公路橋梁檢測質量控制與檢測技術應用

劉守苗

（安徽省交通控股集團有限公司,安徽 合肥 230000）

0 引言

與其他建筑項目相比，公路橋梁工程存在著諸多的風險因素，它的建設周期很長，涉及的技術也很復雜，必須加強質量管理。采用合理的質量檢測技術和相應的質量管理手段，可以確保項目總體效果，減少項目風險，提高項目總體效益。

1 公路橋梁工程質量檢測技術的重要意義

經濟的快速發展帶動了我國公路橋梁工程的快速發展。自然環境的破壞和交通負荷的日益增長使道路橋梁受到損害。公路橋梁檢測技術可以客觀地評價各種運輸載體的可靠性、耐久性、承載能力，為橋梁維修、養護、處理決策提供參考和指導。路橋的檢測內容主要包括混凝土的力學狀態、鋼筋狀態、預應力狀態、結構損傷等[1]。鉆孔是一種傳統的檢測方法，但這種方法會受鉆孔位置影響，而且會對路橋結構造成損傷，而且很難全面地反映出公路橋梁的整體健康狀況。因此，無損檢測技術在公路橋梁中逐漸發展。無損檢測是指根據不同的物理指標，在不對橋梁結構和構件造成損害的情況下，對橋梁的損傷進行判定。無損檢測是基于多種現代材料力學與應用物理的結合性技術，可以對混凝土強度、構件缺陷進行檢測（見表1）。既能確保橋梁的整體性能，又能減少工期和成本。無損檢測技術包括超聲、紅外、自然電位、沖擊回波、X射線、干涉、脈沖雷達等。

表1 混凝土強度測定和構件材料缺損檢測技術

2 檢測技術及其應用

2.1 超聲波檢測

超聲技術安全性高、風險性低。在橋梁工程中，超聲波探測技術的應用有兩個方面：一是通過多個方向的超聲波產生的瞬時諧振，使低頻的應力波傳遞到建筑物的內部，并在斷口處被反射。精確地檢測橋梁結構如樁、板、梁等結構的完整性和裂紋位置。二是可以探測到金屬或塑膠管中的孔隙。包括孔洞深度與加固區域的間距以及單位厚度，便于及時進行修補和注漿。超聲波檢測技術可以利用超聲波探針發出一種適用于混凝土的超聲波，測量受測對象的傳播時間，并根據聲速與強度的關系，求出了其強度估計值[2]。通過該公式，可以得到鋼管混凝土的質量。采用直接對穿式超聲換能器進行探傷，超聲在鋼管混凝土中的徑向傳播時間為t，與沿管壁的半周傳播的時刻tsp關系為：

式中，vc——鋼管混凝土中超聲波的傳播速率；vsp——沿管道壁上超聲波的傳播速率。如果某工程鋼管混凝土的設計強度等級為C50，則選用普通525水泥、中砂、5～25 mm的碎石、低鈣低灰、高濃高效泵送、U形膨脹劑。鋼管混凝土的超聲波速度vc在4.5 km/s左右，鋼管的速度vsp在5.4 km/s左右，也就是：tsp=1.3tc。

結構材料在受到沖擊后，會產生塑性變形、裂紋等結構損傷，并通過聲波的方式來釋放能量。在荷載作用下，依然可以對橋梁的結構材料進行檢測。但在一些重要斷面區域，許多管線無法從下端的背面進行探測，如局限于從表面看，則管線中存在蜂窩體、水或適用于其他材質的管線時，會對探測造成一定的影響。

2.2 光纖傳感技術

光纖傳感技術可以將外部的物理能量轉化為光學信號，從而實現被測物體狀態指標的采集（見圖1）。光纖傳感技術具有適應性強、絕緣性能好、耐高溫、耐腐蝕，能在易燃、爆炸等方面的優勢。其體積小、重量輕、精度高、實用性強，有很大的發展空間。將功能性光導纖維植入或粘貼到橋梁上，利用光纖的變形和斷裂來實現對橋梁的損傷程度的實時檢測。但這種方法造價高，施工量大。采用自動監測技術，可以實現連續檢測、監測預應力以及連續混凝土梁的應力和變形特征[3]。

