用于道路橋梁施工養護使用的檢測儀器

文/張坤

本文介紹了用于道路橋梁施工養護的各種檢測儀器，包括外觀檢測儀器，靜力檢測儀器，動力檢測儀器，非破壞檢測儀器，和環境監測儀器。這些儀器的使用有助于保證橋梁的安全性和耐久性，發現并處理各種病害和損傷，延長橋梁的使用壽命，降低維修成本，保障橋梁的正常運行。同時，也討論了檢測儀器的選擇原則和具體應用案例，為橋梁施工養護提供了實踐指導。

檢測儀器的分類

道路橋梁是交通運輸的重要組成部分，其安全性和耐久性直接影響著人們的生活和經濟發展。因此，對橋梁進行定期的檢測和養護是非常必要的，以及時發現和處理各種病害和損傷，延長橋梁的使用壽命，降低維修成本，保障橋梁的正常運行。為了實現橋梁的有效檢測和養護，需要使用各種不同類型的檢測儀器，根據其功能和原理，可以將其分為以下五類：

外觀檢測儀器

外觀檢測儀器是用于觀察橋梁表面的裂縫、變形、腐蝕等病害的儀器，通常采用可視化或圖像處理的方法，將橋梁表面的信息采集并顯示出來，以便進行分析和判斷。外觀檢測儀器有以下幾種：

第一，無人機是一種可以在空中飛行并攜帶攝像頭或其他傳感器的設備，可以從多個角度和高度對橋梁進行拍攝和錄像，獲取橋梁表面的清晰圖像。無人機具有靈活性高、覆蓋范圍廣、成本低等優點，但也存在飛行時間短、受天氣影響大、圖像質量受干擾等缺點。

第二，移動機器人是一種可以在地面或水面上移動并攜帶攝像頭或其他傳感器的設備，可以沿著橋梁結構進行巡檢，獲取橋梁表面的連續圖像。移動機器人具有穩定性好、操作簡單、適應性強等優點，但也存在速度慢、難以通過障礙物、續航能力差等缺點。

第三，環形爬升機器人是一種可以沿著圓形或近似圓形的結構（如柱子、索塔等）上下爬行并攜帶攝像頭或其他傳感器的設備，可以對橋梁結構的細節進行拍攝和測量。環形爬升機器人具有精度高、可靠性好、安全性高等優點，但也存在重量大、安裝復雜、適用范圍窄等缺點。

第四，多功能檢測機器人是一種可以在多種地形和環境中移動并攜帶多種傳感器的設備，可以對橋梁結構進行綜合檢測。多功能檢測機器人具有功能強大、效率高、智能化程度高等優點，但也存在成本高、維護難、技術要求高等缺點。

第五，爬索機器人是一種可以沿著斜拉索或吊索上下爬行并攜帶攝像頭或其他傳感器的設備，可以對橋梁索結構進行檢測。爬索機器人具有輕便、簡單、安全等優點，但也存在受風力影響大、精度低、適用范圍窄等缺點。

第六，水下機器人是一種可以在水中移動并攜帶攝像頭或其他傳感器的設備，可以對橋梁水下結構進行檢測。水下機器人具有覆蓋范圍廣、不受水流影響、可靠性高等優點，但也存在成本高、操作難、信號傳輸差等缺點。

第七，聲吶探測裝置是一種利用聲波在水中的反射和折射來探測水下物體的設備，可以對橋梁水下結構的形狀和位置進行測量。聲吶探測裝置具有精度高、速度快、不受光線影響等優點，但也存在受噪聲干擾大、分辨率低、數據處理復雜等缺點。

靜力檢測儀器

靜力檢測儀器是用于測量橋梁在靜態荷載作用下的應力、應變、撓度、沉降等參數的儀器，通常采用電阻應變計或光纖光柵等原理，將橋梁結構的變化轉換為電信號或光信號，并通過數據采集和分析系統進行處理和顯示。靜力檢測儀器有以下幾種：

第一，應變計是一種利用電阻變化來測量應變的設備，可以粘貼在橋梁結構表面或埋入橋梁結構內部，通過電線或無線方式與數據采集和分析系統連接。應變計具有靈敏度高、精度高、穩定性好等優點，但也存在受溫度影響大、易受損壞、安裝復雜等缺點。

