無損檢測技術(shù)在道路橋梁檢測中的應(yīng)用研究

李俊德

（煙臺市蓬萊公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)中心，山東蓬萊 265600）

0 引言

在道路橋梁工程建設(shè)中，檢測工作發(fā)揮著非常重要的作用，對于保障道路橋梁整體的質(zhì)量和運行安全意義重大。近年來，無損檢測技術(shù)開始被廣泛應(yīng)用在各個領(lǐng)域，取得十分顯著的效果，將其應(yīng)用到道路橋梁檢測中，能夠在不對橋梁主體結(jié)構(gòu)造成損傷的情況下，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)性能檢測，找出結(jié)構(gòu)中可能存在的病害，有助于延長道路橋梁的使用壽命，保障其運行安全。

1 無損檢測技術(shù)概述

對比常規(guī)的檢測技術(shù)，無損檢測技術(shù)可以在不對橋梁結(jié)構(gòu)完整性造成破壞、不影響結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上，對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分布情況進(jìn)行探究，并進(jìn)行各項指標(biāo)參數(shù)的檢測，對照檢測結(jié)果對結(jié)構(gòu)的特征和性能進(jìn)行判斷。無損檢測技術(shù)的特征體現(xiàn)在以下幾個方面[1-3]：

1.1 無損性

道路橋梁結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，工程量巨大，施工難度大，影響因素眾多，在施工和運行中很容易出現(xiàn)各種各樣的病害和隱患，易對道路橋梁的使用壽命和使用安全產(chǎn)生巨大影響。無損檢測技術(shù)能夠通過多樣化的檢測方式，在不破壞甚至不接觸橋梁結(jié)構(gòu)的情況下，對其進(jìn)行全面系統(tǒng)性檢測。

1.2 精確性

無損檢測技術(shù)在實際應(yīng)用中，需要借助一些精密的儀器設(shè)備，因此對于檢測人員的專業(yè)能力有著很高的要求，需要檢測人員嚴(yán)格依照規(guī)范化的流程進(jìn)行操作。而通過不同無損檢測技術(shù)之間的驗證，能夠切實提高檢測結(jié)果的精準(zhǔn)性和可靠性。

1.3 全面性

無損檢測技術(shù)可以實現(xiàn)對被檢測對象的全面檢測，這也是常規(guī)檢測技術(shù)無法實現(xiàn)的。

1.4 全程性

一般情況下，常規(guī)的破壞性檢測僅適用于原材料檢測，成品在檢測后就會被破壞，失去自身價值。無損檢測技術(shù)不會對被檢測對象造成損壞，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對于材料、半成品和最終產(chǎn)品的全過程檢測，跟蹤產(chǎn)品的質(zhì)量變化，確保在出現(xiàn)問題時能夠及時進(jìn)行處理，規(guī)避成品質(zhì)量缺陷，最大限度地保障最終產(chǎn)品的質(zhì)量和性能。

2 道路橋梁檢測中無損檢測技術(shù)的優(yōu)勢

對比常規(guī)的建筑工程，道路橋梁具有投資更大、施工周期更長的特點，在道路橋梁施工建設(shè)以及運營階段，質(zhì)量影響因素眾多，為了能夠最大限度地保障工程的施工質(zhì)量，保障道路橋梁的運行安全，有關(guān)部門需要落實好橋梁檢測。將無損檢測技術(shù)應(yīng)用到道路橋梁檢測中，有著十分明顯的優(yōu)勢[4-6]：

一是無損檢測技術(shù)體系已經(jīng)基本成熟。無損檢測技術(shù)在道路橋梁工程中已經(jīng)基本形成完善的技術(shù)體系，只要操作規(guī)范，基本不會出現(xiàn)明顯的缺陷和問題。因為道路橋梁結(jié)構(gòu)規(guī)模體系龐大，需要檢測的內(nèi)容較多，不同結(jié)構(gòu)和體系之間不管是性能還是受力情況，都可能存在較大差異，而且橋梁內(nèi)部的動力特性以及剛度也會有所不同，因此，現(xiàn)代道路橋梁檢測工作十分復(fù)雜。在這種情況下，要想保障道路橋梁的檢測效果，就必須將可能存在的影響因素全部考慮在內(nèi)，常規(guī)的檢測技術(shù)雖然有效，但是會對橋梁結(jié)構(gòu)造成損傷，而無損檢測技術(shù)不僅具備“無損性”，還可以實現(xiàn)動態(tài)檢測以及多種方法聯(lián)合檢測，如果在檢測過程中，發(fā)現(xiàn)一種檢測方法存在明顯的缺漏或者不足，可以選擇其他方法進(jìn)行輔助，有助于縮短檢測時間，提高檢測精度。

