橋梁檢測中的無損檢測技術分析

黃勝勇

平塘縣交通建設養護發展中心 貴州 平塘 558300

1 無損檢測技術的發展歷程

改革開放以后，隨著社會的不斷發展，我國無損檢測行業進入了一個飛速發展的階段。在此期間，中國交通工程協會混凝土和預應力混凝土分會土木結構無損測試委員會的工作表現卓著。在該委員會的組織和支持下，國內先后舉行了6次學術交流、專題研討會和國際交流，推進了無損檢測技術有關標準的制定，使得我國無損檢測技術在科研和應用方面達到了世界領先水平。自20世紀80年代起，我國研究人員經過一系列的技術合作和技術攻關，開發了多種無損檢測方法，如超聲檢測技術、電化學檢測法、超聲回彈法等。這對無損檢測技術在工程上的應用起到了很大的推動作用。目前，我國大部分二級及以上的檢測實驗室均已具備提供無損檢測服務的必備條件。我國無損檢測技術已經趨于成熟，并被廣泛應用于交通工程施工中[1]。

2 橋梁工程中常見結構的無損檢測技術

2.1 混凝土超聲檢測技術

在橋梁工程施工過程中，受到各種因素的影響，混凝土內部裂縫問題時有發生。針對該問題，檢測人員可以利用超聲波對混凝土進行檢測。混凝土超聲檢測目前主要采用的是“穿透法”，即用發射換能器重復發射超聲脈沖波，讓超聲波在混凝土中傳播，然后由接收換能器接收反射波。檢測人員將接收到的超聲波轉化為電信號，再經超聲儀將其放大并顯示在示波屏上，實現對超聲信號相關參數的分析，從而推斷混凝土內部結構及其組成情況，進而有效檢測出裂縫所在的位置、形狀及大小。在檢測過程中，檢測人員還應對裂縫深度、損傷等進行全面分析，以便更好地了解混凝土出現裂縫的具體原因[2]。

2.2 樁基礎質量無損檢測技術

在橋梁工程中，工程樁施工多在地下進行。由于地下的地質構造比較復雜，所以施工工藝和人工因素等都會對施工質量造成較大的影響，而且后期不易維護，夾渣、蜂窩、夾泥等問題也時常發生。對于樁基礎質量檢測，檢測人員常采用超聲檢測技術、低應變檢測法、高應變檢測法來進行檢測。超聲檢測技術主要是依靠換能器（包括發射換能器和接收換能器）對樁基的檢測數據進行分析，進而判斷樁基內部是否存在缺陷。如果檢測到的應力波波形和峰值是變化的，就證明樁基中存在缺陷。低應變檢測法的基本工作原理是樁頂受到沖擊后，樁身和樁底會震動，進而從樁底向樁身產生應力波；當反射波傳遞回樁頂的時候，樁頂所安裝的傳感器會接收信號，然后產生動態波形；檢測人員根據這個反射波的波形，進而可以有效判斷出樁基質量。高應變檢測法是利用動測法來判斷樁基的最大承載能力，進而檢測樁基是否存在缺陷。該方法的應用前提是樁底土已出現塑性變形，這樣在樁基受到打擊之后，樁頂的荷載將發生一定程度的位移。高應變檢測法就是利用這一特點，對樁頂施加重擊，進而使樁身下部同時受到影響，導致樁基和土壤之間產生位移，以此來判斷樁基的承載能力是否能夠滿足要求[3]。

2.3 瞬態瑞雷面波分析技術

瞬態瑞雷面波分析技術是以爆炸或錘擊方式對地面施加豎向激振力，并形成面波、橫波和縱波，其中面波中的瑞雷波是該技術的主要波。瑞雷面波具有振幅大、能量強、頻率低等特點，可以更方便地進行橋梁工程路基的檢測。路基結構各分層介質的強度與剪切波速Vs也具有一定的相互關系，不同的介質對應的剪切波速不一樣，從而可以測試不同介質力學參數，實現對橋梁工程路基結構質量的評價。采用瞬態沖擊瑞雷面波頻譜對橋梁工程路基結構進行檢測的工作原理如下圖1，其中垂向檢波器選擇壓電加速度傳感器。

圖1 檢測系統原理圖

2.4 圖像檢測技術

圖像檢測技術在橋梁工程檢測中主要可分為紅外成像技術和激光全息圖像攝影技術兩種。紅外成像技術采用材料的導熱性能原理來確定結構內紅外線成像的基本情況，從而確定缺陷發生的大致區域和位置。激光全息圖像攝影技術對攝影技術要求比較高，在它的輔助下，可獲取較為全面完善的檢測數據，這有利于數據分析的準確性和可靠性。運用該技術可以與力學等多方面進行組合分析，預測數據發展的總體趨勢，提高檢測數據的精度，增強檢測的直觀性和可視化。

3 無損檢測技術對比分析

以上小節列出了幾種可用于橋梁工程路基檢測的無損檢測技術，不管采用什么樣的無損檢測技術，都會有自己的技術特點和適用范圍，需要根據檢測對象的特點選擇對應的檢測技術。表 1 列出了幾種常用無損檢測技術用于對比分析。

