橋梁檢測(cè)中無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用分析

王喜珠

（中鐵十六局集團(tuán)第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

0 引言

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)完成橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)不產(chǎn)生任何損傷，既可以獲取精準(zhǔn)檢測(cè)結(jié)果，也可以減少檢測(cè)中的危險(xiǎn)因素。由此，為進(jìn)一步推廣無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，探究其在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

1 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)述

1.1 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

應(yīng)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)結(jié)果具有精準(zhǔn)性高、安全性高的特點(diǎn)，以往有損檢測(cè)因?qū)蛄航Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)度也受到影響，但無(wú)損檢測(cè)本身具有不破壞檢測(cè)對(duì)象結(jié)構(gòu)與內(nèi)部組織的優(yōu)勢(shì)，且參數(shù)及檢測(cè)方法可實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，可大幅提高檢測(cè)精準(zhǔn)性；且由于對(duì)檢測(cè)結(jié)構(gòu)無(wú)損害，能減少檢測(cè)及后續(xù)工程運(yùn)營(yíng)中的安全隱患，對(duì)檢測(cè)人員也起到良好的保護(hù)作用，故安全性較高。

1.2 應(yīng)用特點(diǎn)

1）非破壞性

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)原理是利用橋梁內(nèi)部結(jié)構(gòu)異常或缺陷可以引起熱、聲、光等發(fā)生反應(yīng)與變化判斷有無(wú)質(zhì)量缺陷，其主要采用物理方法或化學(xué)方法，可以識(shí)別缺陷類型，檢測(cè)出缺陷的具體分布情況、數(shù)量、性質(zhì)、位置及形狀等。

2）互容性

無(wú)損檢測(cè)過(guò)程中技術(shù)數(shù)據(jù)具有較高的互容性，主要體現(xiàn)在檢測(cè)數(shù)據(jù)全面、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確上；且為了驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果，可以利用兩種檢測(cè)方法互相驗(yàn)證，僅需簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換即可完成，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)偏差與錯(cuò)誤。

1.3 檢測(cè)內(nèi)容

1）內(nèi)部缺陷

無(wú)損檢測(cè)主要完成對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部質(zhì)量缺陷的檢測(cè)，判斷缺陷位置、形狀等情況，分析是否會(huì)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性、耐久性、承載力產(chǎn)生影響。實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，考慮到結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷成因復(fù)雜，往往采用多種技術(shù)組合檢測(cè)，對(duì)缺陷程度、危害性進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。

2）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度

結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是橋梁工程質(zhì)量檢測(cè)的重點(diǎn)，通常利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)完成混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的檢測(cè)，評(píng)估材料是否合格，并將檢測(cè)結(jié)果作為驗(yàn)收的重要參考依據(jù)。為了準(zhǔn)確掌握結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，需要通過(guò)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)持續(xù)對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)，分析其強(qiáng)度變化，及時(shí)識(shí)別強(qiáng)度下降問(wèn)題，以便快速分析強(qiáng)度下降原因，并采取對(duì)應(yīng)的加固措施[1]。

2 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用

2.1 圖像處理技術(shù)

隨著橋梁工程規(guī)模的擴(kuò)大，圖像處理技術(shù)的應(yīng)用頻率越來(lái)越高。應(yīng)用過(guò)程中可以利用激光全息影像技術(shù)（如圖1所示）或紅外成像技術(shù)進(jìn)行橋梁掃描，再將掃描中獲取的圖像信息利用數(shù)字技術(shù)轉(zhuǎn)化，從而在顯示器上顯示出橋梁的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，幫助技術(shù)人員快速確定結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的位置。采用激光全息影像技術(shù)時(shí)可以通過(guò)全息攝影高效完成數(shù)據(jù)檢測(cè)，獲得精度較高的檢測(cè)結(jié)果。采用紅外成像技術(shù)時(shí)，由于材料性質(zhì)不同、導(dǎo)熱性能也存在差異，配合熱敏傳感器完成紅外成像數(shù)據(jù)采集，方便短時(shí)間內(nèi)確定缺陷情況。

圖1 基于全息影像技術(shù)掃描橋梁結(jié)果（圖片來(lái)源：https://www.sohu.com/a/323007832_354905）

2.2 磁粉檢測(cè)技術(shù)