第二，錨索測力計是一種利用液壓原理來測量錨索內部的拉力的設備，可以安裝在錨索的兩端或中間，通過油管或無線方式與數據采集和分析系統連接。錨索測力計具有精度高、可靠性好、維護簡單等優點，但也存在成本高、安裝難、易受污染等缺點。

第三，動力水準儀是一種利用液體表面的平衡來測量高差的設備，可以安裝在橋梁結構的不同位置，通過液管或無線方式與數據采集和分析系統連接。動力水準儀具有精度高、穩定性好、適應性強等優點，但也存在受溫度影響大、易泄漏、安裝復雜等缺點。

第四，靜力水準儀是一種利用重力加速度來測量高差的設備，可以安裝在橋梁結構的不同位置，通過無線方式與數據采集和分析系統連接。靜力水準儀具有精度高、穩定性好、不受溫度影響等優點，但也存在成本高、易受干擾、安裝難等缺點。

第五，位移傳感器是一種利用電磁或光學原理來測量位移的設備，可以安裝在橋梁結構的不同位置，通過電線或無線方式與數據采集和分析系統連接。位移傳感器具有靈敏度高、精度高、響應速度快等優點，但也存在受溫度影響大、易受損壞、校準復雜等缺點。

動力檢測儀器

動力檢測儀器是用于測量橋梁在動態荷載作用下的振動特性，如固有頻率、振型、阻尼等的儀器，通常采用加速度計或稱重傳感器等原理，將橋梁結構的動態響應轉換為電信號或光信號，并通過數據采集和分析系統進行處理和顯示。動力檢測儀器有以下幾種。

第一，振動加速度計是一種利用壓電效應或電容效應來測量加速度的設備，可以安裝在橋梁結構的不同位置，通過電線或無線方式與數據采集和分析系統連接。振動加速度計具有靈敏度高、精度高、頻率范圍廣等優點，但也存在受溫度影響大、易受干擾、校準復雜等缺點。

第二，動態稱重傳感器是一種利用應變效應或壓力效應來測量荷載的設備，可以安裝在橋梁結構的不同位置，通過電線或無線方式與數據采集和分析系統連接。動態稱重傳感器具有精度高、穩定性好、響應速度快等優點，但也存在受溫度影響大、易受損壞、安裝復雜等缺點。

非破壞檢測儀器

非破壞檢測儀器是用于探測橋梁內部的結構缺陷和損傷，如空洞、裂紋、鋼筋銹蝕等的儀器，通常采用電磁波或聲波等原理，將橋梁結構的內部信息反射或透射出來，并通過數據采集和分析系統進行處理和顯示。非破壞檢測儀器有以下幾種。

第一，探地雷達是一種利用微波在介質中的反射和折射來探測物體的設備，可以對橋梁結構的深層部分進行掃描和成像。探地雷達具有穿透能力強、分辨率高、速度快等優點，但也存在受水分影響大、數據處理復雜、成本高等缺點。

第二，干涉合成孔徑雷達是一種利用衛星或飛機上的雷達系統來探測物體的設備，可以對橋梁結構的表面部分進行精確測量和監測。干涉合成孔徑雷達具有覆蓋范圍廣、精度高、不受天氣影響等優點，但也存在數據獲取難、數據處理復雜、成本高等缺點。

第三，全息攝影技術是一種利用激光在物體表面產生干涉條紋來探測物體的設備，可以對橋梁結構的表面部分進行微小變化的檢測和分析。全息攝影技術具有靈敏度高、精度高、不受環境影響等優點，但也存在受光源影響大、數據處理復雜、成本高等缺點。

第四，熱成像技術是一種利用紅外線在物體表面產生溫度差異來探測物體的設備，可以對橋梁結構的表面部分進行熱異常的檢測和分析。熱成像技術具有速度快、操作簡單、不受光線影響等優點，但也存在受溫度影響大、分辨率低、精度低等缺點。

第五，聲發射技術是一種利用物體在受力時產生的聲波來探測物體的設備，可以對橋梁結構的內部部分進行裂紋和損傷的檢測和定位。聲發射技術具有靈敏度高、可靠性好、不需要人工干預等優點，但也存在受噪聲干擾大、數據處理復雜、成本高等缺點。