圖1 光纖傳感檢測技術

2.3 探地雷達（GPR）檢測技術

GPR技術是利用傳感器對地下介質交界面的反射波進行檢測，記錄反射波回到地表的時間t和反射波的振幅分析地下介質狀態。該技術在淺層和超淺層探測中應用廣泛。GPR技術在公路橋梁工程中的應用包括路面厚度檢測、路面基層密實度、基層厚度及高含水量檢測。此外，還要測試道路的材質、裂縫、濕度和結構[4]。通過將應變片、應變傳感器、壓電傳感器、外加傳感器等嵌入或粘貼到橋梁的重要部位，可實現對橋梁的實時監測。監測范圍包括：①使電子脈沖穿入鋼筋混凝土建筑，通過金屬物體的反射回能被天線所接收的雷達波；②結合利用腐蝕分析儀，GPR還可以通過電位梯度來判斷腐蝕鋼筋的位置；③GPR具有大深度、高精度的三維定位技術，能對預應力管線及混凝土進行有效的檢測[5]；④GPR通過電磁輻射作為滲透介質，對預應力管線及混凝土的缺陷進行探測。該方法具有速度快、精度高、操作簡單、覆蓋范圍廣、使用安全、受環境因素影響較少的特點，即使在環境惡劣的環境中，仍能保證其內部結構的完整性。但該方法需要大量的現場觀測資料和豐富的工程實踐經驗。GPR技術在公路上應用廣泛，但由于成本高，限制了該技術推廣。

2.4 射線檢測技術

應用紅外成像技術對橋梁結構進行檢測是一種常見的方法。當橋梁出現裂縫或破損時，其紅外線與周邊環境表現出明顯的差異，利用紅外熱像儀將其紅外輻射轉化為可視熱圖像[6]。射線探測技術是把底片置于混凝土部件后面，用X射線或伽馬射線照射敏感的底片，生成空洞圖像，以此來判斷空洞的大小和破裂的鋼筋位置[7]。應用UHF短脈波（106～109 Hz）來檢測混凝土鋼筋、孔的位置、缺陷、疲勞檢測等電渦流強度。通過渦動的改變來判定材料表面缺陷。但這種技術會對人體產生一定的輻射，因此必須采取有效的防護措施。

3 公路檢測技術的具體應用和質控方法

該文以安徽某高速公路為例，探討公路檢測技術在實際中的應用及質量控制。安徽某高速公路全長107 km，在施工中由于地形陡峭、巖石構造復雜、褶皺劇烈，在施工中產生了一系列的地面裂縫、漏水、積水等質量問題。通過采用先進的測試手段，對路面的壓實度進行了測試，并對路面的抗病害能力、路面荷載、路基運行能力、路面抗車轍能力進行了綜合評價。通過運用動態回彈模量測試儀，制定了壓實質量檢測方案，采用相應的計算公式對路基的含石量、最大干密度進行了計算，及時地發現路基的穩定性和安全隱患，減少了路面的變形。以下是具體的步驟。

3.1 動態回彈模型測量儀應用原理

該段公路總線較長，為了準確判定斷面布置情況，需要對該段的壓實度進行測量，而全線的壓實度測試工作量很大，常規的壓實度測試技術已不能滿足此次的質量測試需求。為此，有關部門引進動態回彈模量測試儀，以巖石的含石量、最大干密度為指標，在路基部位設置多個檢測點，以發現路基薄弱部位，提高檢測效率和質量控制準確性。采用落錘法，對路基承載板、減震裝置進行撞擊，使路基發生沉陷，在相同的碰撞工況下，模擬汽車行駛時對路基的動載作用。通常，隨著彈性模量的增大，路基的壓縮程度也會隨之增大。