磁粉檢測(cè)技術(shù)是利用磁粉作為顯示介質(zhì)完成缺陷檢測(cè)與觀察的方法，目前在橋梁工程檢測(cè)中也有廣泛的應(yīng)用。檢測(cè)過(guò)程中于待測(cè)對(duì)象表面施加磁粉，待完全被磁化后展開(kāi)檢測(cè)，檢測(cè)中若發(fā)現(xiàn)被測(cè)對(duì)象存在缺陷時(shí)則會(huì)形成漏磁場(chǎng)，缺陷面積越大積聚的磁粉量越大、并可以檢測(cè)出磁痕（如圖2所示），從而可以快速確定缺陷的具體位置[2]。通常情況下，利用磁粉檢測(cè)技術(shù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)表面或近表面存在的質(zhì)量缺陷進(jìn)行檢驗(yàn)，具有檢測(cè)效率高、檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)；且磁粉檢測(cè)技術(shù)本身具有相關(guān)設(shè)備操作簡(jiǎn)便、體積小，檢測(cè)靈敏度高、直觀顯示缺陷等優(yōu)勢(shì)，可以利用其快速了解缺陷的位置、形狀與長(zhǎng)度情況，但無(wú)法對(duì)缺陷的深度進(jìn)行確定。

圖2 缺陷位置漏磁場(chǎng)和磁痕分布

2.3 探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)

探地雷達(dá)技術(shù)是一種新興的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，其利用發(fā)射天線向地下指定區(qū)域內(nèi)輸入高頻電磁脈沖，傳播過(guò)程中當(dāng)遇到不同介質(zhì)面時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同的雷達(dá)回波，再利用接收天線回收，通過(guò)儀器完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換則可以獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)，檢測(cè)原理如圖3所示。但該項(xiàng)技術(shù)存在局限，其檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自地下不同介質(zhì)交界面產(chǎn)生的反射波，通常只能在地下結(jié)構(gòu)淺層或超淺層缺陷檢測(cè)中發(fā)揮作用，目前，多被運(yùn)用在橋梁結(jié)構(gòu)基層密實(shí)度及路面厚度的檢測(cè)當(dāng)中，分析檢測(cè)中獲取的結(jié)果，可以對(duì)工程的質(zhì)量情況進(jìn)行反饋。

圖3 探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)原理

2.4 回聲波檢測(cè)法

回聲波檢測(cè)法是橋梁檢測(cè)中應(yīng)用最廣泛的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，通過(guò)聲波觸發(fā)器向待檢測(cè)對(duì)象傳輸波長(zhǎng)及頻率特定的超聲波，匯總聲波在結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)，可以通過(guò)對(duì)聲波散射情況、衰減情況、波形變化情況判斷有無(wú)缺陷，檢測(cè)過(guò)程如圖4所示。聲波傳輸過(guò)程中遇到缺陷時(shí)或結(jié)構(gòu)表面時(shí)均會(huì)產(chǎn)生反射波；且因介質(zhì)不同，聲波的傳播速度會(huì)發(fā)生變化，如果沖擊到檢測(cè)對(duì)象表面，會(huì)出現(xiàn)傳播路線偏移導(dǎo)致波形變化，從而引起聲波頻率及振幅的變化，此類變化均是判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的關(guān)鍵依據(jù)[3]。較于其他無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，回聲波檢測(cè)法具有安全性高的優(yōu)勢(shì)，檢測(cè)過(guò)程無(wú)風(fēng)險(xiǎn)性因素，因此，常在橋梁管道深度與空洞檢測(cè)中應(yīng)用，僅在單面測(cè)量下即可精準(zhǔn)判斷管道缺陷情況。

