橋梁檢測中錨桿無損檢測技術

王秋榮、易斐

（景德鎮市昌盛公路工程試驗檢測有限公司，江西景德鎮 333000）

0 引言

預應力混凝土連續剛構橋梁的內部結構相對復雜，在預防斜向裂縫方面，箱梁腹板豎向預應力起重要的控制作用。但是由于受到技術、材料、環境等多種因素的影響，橋梁工程建設后難免會出現質量問題，因此要采取相應的檢測技術全面檢測、評估橋梁的健康狀況，進而及時進行病害防治或處治，保證結構的穩定性。

錨桿無損檢測技術是一種通過非破壞性手段對橋梁錨桿進行檢測和評估的方法。傳統的錨桿檢測通常采用破壞性方法，需要對錨桿進行拆除或取芯，會對結構造成一定的損傷和干擾。而無損檢測技術則能夠在不破壞結構的前提下獲取錨桿的位置、長度、直徑、深埋深度、錨固長度以及錨桿的損傷情況，能夠為橋梁養護工作提供幫助。

1 無損檢測技術的優點

在橋梁工程中，確保橋梁結構的安全性和穩定性至關重要。錨桿作為橋梁結構中的關鍵支撐元素，對其狀態和性能的檢測尤為重要。錨桿無損檢測技術是一種高效、準確的檢測方法，在橋梁檢測領域得到了廣泛應用，該技術具有以下優點：

第一，錨桿無損檢測技術具有非侵入性。傳統的檢測方法可能需要進行開挖或拆除部分結構，而無損檢測技術可以在不破壞結構完整性的前提下進行，這能夠大大減少對橋梁正常運行的干擾。

第二，錨桿無損檢測技術有高靈敏度和高精度。采用先進的檢測設備和技術，可以對錨桿進行全方位、多角度的檢測，實時獲取數據并進行分析。這種高靈敏度和高精度的檢測可以更準確地發現錨桿的缺陷、損傷或劣化情況，能夠為進一步的維護決策提供可靠的依據。

第三，錨桿無損檢測技術具有快速性和高效性。相比傳統的檢測方法，無損檢測不需要耗費大量的時間和人力資源。檢測過程可以在較短的時間內完成，能夠降低對交通的影響，提高檢測和施工效率。

第四，錨桿無損檢測技術可以實現全面性和全局性的檢測。通過對錨桿的整體性能進行評估，可以發現可能存在的問題并及時進行干預。同時，無損檢測技術可以對錨桿的不同部位逐一檢測，可為橋梁的安全性提供有力保障。

第五，錨桿無損檢測技術還具有實時性和可重復性。檢測數據可以即時獲取，便于技術人員及時了解錨桿的狀態。同時，可以定期檢測，以跟蹤錨桿性能的變化，為維護決策提供長期支持[1-2]。

2 錨桿無損檢測技術原理

通過檢測可知，在豎向預應力鋼筋灌漿飽和度存在空腔的情況下，復合桿件截面積和波阻抗勢必會出現不同程度的變化，此時內部的應力波就加長。一般看來，密實度和空腔之間的關系為密度大，則空腔面積小。這種情況下，反射應力波能量會強化，衰減速度會減慢。反之，空腔面積越大，密實度會越小，最終的反射應力波能量會弱化。

橋梁錨固體系一定要滿足λ ＞D和λ ＞L，λ 代表反射應力波波長，D代表錨桿桿體直徑，L代表錨桿桿體長度。

可將錨固體系視為統一的一維桿件，在多項零部件的共同組成下，形成穩定的截面體系。應力波一般會從錨桿端出發經過桿體向四周擴散。結合錨固體系簡化模型的具體形式，及時調整錨桿橫截面積和材料性質，并全面關注入射波的反映情況，可以深入了解內部的各項參數。

