公路橋梁裂縫檢測技術分析

任江、劉進

（貴州宏信創達工程檢測咨詢有限公司，貴州貴陽 550014）

0 引言

隨著我國現代社會高速發展，橋梁建設數量逐步增多，對交通通行水平的提升有著非常重要的作用。橋梁是現代社會發展重要的基礎設施，能讓交通運輸變得更加便利，所以人們非常重視橋梁工程的建設。在進入全新的發展階段，公路橋梁建設水平日益提升，但是在投入使用之后，因為多方面因素的影響，造成裂縫問題出現，給整個橋梁的正常使用帶來很大影響。本文重點分析公路橋梁裂縫檢測技術，提升檢測水平，為公路橋梁運行效果的提升奠定基礎。

1 橋梁常見裂縫

1.1 混凝土強度存在問題而引發裂縫

公路橋梁的混凝土澆筑施工完成之后，需要經過一定時間沉淀才會達到強度要求，而強度性能會受周邊自然環境的影響，所以很多混凝土結構會出現收縮裂縫和溫度裂縫的問題。混凝土強度不足是導致橋梁裂縫的主要原因之一。在施工過程中，如果混凝土的配合比例不合理或施工技術不當，混凝土的強度可能無法達到設計要求。當橋梁受到荷載作用時，強度不足的混凝土會出現變形和應力集中，導致裂縫的產生。此外，混凝土強度也可能受到材料質量、固化過程中的溫度和濕度等因素影響。混凝土裂縫對橋梁結構產生的影響是多方面的。首先，裂縫會破壞混凝土的連續性和整體性，導致橋梁結構的強度和剛度下降，從而影響橋梁的承載能力。其次，裂縫還會導致水分和有害物質的滲透，加速混凝土的老化和腐蝕，進一步降低橋梁的耐久性和使用壽命。

1.2 后續施工和使用階段出現裂縫

橋梁工程在投入使用后的較長時期內，會受到不同方向彎矩的作用，如果預應力較大則會產生很大彎矩，這時就會導致橋梁出現彎曲裂縫。此外，橋梁受到較大載荷時，也會出現彎曲裂縫。剪切裂縫是橋梁受到剪應力而形成的，多數是在支撐結構點位的附近出現。扭曲裂縫是在扭轉和彎曲的影響之下出現的，這種裂縫發生率比較高。還有一種裂縫是局部應力裂縫，是因為橋梁的某個部位出現局部應力過大，長期較大荷載作用而出現強度降低、表層脫落，從而形成裂縫[1]。

2 橋梁裂縫的檢測方法

公路橋梁出現裂縫會對橋梁的結構和性能造成很大影響，所以需要加強裂縫檢測，分析裂縫問題，才能采取有效的應對措施，預防病害發生。

2.1 超聲檢測

超聲波檢測技術是一種常用的橋梁裂縫檢測方法，它利用超聲波在材料中傳播和反射的原理來獲取材料的內部信息。通過對超聲波的傳播速度、幅度和反射信號的分析，可以確定材料的缺陷位置、形態和尺寸，包括裂縫、空洞、腐蝕等問題。通常，一個超聲波發射器會向待測材料發送高頻聲波脈沖，當這些聲波遇到材料中的缺陷或界面時，部分聲波會被反射回來，并被一個接收器接收。通過測量超聲波的傳播時間和幅度，可以計算出缺陷的深度和尺寸，所以當前應用非常廣泛[2]。

2.2 聲發射檢測

在橋梁裂縫檢測過程中，聲發射檢測技術是一種常用的橋梁裂縫檢測方法，它通過監聽材料內部的聲波信號來檢測和評估材料中的裂縫、斷裂和變形等缺陷。該技術基于聲波的能量釋放和傳播過程，能夠實時監測橋梁結構的健康狀態，并及時發現潛在問題。聲發射檢測技術的基本原理是在材料內部存在缺陷時，材料會釋放出由微小裂紋擴展或物質移動引起的應力波，這些應力波以超聲速度傳播，并在材料表面或周圍的傳感器上產生可測量的聲波信號。通過分析和識別這些聲波信號的特征，可以確定裂縫的位置、尺寸和活動性，以及評估材料的健康狀態。

2.3 應變片式電阻傳感器檢測

應變片式電阻傳感器是使用應變片作為傳感器元件，在檢測過程中，通過物體對橋梁一側進行敲擊，使橋梁結構產生微小的形變，導體也會隨之發生受力變形，導體的電阻值會產生變化，利用轉換元件的方式檢測信號，從而可以獲得公路橋梁裂縫信號，判斷橋梁是否存在質量問題。該檢測方式具備較高的精度，應用范圍比較廣，測量結果也具備較高的可靠性，并且操作簡單，不需要使用復雜的設備，低溫條件下也可以進行測量[3]。

