值，按照此方法操作，直至不存在異常值為止。至此，可以檢測出缺陷的發生位置以及實際數量。

3.2 地質雷達檢測

3.2.1 檢測原理

地質雷達檢測是現階段橋梁結構內部無損檢測的重要方法，其原理如圖1 所示。雷達發射天線向被測物發送脈沖式高頻電磁波，期間經過電性差異（主要指介電常數和電導率均不同）的界面時，則會產生反射波和投射波，可以由接收天線接收，并在電纜的“聯系”下傳輸至主機，從而通過人機交互界面顯示時間剖面信息。

圖1 地質雷達探測原理

收集反射波相關信息，可以根據到達時間展開計算，已確定電磁波在介質中的傳播速度，進而判斷界面或目標體的深度。此外，從反射波的形態及強弱等角度來看，可以對目標體的性質做出判斷[2]。

3.2.2 地質雷達現場檢測及結果

項目驗收中發現橋梁第20 孔端部支座周邊區域有異常現象，具體表現為敲擊空響問題。對此，引入地質雷達法，根據檢測需求配置高頻天線，組織結構內部的缺陷檢測工作，用于判斷空響的區域。根據現場作業條件，項目采用的是LTD-2200 型地質雷達+屏蔽天線（900 m）的方法，測線布置如圖2 所示。

圖2 測線布置示意

經檢測后可知結構存在不密實的情況，集中區域為梁底左側0～0.8 m、右側4.18～4.98 m。對此，采取注漿整治的方法，并于20 d 后再次檢測（此階段依然采用的是地質雷達法），從而對注漿整治情況做出判斷。實測結果表明，雷達圖像無異常現象、結構內部的鋼筋清晰可辨，表明注漿的方法具有可行性，可取得較佳的整治效果。

3.3 檢測應用分析

通過超聲波CT 檢測方法的應用，可以較為準確且快速地確定橋梁及梁端的結構強度，再根據此方面的數據推斷混凝土的密實情況。若采取地質雷達法，則可以更為便捷地完成梁體局部缺陷的檢測工作，但在橋梁整體結構或是大規格結構的檢測中缺乏可行性。

兩種方法各有優劣，因此可以采取兩種方法相結合的模式。例如，首先應用超聲波CT 法，用于判斷橋梁的強度情況，初步界定缺陷部位；隨后，利用地質雷達法做進一步的檢測，將兩項結果對比分析、相互驗證，最終準確判斷質量情況[3]。

4 注意事項

（1）準備工作。工作人員需深入現場，確定具體的測試面，制定完善的方案，以便后續能夠合理應用內部缺陷無損檢測技術。期間，應利用細砂紙打磨測試面，使其光滑度滿足要求，再結合尺寸情況，按特定的間距布設測點。

（2）數據的分析和處理。一方面，需準確判斷聲時、聲速與振幅；另一方面，準確判斷波形。以取得的數據為依據，對混凝土結構內部缺陷情況做出判斷，再進一步制定整治方案，快速解決問題。

5 結語

綜上所述，在科學技術日新月異的發展背景下，無損檢測數字化技術的應用范圍逐步擴寬，實踐表明，將其應用于橋梁結構內部缺陷檢測中具有可行性。現階段，超聲波法和地質雷達法均取得廣泛的應用，可作為判斷混凝土結構內部質量情況的關鍵依據。本文對主流無損檢測技術的應用要點展開分析，希望可作為類似工程的參考。