錨桿的截面面積和材料性質存在調整時，入射波會在該截面上發生反射和透射情況，反射波和透射波幅值的大小與截面面積和波阻抗相對變化的程度有關。例如，在錨桿、砂漿、圍巖澆筑密實度高的時候，三者之間的波阻抗差異不大，入射波更容易透射過去，而反射回來的能量較少。反之，反射波會較強[2]。具體詳見公式（1）：

式（1）中：R 表示反射系數；ρ1表示錨桿與圍巖界面之間的密度；ρ2表示砂漿界面介質密度；V1表示圍巖界面、錨桿界面波速；V2表示砂漿界面、錨桿界面縱波速度。

由公式（1）可知，錨桿、圍巖界面及其附屬界面參數出現改變，整體的反射波也會出現較大的變動。因此，在錨桿無損檢測過程中，需要結合具體的反射信號情況，把握反射波的強度和變動的具體時間，做好錨桿長度和質量的判定工作，見公式（2）和公式（3）：

式（2）～（3）中：H 表示錨桿長度，S 代表空腔缺陷深度，t 表示時間；V 表示錨桿波速；E 表示反射波歸一化能量；d 表示反射波振幅。

錨桿無損檢測技術原理如圖1 模型示意圖和圖2反射信息圖所示。

圖1 模型示意圖

觀察模型可以了解到，A 點、B 點、C 點 與D 點 的關系，其反射通過序列如圖2 所表示。T0表示直達波的傳遞時間；針對圍巖接觸面引起的發射時間用T1表示；T2表示空腔缺陷界面的B 應力波反射所用的時間；T3是空腔缺陷下界面C 的反射時間。入射波波幅和錨桿底部反射波波幅分別用E1和E2表示。判斷錨桿砂漿飽和度時，進行歸一化處理。

3 做好錨桿錨固質量評估

3.1 錨桿長度檢測

錨桿長度對整個橋梁工程質量有重要影響。在實際檢測環節，一定要參考具體的要求核對檢測數據。錨桿桿體長度不小于設計長度的95%，且不足長度不超過0.5m，可評定錨桿長度合格[3]。

3.2 錨固密實度

在錨固密實度檢測階段，可以通過詳細的計算得出密實度參數，還可以結合反射波和入射波的能力，確定最終的密實度參數。

4 錨桿無損檢測技術推廣和落實案例

4.1 工程基本概況

某橋梁屬于典型的預應力混凝土連續剛構橋，總長達1.02km。該橋嚴格按照單箱單室預應力混凝土箱梁設計標準建造，以確保結構的穩固性。在設計過程中，嚴格控制箱梁高度，保持在8±4.5m 范圍內，頂部寬度分別為15m 和7m。在施工階段，充分考慮汽車荷載和行人荷載要求，以全面提升橋梁的承載力和使用性能。該橋梁經過10 年的使用后，為明確橋梁的健康狀況，在2020 年對其進行全面檢查，采用錨桿無損檢測技術。

4.2 試驗標定

在試驗標定過程中，需要在了解病害問題的基礎上，選擇適宜的無損檢測技術開展工作。通過系統的模擬試驗，全面把握橋梁實測錨桿長度的具體數值，并嚴格按照要求確定鋼筋之間的距離。通過科學設計和調整，做好錨桿桿體的波速測定工作，模擬出內部的基本情況[4]。

4.3 模擬試驗

主要采用無損檢測模擬方式進行錨桿檢測工作，且具體操作應與設計方案保持一致。在模型試驗中，以PVC 管作為模擬對象，并按照標準要求進行錨桿孔的模擬，然后將鋼筋插入其中。為了確保整體的穩定性，采用卡位器進行固定。同時，合理控制鋼筋的外露長度，一般要保持在20cm 以內，并選擇適合的膠管封套進行處理，以提高錨桿的整體性能。在模擬操作過程中，對錨桿進行檢測，以驗證其最終強度是否符合設計規范。通過模擬試驗操作，能夠預先了解錨桿在實際工程中的表現，更加準確地評估錨桿的性能和質量，確保其符合設計要求，并在需要時進行必要的調整和改進，以確保工程的可靠性。