2.4 紅外檢測

紅外檢測是以紅外理論為基礎，通過紅外輻射特性的方法進行分析，該方法屬于無損檢測的類型，對于檢測效果和質量的提升具有積極作用。在公路橋梁裂縫檢測過程中，通過紅外檢測的方式能夠及時發現缺陷的位置。經過實際應用效果分析，紅外檢測與其他檢測技術相比更安全，且檢測過程中不會與橋梁直接接觸，具備較高的靈敏度，檢測效率也非常高，能夠測量出0.1℃的溫度差。但是該設備的生產成本比較高，所以目前并未廣泛地應用到公路橋梁裂縫檢測中。

3 超聲波檢測橋梁裂縫的步驟

使用超聲波進行公路橋梁裂縫深度的檢測時，既能檢測出脈沖波在混凝土中的傳播時間，還能檢測出接收波的振幅以及接收波的頻率信息，能夠直接通過各種參數的變化情況準確地判斷出混凝土結構內部是否存在裂縫，并且能夠掌握裂縫的位置、尺寸以及裂縫性質等信息。對于橋梁某個部位進行檢測時，如果只有一個表面可供測量，可以采用單面測量，可以使用平測法，該方法需要布置測量點位，應避開在鋼筋的位置，測量點的設置要結合不同的測量距離進行設定，測量方法包含跨縫測量和不跨縫測量[4]。

3.1 跨縫測量和不跨縫測量

在不跨縫測量時，發射器與接收器應安裝在同一側，距離設置要符合測量的要求。以某橋梁為案例進行分析，發射與接收按照120mm、170mm、220mm、270mm 的距離數據布置，做好各個距離位置的測量結果記錄。在測量結束后，使用回歸分析方法掌握數據信息，繪制傳播時間和距離的回歸直線方程。在進行跨縫測量時，發射器與接收器應分別設置在裂縫兩側，采取對稱布置方式。

3.2 深度的確定

裂縫深度按照公式（1）進行計算。

式（1）中：li為在不跨縫測量中i點的超聲波測量距離（mm）；hci為i點的裂縫深度（mm）；t o i為跨縫平測時聲音的傳遞時間（μs）。

在跨縫測量環節，如果某個測量沒有出現首波反向的情況，就要對距離和相鄰測量值展開分析，并且利用公式（1）計算確定裂縫深度，得出平均深度參數。該方法測量過程中，需要掌握不同測距之下裂縫深度、平均裂縫深度參數，之后需要與平均裂縫深度進行對比分析，倘若存在小于平均裂縫深度或者大于平均裂縫深度的3 倍情況，就需要把該數據清除，而后把余下的裂縫深度值重新平均計算，而后選取最終結果。

4 橋梁裂縫的超聲波現場檢測

4.1 現場檢測橋梁裂縫

將某公路橋梁的墩臺結構裂縫檢測作為案例進行分析，經過對現場調查分析發現，該橋梁的墩臺結構已經涂抹防火涂料，厚度在1.2cm 左右，橋梁墩臺的表面存在凹凸不平的情況，因此探頭的耦合操作有一定難度，并且防火材料會導致超聲波的穿透力下降。為了使檢測更加符合要求，現場工作人員將部分防火材料清理掉，去除裂縫上下各20cm 的厚度。在換能器的表面涂抹一層耦合劑，這樣可以使換能器和混凝土表面有良好的耦合狀態。對該部位進行裂縫分布檢測，并且在延伸線上間隔40cm 位置設置一個測量點位，使用粉筆進行標記，通過直尺對每個測量點位的邊溝蓋距離測量，掌握邊溝蓋的高度，確定測點的具體位置[5]。

4.2 現場檢測橋梁裂縫的結果分析

經過對測量結果的分析，可以發現該橋梁在兩個測點的位置上都出現信號減弱的情況，并且對數據分析之后發現，該部位的裂縫深度比較大，通過超聲波平測法只能檢測60cm 以下深度的裂縫。因此，這兩個位置上存在的裂縫是否會進一步擴展，需要使用其他方式進行輔助檢測確定。檢測結果顯示，整個檢測部位的裂縫已經完全貫通，并且某些特殊位置無法檢測，所以不能作出準確判斷，綜合分析該橋梁的運行狀態，并不能達到良好的運行條件。