圖4 回聲波檢測(cè)過(guò)程

2.5 射線探傷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

射線探傷無(wú)損檢測(cè)是常規(guī)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)之一，在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用也相對(duì)廣泛，檢測(cè)中可以將底片放置在待檢測(cè)結(jié)構(gòu)的要求位置上，利用敏感底片完成探傷，其可以對(duì)結(jié)構(gòu)中空洞位置與程度、鋼筋斷裂位置進(jìn)行精準(zhǔn)識(shí)別。具體檢測(cè)中，利用x、γ等射線穿透待檢測(cè)物體，對(duì)表面無(wú)損壞，獲取射線穿透物體后的圖像數(shù)據(jù)，直觀地評(píng)估質(zhì)量缺陷情況。但在技術(shù)應(yīng)用期間保證探測(cè)源量充足、射線發(fā)射強(qiáng)度達(dá)到要求才能獲得真實(shí)可靠的結(jié)果，否則射線探測(cè)強(qiáng)度不足，將無(wú)法獲取清晰圖像，影響對(duì)缺陷情況的判斷，以常用的γ射線源檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)為例不同射線源能量及適宜厚度見(jiàn)表1；且射線對(duì)人體有一定危害，檢測(cè)過(guò)程中操作人員必須認(rèn)真做好隔離防護(hù)。鑒于射線探傷無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的操作具有復(fù)雜性、特殊性，要求檢測(cè)操作前對(duì)應(yīng)用該技術(shù)的必要性與可行性進(jìn)行全面分析，形成可靠實(shí)施方案，避免技術(shù)應(yīng)用中出現(xiàn)麻煩與危險(xiǎn)。

表1 γ射線源在鋼結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的特性

2.6 錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是應(yīng)用于錨桿錨固質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)中的方法，近年來(lái)在橋梁工程檢測(cè)中的應(yīng)用也相對(duì)頻繁。其主要對(duì)錨桿長(zhǎng)與注漿密實(shí)度進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，采用方法有：聲波反射法、應(yīng)力波反射法。聲波反射法是利用波在錨桿中傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，反應(yīng)砂漿飽和度情況，于錨桿頂端施加瞬態(tài)激振力后，將傳感器接收反射信號(hào)裝置布設(shè)在錨桿頂端（如圖5所示），反射信號(hào)的時(shí)域及頻域變化則可以反映錨桿長(zhǎng)度及砂漿飽和度情況，也可以提供極限承載能力、工作荷載等參數(shù)作為輔助判斷依據(jù)；應(yīng)力波反射法在低應(yīng)變檢測(cè)法基礎(chǔ)上形成，以一維波動(dòng)理論為核心，檢測(cè)中將錨桿及周?chē){看作一維彈性桿件，從錨桿頂部激發(fā)可以向下傳播的應(yīng)力波，當(dāng)應(yīng)力波遇到阻抗后發(fā)生變化，回收變化后產(chǎn)生的反射波，通過(guò)對(duì)其性質(zhì)的判斷分析錨桿的質(zhì)量情況[4]。

圖5 錨桿聲波反射法操作示意圖

2.7 光纖傳感檢測(cè)技術(shù)

光纖傳感檢測(cè)技術(shù)是目前新興的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，在實(shí)際中應(yīng)用的時(shí)間較短，處于研究與應(yīng)用并重階段。光纖是一種玻璃纖維，其主要成分為石英，是目前信號(hào)傳輸?shù)闹饕橘|(zhì)，利用經(jīng)過(guò)特殊處理的或普通光纖制成的敏感器件作為傳感器的重要組成部分，可以檢測(cè)光波頻率、幅度、偏振、相位調(diào)制等信息，檢測(cè)流程如圖6所示；在無(wú)損檢測(cè)中利用普通光纖中的瑞利散射、菲涅爾反射、拉曼散射、布里淵散射完成傳感。也可以利用光纖光柵傳感器，其將經(jīng)過(guò)特殊處理后的光纖作為傳感介質(zhì)，利用布拉格反射波長(zhǎng)對(duì)溫度、應(yīng)變敏感的特性完成檢測(cè)。

圖6 光纖傳感檢測(cè)流程示意圖

3 應(yīng)用案例

3.1 工程概況

某地5跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，目前使用年限超過(guò)15年，曾進(jìn)行3次集中整治，在近期檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)橋面存在多處坑槽，有豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋露頭情況。該橋梁箱梁頂寬為15 m、梁高4.3 m～13.8 m、梁寬7 m，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘查及對(duì)地震烈度、荷載的設(shè)計(jì)要求展開(kāi)分析，確定本次采用錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼筋病害進(jìn)行檢測(cè)。