第六，超聲波檢測技術是一種利用超聲波在物體中的反射和透射來探測物體的設備，可以對橋梁結構的內部部分進行缺陷和厚度的檢測和測量。超聲波檢測技術具有速度快、精度高、操作簡單等優點，但也存在受介質影響大、分辨率低、適用范圍窄等缺點。

第七，電磁傳感技術是一種利用電磁場在物體中的變化來探測物體的設備，可以對橋梁結構的內部部分進行鋼筋銹蝕和混凝土碳化的檢測和評估。電磁傳感技術具有覆蓋范圍廣、不需要接觸物體、不受環境影響等優點，但也存在精度低、數據處理復雜、成本高等缺點。

環境監測儀器

環境監測儀器是用于監測橋梁周圍的環境因素，如溫度、濕度、風速風向等的儀器，通常采用溫濕度計或風速風向儀等原理，將橋梁周圍的環境信息轉換為電信號或光信號，并通過數據采集和分析系統進行處理和顯示。環境監測儀器有以下幾種。

第一，溫濕度計是一種利用電阻或電容變化來測量溫度和濕度的設備，可以安裝在橋梁結構或周圍的不同位置，通過電線或無線方式與數據采集和分析系統連接。溫濕度計具有靈敏度高、精度高、穩定性好等優點，但也存在受溫度影響大、易受干擾、校準復雜等缺點。

第二，風速風向儀是一種利用風力或電磁感應來測量風速和風向的設備，可以安裝在橋梁結構或周圍的不同位置，通過電線或無線方式與數據采集和分析系統連接。風速風向儀具有速度快、精度高、不受溫度影響等優點，但也存在受風力影響大、易受損壞、校準復雜等缺點。

檢測儀器的選擇原則

道路橋梁施工養護使用的檢測儀器是為了保證橋梁的安全性和耐久性，及時發現和處理各種病害和損傷，延長橋梁的使用壽命，降低維修成本，保障橋梁的正常運行。因此，選擇合適的檢測儀器是非常重要的，需要根據以下幾個方面來考慮：

橋梁的類型

不同類型的橋梁有不同的結構特點和受力情況，需要選擇適合其特點的檢測儀器。例如，對于鋼結構橋梁，可以選擇電磁傳感技術來檢測鋼筋銹蝕和混凝土碳化；對于索結構橋梁，可以選擇爬索機器人來檢測索結構的狀況；對于水下結構橋梁，可以選擇水下機器人或聲吶探測裝置來檢測水下結構的狀況。

橋梁的結構特點

不同結構特點的橋梁有不同的檢測難度和要求，需要選擇符合其要求的檢測儀器。例如，對于高度較高或較難接近的橋梁結構，可以選擇無人機或移動機器人來進行外觀檢測；對于圓形或近似圓形的橋梁結構，可以選擇環形爬升機器人來進行外觀檢測；對于深層部分較難探測的橋梁結構，可以選擇探地雷達或干涉合成孔徑雷達來進行非破壞檢測。

橋梁的施工養護階段

不同施工養護階段的橋梁有不同的檢測目標和頻率，需要選擇適合其目標和頻率的檢測儀器。例如，在施工階段，需要對橋梁結構進行實時監測和質量控制，可以選擇動力水準儀或動態稱重傳感器來進行靜力和動力檢測；在運營階段，需要對橋梁結構進行定期巡檢和評估，可以選擇應變計或振動加速度計來進行靜力和動力檢測；在維修階段，需要對橋梁結構進行詳細診斷和處理，可以選擇全息攝影技術或聲發射技術來進行非破壞檢測。