3.2 具體應用

在此技術使用前，先要確保試驗段表面平坦，沒有任何雜質，并保證動態回彈模量試驗機與地面垂直。安裝引導棒，使落錘在吊具上自由脫鉤，如此重復3次，即完成預震工藝，并記錄試驗結果。操作員應準確記錄各試驗點的試驗部位，防止載荷板的彈跳或運動，記錄土壤成分、含石率、含水率及其他參數，并按板壓公式計算：

式中，Evd——動態變形模量（MPa），計算至0.1 MPa；r——圓形剛性荷載板的半徑（mm），即r=150 mm；σ——荷載板下的最大動應力，它是通過在剛性基礎上，由最大沖擊力Fs=7.07 kN且沖擊時間ts=18 ms時標定得到的，σ=0.1 MPa；s——實測荷載板下沉幅值（mm）；1.5—荷載板形狀影響系數。實測結果可采用下列簡化公式：

在進行路基壓實度試驗時，選用了具有代表性的原材料A，其自然含水率為66.6%，最大顆粒直徑為100 mm，原料B自然含水率為36.6%，最大顆粒直徑為20 mm，得到兩者的級配關系，并按照《公路土石試驗規程文件》的要求，對A、B的最大干密度進行測定。①Mr=1.7；②Mr=2.5；③Mr=5.0，然后用濕土方法進行振動夯實，最后得到的最大干重是：①在相同模比Mr=1.7的情況下，最大干重2.37 g/cm3；②在模數Mr=2.5的情況下，最大的干重為2.32 g/cm3；③在模數Mr=5.0的情況下，最大的干重為2.26 g/cm3。在確定了最大干密度后，對路基的壓實率進行了測定，其計算公式如下：

式中，m0——濕土總質量；w——現場含石量；m1——粒徑在5 mm以上的濕土質量，最終得出含石量檢測結果（表2）。

表2 含石量檢測結果

根據表2所示的資料，技術人員能夠判定出巖石的動態彈性模量與壓縮強度之間的對應關系，從而得出：在干土條件下巖石含量更大，能較好地反映出實際的巖石含量。壓實度檢測技術的檢測數據能用折線圖直觀顯示出來，在動態回彈模量測試儀的幫助下，可以大大縮短檢測時間，為管理者提供更為可靠的檢測數據。

3.3 常態化質量管控方法

在道路檢測技術的實施中，要建立起常態化的質量控制措施。為了防止公路病害的發生，應適當提高試驗測試指標，改進測試內容，加強對施工場地的現場監測。提前開展質量管控，而不是在道路出現病害時進行補救[7]。應根據相關施工規范要求，加強公路工程的安全管理，制定詳細的檢測程序。比如，記錄材料進場、進出取樣、施工現場應用等；各監理人負責材料配合比試驗、土木工程試驗、現場試驗、現場試驗等的檢測與批準；制定月、季度、年度計劃，對公路工程的結構強度、荷載強度、安全性進行質量評價與檢測；進一步加強檢查、改進檢測、建立質量保障體系，以提高路基路面的壓實度，確保彎沉值達標；提高有關監督、檢測人員的技術水平，使其全面掌握現代檢測技術；采用材料力學信息技術，對路面缺陷進行及時探測和快速處理；綜合應用GPS三維位移測量技術及頻譜圖像技術；結合聲波反饋，全面掌握公路工程的質量問題[8]，防止路面結構出現裂縫、損傷等情況，提高檢測的效果和道路質量，從而實現提高行車安全這一最終目標。

4 結論

總之，在公路橋梁工程檢測中，必須對各技術的檢測水平、內外檢測效果、力學檢測精度進行嚴格的控制，以確保檢測的總體質量。在檢測的過程中，要積極合理地將雷達、射線探傷、頻譜分析、圖像分析、光纖等現代技術引入與運用。擴大檢測范圍，確保檢測的準確度、全面性，以實現工程預期目標。