二是不會對道路橋梁結(jié)構(gòu)造成破壞。道路橋梁檢測技術(shù)十分豐富，無損檢測技術(shù)是其中應(yīng)用較為廣泛的一種，也是最受歡迎的一種，其不會對道路橋梁結(jié)構(gòu)的完整性造成破壞，同時可以切實保障檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，為道路橋梁的質(zhì)量管控和維修養(yǎng)護(hù)提供便利。無損檢測技術(shù)在道路橋梁檢測中的應(yīng)用，能夠有效減少人力、物力方面的投入，也可以對重點位置進(jìn)行檢測，獲取可靠的數(shù)據(jù)信息。

三是有著良好的發(fā)展前景。伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，道路橋梁工程的數(shù)量進(jìn)一步增加，檢測工作中需要面對的問題也更加復(fù)雜。如果不能對檢測技術(shù)進(jìn)行持續(xù)的優(yōu)化創(chuàng)新，則檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性會受到影響。無損檢測技術(shù)在對道路橋梁的日常檢測中，使用靈活，適用范圍廣，在彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測技術(shù)缺陷的同時，還可以提高檢測效率。不僅如此，無損檢測技術(shù)也可以實現(xiàn)與其他檢測技術(shù)的聯(lián)合使用，具備良好的發(fā)展前景和拓展空間。

3 道路橋梁檢測中無損檢測技術(shù)的應(yīng)用

3.1 超聲檢測技術(shù)

超聲檢測技術(shù)的基本原理是利用相關(guān)設(shè)備，發(fā)射0.4～4MHz 頻率的超聲波，收集超聲波在物體內(nèi)部的傳輸信息，以此來獲取其內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況。超聲檢測技術(shù)的基本原理如圖1 所示。

圖1 超聲檢測技術(shù)基本原理

超聲波是一種高頻聲波，其在傳輸過程中，需要滿足聲波傳輸?shù)囊话阋?guī)律。將超聲檢測技術(shù)應(yīng)用到道路橋梁檢測中，需要先確定好檢測部位，設(shè)置好超聲波發(fā)生裝置，裝置發(fā)出的超聲波會在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部傳輸，如果橋梁結(jié)構(gòu)中存在縫隙或者損傷，超聲波會出現(xiàn)反射情況，接收裝置在完成對反射波的接收后，可以通過對其狀態(tài)的分析，判斷橋梁結(jié)構(gòu)的完整性以及損傷狀況。實際應(yīng)用環(huán)節(jié)，可以通過在介質(zhì)中設(shè)置傳感器的方式，測量超聲波的傳輸時間，依照傳輸時間、傳輸距離和傳輸速度等，計算超聲波波速，再對比其正常傳播速度，可以確定材料的性能參數(shù)，包括抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等，同時也能夠找出橋梁結(jié)構(gòu)中存在的缺陷。當(dāng)然，超聲波在橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部的傳輸也會因為各種因素的影響而出現(xiàn)誤差，舉例說明，當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在空氣或者水分時，超聲波的傳輸速率、傳輸時間等都會發(fā)生變化，繼而導(dǎo)致檢測結(jié)果出現(xiàn)偏差[7]。

3.2 射線檢測技術(shù)

射線檢測技術(shù)在道路橋梁檢測中有著較為廣泛的應(yīng)用，其基本原理是在橋梁結(jié)構(gòu)中設(shè)置相應(yīng)的底片，借助敏感底片完成對缺陷的有效探測，可以準(zhǔn)確找出結(jié)構(gòu)中存在的空洞以及鋼筋斷裂現(xiàn)象。在實際應(yīng)用中，檢測裝置發(fā)出的X 射線可以穿透厚度約40cm 的物體，獲取物體內(nèi)部的清晰圖像，從而使檢測人員對故障進(jìn)行精準(zhǔn)判斷。當(dāng)然，射線檢測技術(shù)同樣存在一定缺陷，如需要設(shè)置較多的探射源、無法實現(xiàn)對于后截面的穿透等，而且射線檢測技術(shù)在應(yīng)用中需要投入較高的成本，需要檢測人員依照工程建設(shè)的具體情況和現(xiàn)實需求，慎重選擇。