4.4 錨桿抽檢檢測

以模擬試驗為基礎，對試驗數據進行比較分析，明確相關變化趨勢。

第一，在檢測位置距離地面4.5cm 區域進行巖壁檢測，錨固質量最佳的設計長度為6m，波形的直徑為25cm，整體實際長度為5.98m，外露的長度為0.1m；觀察波形的變化趨勢，明顯看出錨桿波形衰減速度較快，從傳播階段可以看出未出現畸形變化情況，表明波形衰減有明顯的規律性。從錨桿底部的反射性來看，反射性趨勢不夠特別明顯，相關的基線變化方式與波形變化的趨勢較為一致，表明該工程的注漿性能非常好。

第二，在檢測位置距離地面2.5cm 區域進行巖壁檢測發現，錨固質量最佳的設計長度為4.5m，實際檢測的長度4.48m，外露的長度為0.1m；對主體結構2.5m 位置的巖壁開展檢測發現，錨桿內的錨桿波形衰減速度較快，且在桿底位置表現出比較明顯的反射變化，其中基線位置與波形位置相對接近，表明注漿質量高。

第三，全面檢測脫落預應力鋼筋距離地面的具體距離和錨固點情況。錨固點的長度：實際測量長度和外露長度分別為6m、6.403m 和0.28m。結合具體的波形變動趨勢，錨桿衰減速度比較慢。由于桿底存在反射現象不多，側面表明注漿的性能較高。此外，在距離地面4m 和1.5m 處，由于反射波疊加量少，波形畸變量小，表示注漿強度滿足設計要求。

5 橋梁錨桿無損檢測注意事項

第一，進行錨桿無損檢測之前，需要確保檢測設備正常。在實際操作前，必須對超聲波檢測設備、震動傳感器、數據采集器等關鍵硬件設備進行仔細檢查。通過儀器自檢和功能測試，確認設備各項功能正常。同時，要對設備的狀態進行全面評估，確保沒有損壞、松動或其他異常情況。通過校驗和標定，以進一步驗證設備的準確性，確保在實際檢測中獲得準確的數據。

第二，制訂適宜的檢測方案是錨桿無損檢測的基礎。根據橋梁錨桿的具體情況，制訂詳細的操作計劃。首先，根據錨桿的材料特性、結構形式以及周圍環境等因素，選擇適當的檢測方法。超聲波、震動法等不同方法具有不同的適用范圍和特點，需要根據實際情況進行選擇。其次，確定檢測位置和角度，確保檢測覆蓋錨桿的關鍵部位。此外，由于不同角度的檢測可能會影響信號的傳播和反射，從而影響數據的準確性，因此角度的選擇也十分重要。最后，設置合適的檢測參數，包括脈沖頻率、檢測深度等，以獲得具有高分辨率和敏感性的檢測結果。

第三，按照檢測方案，在橋梁的合適位置布置檢測設備。對于錨桿的不同部位和角度，可能需要調整設備的位置和角度，確保能夠全面覆蓋錨桿的各個部分。

第四，啟動檢測設備，開始信號采集。根據設備的指導，將超聲波或震動信號發送到錨桿中，并記錄反射或傳播的信號。采集的信號會被傳輸到數據采集器中，然后進行初步處理和分析。

第五，對獲取的信號數據進行詳細的分析和解讀。根據信號的特征，確定錨桿中可能存在的缺陷、損傷或劣化情況，并將數據與事先設定的標準或基準進行比對，判斷錨桿的狀態是否符合要求。

6 結語

在橋梁檢測中，采用錨桿無損檢測技術，對錨桿的內部結構和外部狀況進行全面、精確的評估，識別潛在問題和損傷，能夠為橋梁養護提供依據，進而保障橋梁安全運行。在日后的工作開展中，需要加強對錨桿無損檢測技術的研究與創新，通過引入先進智能設備，實現智能化檢測，同時需要做好對檢測數據的整合、分析，提升橋梁質量判斷的精確性，為橋梁的維護和管理提供更準確的依據。