檢測儀器的精度

在科學與工程領域中，檢測儀器的精度是一個至關重要的參數。它代表了該儀器所能達到的測量準確性和可信程度。精度的含義在于測量結果與真實值之間的偏差，因此，更高的精度意味著測量結果更接近實際情況，使其在實際應用中更具可靠性。 精度的提高往往伴隨著成本和操作復雜性的增加。再選擇適合的檢測儀器時，需要權衡精度與成本、操作難度之間的關系。具體來說，根據實際的檢測目標和要求來確定所需的精度水平是至關重要的。如果檢測的需求對精度要求較高，可能需要投資更先進、更精密的儀器，但這也可能意味著更高的價格和更復雜的操作流程。 在選擇檢測儀器時，精度是一個需要綜合考慮的重要因素。根據實際需要，權衡精度、成本和操作難度，可以確保選取到最適合的儀器，以滿足特定的測量要求，并在科學研究和工程實踐中取得可靠的測量結果。 檢測儀器的可靠性

可靠性是指檢測儀器在正常使用條件下能夠持續正常工作的能力，是衡量檢測儀器質量的重要指標。一般來說，可靠性越高，檢測儀器越穩定，但也意味著維護越難、更新越慢。因此，在選擇檢測儀器時，需要根據檢測環境和條件來確定所需的可靠性水平，并在滿足可靠性要求的前提下盡量提高維護效率和更新速度。

檢測儀器的效率

效率是指檢測儀器在單位時間內能夠完成的檢測任務的數量或范圍，是衡量檢測儀器效果的重要指標。一般來說，效率越高，檢測儀器越快速，但也意味著能耗越大、數據量越大。因此，在選擇檢測儀器時，需要根據檢測頻率和規模來確定所需的效率水平，并在滿足效率要求的前提下盡量降低能耗和數據處理難度。

檢測儀器的經濟性

經濟性是指檢測儀器的購買、使用和維護所需的費用和資源，是衡量檢測儀器成本效益的重要指標。一般來說，經濟性越高，檢測儀器越便宜，但也意味著性能越低、壽命越短。因此，在選擇檢測儀器時，需要根據檢測預算和期限來確定所需的經濟性水平，并在滿足經濟性要求的前提下盡量提高性能和壽命。

檢測儀器的應用案例

為了更好地說明不同類型的檢測儀器在實際工程中的應用情況，展示其優勢和局限性，下面講述一些具體的橋梁工程為例，介紹以下部分檢測儀器的應用案例。

無人機在橋梁外觀檢測中有著廣泛的應用，可以對橋梁的裂縫、變形、腐蝕等病害進行快速識別和定位。例如，在2021年9月7 日，陜西省通達公路建設集團有限責任公司利用無人機對西安市長安區的一座公路橋進行了外觀檢測，發現了橋面鋪裝的開裂和剝落現象，并及時進行了維修。

環形爬升機器人在橋梁柱體檢測中有著重要的作用，可以對柱體的裂縫、變形、腐蝕等病害進行精確識別和定量測量。例如，在2020年11月27 日，北京交通大學利用環形爬升機器人對京張高鐵延慶段的一座鋼筋混凝土拱橋進行了柱體檢測，發現了柱體表面的微小裂縫，并及時進行了評估。

探地雷達在橋梁基礎檢測中有著重要的作用，可以對橋梁基礎的空洞、裂紋、沖刷等病害進行有效探測和評估。例如，在2019年12月18 日，中國科學院地質與地球物理研究所利用探地雷達對北京市朝陽區的一座公路橋進行了基礎檢測，發現了橋墩下方的空洞和沖刷現象，并及時進行了處理。

聲發射技術在橋梁裂紋檢測中有著突出的作用，可以對橋梁結構的微小裂紋進行實時監測和預警。例如，在2018年10月15 日，清華大學利用聲發射技術對北京市海淀區的一座公路橋進行了裂紋檢測，發現了橋面板的多處微小裂紋，并及時進行了分析。

道路橋梁施工養護中的檢測儀器選擇和使用十分關鍵，它能有效保障橋梁的安全性和耐久性，及時發現和處理病害和損傷，從而延長橋梁的使用壽命，降低維修成本。在選擇檢測儀器時，需要綜合考慮橋梁類型、結構特點、施工養護階段等因素，并關注檢測儀器的精度、可靠性、效率和經濟性。實際應用案例證明，無人機、環形爬升機器人、探地雷達和聲發射技術等檢測儀器在橋梁施工養護中發揮了重要作用。未來，隨著科技的不斷發展，更多高效、精確、經濟的檢測儀器將得到應用，為橋梁施工養護提供更強大的支持。