表1 幾種常見檢測技術對比分析

由表1可以看出，每種無損檢測技術都有各自的檢測原理、適用范圍以及優缺點，需要結合實際檢測對象的使用環境和技術特點選擇更匹配的檢測技術。除了圖像識別技術，其他檢測技術基本上都與波的傳播有著密切關系，只是選擇波的形式不一樣，波在傳播過程中通過判斷波速、坡長以及時差來判斷介質的變化過程，這個需要事先知道每種波在不同介質中的傳播速度。不同波之間也存在一定的差別，有些波對介質的敏感度較低，但探測的距離較遠；有些波對介質的敏感度較高，但探測的距離較近；還有些波敏感度和探測的距離都比較好，但難以獲取，或者容易受到干擾。而圖像識別技術不同其他檢測技術，是通過圖像來判斷，隨著人工智能技術不斷發展，圖像識別技術的精確度和時效性會越來越高。總而言之，無損檢測技術的選擇需要從測量精度、計算效率、成本控制、人力物力使用以及現場檢測條件進行綜合判斷[4]。

4 無損檢測技術在橋梁工程路基中的應用

4.1 結構內部缺陷及裂縫檢測

路基結構內部缺陷往往與路基建設中養護不到位或施工環境復雜有著密切關系，這對道路上行駛的車輛有著潛移默化地影響。而裂縫的產生同樣與養護和施工環境有著密切關系，而且裂縫也會在道路服役過程中由于受到不均勻溫度荷載、車輛荷載而產生，一旦產生裂縫，路基的強度就會受到很大影響，所以結構內部缺陷和裂縫是路基檢測中重要的內容。在進行路基結構內部缺陷和裂縫檢測時，需要采取科學有效的方案和技術措施，因為影響缺陷和裂縫的形成與發展的因素很多，應結合每種無損檢測的技術特點進行綜合分析。從目前已有的檢測結果知道，道路路基缺陷一般表現為空洞、斷層等，裂縫一般沿道路方向形成通長的裂縫，所以通常采用探地雷達進行相關項目的檢測。

4.2 路基平整度檢測

路基平整度是橋梁工程中體現路基路面性能的一個重要指標，通常可以采用激光斷面儀進行檢測。對于不同的路基狀況，選擇對應的基本參數是保證數據合理性的前提；然后再通過距離傳感裝置和加速傳感器裝置確定檢測范圍參數；最后對檢測目標進行現場測試和數據分析，得到該路段的平整情況。

4.3 路基壓實度檢測

路基壓實度與路基強度有著一定的關系，壓實度越高，對應的強度也越高。以往檢測壓實度時，需要對路基進行鉆芯取樣，然后拿到室內試驗室檢測其壓實度。這種傳統檢測方法不僅破壞路面的完整性，而且費時費力。而目前采用無損檢測技術可以在不破壞路面的基礎上得到路面的壓實度，而且快速高效。目前通過的檢測技術有土壤無核濕密度儀，它的測量原理為土壤無核濕密度儀是基于時域反射來測量，通過時域反射在判斷路基當前的壓實度情況，可以大大提高檢測效率，節約檢測成本。

4.4 路基厚度檢測

根據道路路基的使用要求，路基厚度在設計和施工階段是必須考慮的問題。不同的路基厚度對道路等級有著不同要求，所以在進行路基厚度檢測時，需要結合該道路等級設計要求進行綜合分析。目前對路基厚度檢測采用的檢測技術是探地雷達，它的工作原理和數據分析在上文已經說明。在進行道路路基檢測時，根據道路路基不同厚度選取不同頻率的天線進行地下探測和數據采集。

4.5 路基強度檢測

路基強度是體現路基承載力的重要指標，路基強度下降，路基的承載力就會降低，如不采取措施進行加固，就可能會導致路面出現裂縫甚至塌陷。對路基強度的檢測，其實就是對混凝土強度的檢測，采用無損技術檢測路基混凝土的實際強度是目前檢測的重要手段。在實際工程建設和施工中，影響混凝土強度的影響很多，比如路基強度隨著時間會慢慢劣化和衰減，所以檢測人員測得的混凝土強度為即時強度，我們以此作為混凝土性能是否滿足要求的重要依據。當然，檢測人員也可以得到混凝土強度為動態檢測，這個需要對路基強度進行定時檢測，全面了解和掌握混凝土在某個時間段的強度變化，繪制混凝土強度的走勢圖，并進行合理的預測[5]。

5 無損檢測技術的應用前景

無損檢測技術在測量精度、使用周期和應用范圍方面都有著自身的優勢，而且可以節省人力、物力和財力，減少不必要的成本輸出，這對推動國家經濟發展有著重要意義。無損檢測技術不僅可對橋梁工程質量進行檢測和評估，還可以對道路結構內部劣化發展規律進行分析，實現橋梁工程管理的科學化。無損檢測技術符合現代道路建設的發展需要，而且在其他工程也有著廣泛應用。隨著現代科學技術的發展，無損檢測技術也在不斷地更新，比如人工智能的發展帶動了新型無損檢測技術的出現，無人機在機器人在無損檢測技術中的應用是最好的證明。我們也相信，在未來橋梁工程發展的道路上，人工智能技術也將更好地服務于道路建設的大浪潮中。

6 結束語

綜上所述，本文詳細介紹和分析了目前常用的無損檢測技術的技術特點和工作原理，并對這些技術進行對比分析，然后從橋梁工程路基的內部缺陷、壓實度、平整度、厚度和強度等指標來分析常用無損檢測技術如何使用，最后對無損檢測技術的橋梁工程中的應用前景進行了分析。研究結果表明：無損檢測技術具有傳統檢測技術不可比擬的優勢，比如測量的精度、成本控制、道路完整性，而且隨著人工智能的出現，新型無損檢測技術更會在未來道路建設中發揮更重要的作用。