3.2 無(wú)損檢測(cè)過(guò)程

1）檢測(cè)設(shè)備

本次檢測(cè)采用MC-5320錨桿檢測(cè)儀（如圖7所示）完成豎向預(yù)應(yīng)力露頭鋼筋的灌漿飽滿度無(wú)損檢測(cè)，其檢測(cè)長(zhǎng)度可達(dá)30 m，能量可以調(diào)節(jié)，收發(fā)同步、余震短，可利用程控一體式超磁震源提高檢測(cè)效率。檢測(cè)過(guò)程中若出現(xiàn)管道內(nèi)注漿不密實(shí)情況，復(fù)合桿件截面積會(huì)發(fā)生改變，波阻抗也會(huì)有所變化，并產(chǎn)生反射應(yīng)力波，其能量強(qiáng)度則可以反饋出注漿密實(shí)度，密實(shí)度高則能量強(qiáng)、衰減慢，反之密實(shí)度低則能量弱、衰減快。

圖7 MC-5320錨桿檢測(cè)儀

2）檢測(cè)方案

檢測(cè)過(guò)程中先進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)，標(biāo)定桿體速度，用于測(cè)算實(shí)際桿長(zhǎng)；模擬鋼筋中間機(jī)械接頭的不同狀態(tài)，對(duì)機(jī)械接頭及桿底信號(hào)的具體位置進(jìn)行標(biāo)定。根據(jù)標(biāo)定內(nèi)容設(shè)置5種不同工況（如圖8所示），工況1為桿體波速標(biāo)定，工況2～工況5為對(duì)接頭（套筒）狀況的模擬。標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)束后可以確定桿體波速為5 200 m/s；當(dāng)中間套筒接頭處于密實(shí)狀態(tài)時(shí)，可以測(cè)量出鋼筋的完整桿長(zhǎng)，接頭位置在信號(hào)中并無(wú)反應(yīng)；在工況4中未發(fā)現(xiàn)有桿底擴(kuò)徑情況的反應(yīng)信號(hào)；當(dāng)中間套筒接頭處于不密實(shí)狀態(tài)時(shí)，儀器僅能反饋第1段鋼筋反射信號(hào)，第二段仍為無(wú)信號(hào)。

圖8 試驗(yàn)工況設(shè)置（m）

3.3 檢測(cè)結(jié)果分析

經(jīng)過(guò)無(wú)損檢測(cè)，對(duì)5根豎向預(yù)應(yīng)力露頭鋼筋情況有所了解，其中4根位于墩頂位置的長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力鋼筋受自身機(jī)械接頭的影響，不具備準(zhǔn)確判斷質(zhì)量的條件；1根短預(yù)應(yīng)力鋼筋質(zhì)量合格。

4 提高無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在橋梁檢測(cè)中應(yīng)用質(zhì)量措施

無(wú)損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中為避免對(duì)檢測(cè)結(jié)果可靠性造成影響，檢測(cè)單位需要全面匯總國(guó)家質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)，以此作為檢測(cè)工作的基礎(chǔ)與前提，并根據(jù)規(guī)定內(nèi)容與本次檢測(cè)對(duì)象編制好無(wú)損檢測(cè)質(zhì)量體系文件，對(duì)于檢測(cè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、目標(biāo)等做出明確要求，以此為依據(jù)正式開(kāi)始檢測(cè)。同時(shí)，檢測(cè)過(guò)程中要根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的特點(diǎn)制定管理制度，對(duì)檢測(cè)過(guò)程、技術(shù)操作加以規(guī)范與約束，且制度中應(yīng)重點(diǎn)對(duì)檢測(cè)內(nèi)容、對(duì)象、技術(shù)要求作出明確說(shuō)明，確定檢測(cè)的具體流程及報(bào)告、委托等工序。此外，在構(gòu)建質(zhì)量管理體系的初期，需要對(duì)工藝規(guī)程、裝備等進(jìn)行深入且全面的研究，認(rèn)真了解相關(guān)規(guī)定的具體要求，均在制度中有所體現(xiàn)，使無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的實(shí)施有可靠與堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)做保障。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)損檢測(cè)在橋梁檢測(cè)中應(yīng)用具有提高檢測(cè)可靠性、精準(zhǔn)性的作用，可規(guī)避檢測(cè)技術(shù)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成的破壞，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于技術(shù)原理不同，操作上也有著不同的注意事項(xiàng)或?qū)Νh(huán)境條件、應(yīng)用范圍的特殊要求，應(yīng)充分了解每項(xiàng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中選擇適合的技術(shù)手段，并加強(qiáng)技術(shù)管理，落實(shí)操作規(guī)范，確保利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)獲取精準(zhǔn)、可靠的檢測(cè)結(jié)果，從而準(zhǔn)確掌握橋梁工程的質(zhì)量缺陷情況。