5 橋梁裂縫檢測中混凝土超聲波檢測技術的有效應用

5.1 執行技術標準制作聲測管

超聲波檢測方法應用過程中，聲測管是重要的材料，所以在制作過程中要加強質量控制，確保厚度、接頭焊接質量等完全符合要求，嚴格執行設計方案，使聲測管的內部有足夠的空間，達到柔性要求。根據橋梁的具體情況和設計要求，確定聲測管的尺寸。明確聲測管的長度、直徑和壁厚等參數。制作過程中做好切割材料、彎曲、焊接和連接等工藝控制，確保制作過程符合標準要求，以保證聲測管的質量和性能。此外，根據橋梁的結構和監測要求，確定聲測管的安裝位置和布置方式。安裝時應注意保持聲測管與橋梁結構的緊密接觸，確保裂縫活動能夠準確傳遞到聲測管中，一般來說，沿著樁體長度間隔3m 連接一次。同時，安裝過程中應遵循相應的施工規范和安全操作要求。

5.2 校正換能器精度

聲波檢測的裝置中包含換能器、數據采集裝置等組成部分，每個部分對檢測的效果和質量都會產生直接影響。在設備投入使用之前，要對設備的性能和參數進行檢測，確保符合現場測量的要求。檢測過程中，工作人員要通過調速器試驗檢測聲音和波形的精度，然后按照設計要求調整換能器的精度。如果現場無法滿足使用要求，應該更換換能器，以達到檢測標準。

5.3 科學選擇采樣頻率

在公路橋梁的樁體結構質量進行檢測的過程中，要確定合適的采樣頻率，對波譜特性展開綜合性分析，提高波譜信號的精度水平，以免受到頻域和時域的影響。

6 預應力混凝土橋梁裂縫加固方法

對于公路橋梁的裂縫來說，影響程度受到類型、寬度、深度等各方面因素的影響，但是每種裂縫都會損害橋梁的性能，所以在檢測到裂縫后，應該進行裂縫加固。

6.1 預應力鋼束加固

在公路橋梁加固過程中，主要加固方式是在梁體截面的位置上使用鋼束增強和提高公路橋梁結構的整體承載性能。預應力鋼束加固技術是目前比較常見的一種加固技術，應用的時間已經超過100 年，可以有效解決橋梁承載性能不足的問題。這一技術不僅可以提升橋梁的承載能力，還能預防結構變形，延長橋梁的使用壽命。但該方法也有一定缺陷，在現場加固過程中，該方法的工藝流程比較復雜，并且加固成本相對較高，對于原橋梁結構也會產生很大影響。因此，在預應力鋼束加固施工應用環節，要分析現場是否滿足加固要求，綜合考慮各個方面因素之后再選擇確定。

6.2 粘貼鋼板加固

該加固技術主要是將抗拉強度相對較高的材料直接粘貼在橋梁結構表面，與橋梁結構形成整體，以提升結構的強度和抗彎性能。相比預應力鋼束加固技術，該加固技術的施工工期相對較短，成本也比較低，不會給原有的橋梁結構造成過大影響，還能避免裂縫的擴大，提升結構承載性能，是目前比較理想的一種加固施工方式。

6.3 碳纖維材料加固

碳纖維是一種強度非常高的復合材料，最初應用在航天領域，后來經過全面的研發和改進，使用范圍不斷擴大，如今對于工程領域有著非常重要的意義。在公路橋梁加固過程中應用的碳纖維材料包含碳纖維布和碳纖維板兩種，應當根據公路橋梁的加固施工需要，選擇合適的黏結劑，將碳纖維材料和橋梁形成整體的結構，以提升結構整體承載性能，使橋梁具備較高的承受能力和抗裂性。

6.4 裂縫處置

公路橋梁的裂縫處置是一種綜合性的技術，需要將多種加固技術融合起來，從裂縫的實際情況出發，分析形成裂縫的原因，并且掌握裂縫的寬度、深度等尺寸，選擇合適的修補技術，才能有效地預防裂縫擴展。與前幾種加固技術不同的是，裂縫處置對橋梁的外觀有著較高的要求，所以應該做好現場的處理工作，分析橋梁的具體情況，選擇合適的處置方式，才能提高公路橋梁的性能水平。

7 結語

綜上所述，公路橋梁在施工以及運營環節容易發生裂縫，這會對橋梁結構的性能和質量產生很大影響。因此，需要對公路橋梁裂縫進行全面的檢測，憑借各項無損檢測的優勢，及時掌握橋梁裂縫的相關信息，并且根據裂縫的實際情況，選擇合適的加固處理措施，才能有序地恢復公路橋梁的承載性能，提高道路交通的安全性，實現橋梁事業的全面發展。