3.3 磁粉探傷技術(shù)

磁粉探傷技術(shù)是借助磁性材料，與橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磁感應(yīng)，檢測人員對磁力線的密度和分布情況進(jìn)行觀察，以此來判斷橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部是否存在缺陷。一般情況下，當(dāng)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在缺陷時，磁力線會產(chǎn)生相應(yīng)變化，出現(xiàn)漏磁場的現(xiàn)象，繼而引發(fā)材料表面磁粉的變化，可以為缺陷分析提供參考。磁粉探傷技術(shù)的靈敏度高，檢測迅速，而且成本相對較低，不過要求被檢測結(jié)構(gòu)能夠被磁化，同時也僅能針對淺部缺陷進(jìn)行檢測，存在一定局限性。

3.4 探地雷達(dá)檢測技術(shù)

探地雷達(dá)檢測技術(shù)如圖2 所示，其基本原理是利用專業(yè)的探地雷達(dá)，向需要檢測的區(qū)域發(fā)射脈沖（寬頻單脈沖、高頻電磁脈沖等），脈沖會在結(jié)構(gòu)中進(jìn)行快速傳輸，在遇到不同電性介質(zhì)交接區(qū)域時，會出現(xiàn)部分反射的情況，反射脈沖被接收天線接收。檢測人員可以對反射回來的脈沖信號進(jìn)行分析，依照分析結(jié)果，判斷橋梁結(jié)構(gòu)是否完整，是否存在缺陷和問題。探地雷達(dá)檢測技術(shù)操作簡單，檢測速度快，受環(huán)境因素影響小，檢測結(jié)果精度高，能夠?qū)蛎婷軐嵍冗M(jìn)行檢測，也可以測定基層的厚度、含水量等參數(shù)，實用性較好。

圖2 探地雷達(dá)檢測技術(shù)

3.5 圖像檢測技術(shù)

從實踐的角度來看，圖像檢測技術(shù)大致包含兩種不同的形式[8]：

3.5.1 紅外成像技術(shù)

紅外成像技術(shù)的基本原理是利用專業(yè)的紅外熱像儀設(shè)備，通過紅外線來探測橋梁結(jié)構(gòu)，明確不同區(qū)域的溫度分布，繪制相應(yīng)的紅外熱像圖，檢測人員可以從紅外熱像圖中，確認(rèn)橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷。紅外成像技術(shù)主要是利用不同材料具備不同導(dǎo)熱性能的特點，利用高精度、高敏感度的熱敏傳感器，針對橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度的實際分布情況進(jìn)行檢測，并且通過紅外熱像圖的形式直觀展示橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部情況。

3.5.2 激光全息技術(shù)

激光全息技術(shù)的基本原理是利用全息攝影精準(zhǔn)獲取橋梁結(jié)構(gòu)的高清圖像，對照圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行全面深入的分析，計算橋梁結(jié)構(gòu)的力學(xué)參數(shù)，繼而判斷橋梁在運行中的實際狀態(tài)。

圖像檢測技術(shù)本身有著極高的檢測精度，可以實現(xiàn)對橋梁結(jié)構(gòu)的全面檢測，并且將檢測結(jié)果直觀展示出來，備受檢測人員的青睞。

3.6 光纖傳感技術(shù)

光纖傳感技術(shù)是借助部分物理量本身的敏感性，將外界的物理量轉(zhuǎn)化為光信號，以此來實現(xiàn)對道路橋梁的無損檢測。光纖傳感檢測技術(shù)在很多領(lǐng)域都有著良好的應(yīng)用，將其應(yīng)用到道路橋梁檢測中，能夠?qū)蛄褐谢炷两Y(jié)構(gòu)的內(nèi)部應(yīng)力、鋼索索力等進(jìn)行檢測。對比常規(guī)的傳感器檢測技術(shù)，光纖應(yīng)變傳感器有著十分豐富的類型，更加輕便、靈活性強(qiáng)，受外部環(huán)境及被檢測對象的影響較小，可以很好地適應(yīng)惡劣環(huán)境，包括高壓、腐蝕等，實用性很強(qiáng)。不過，光纖傳感檢測器的價格相對較高，一定程度上拉高了技術(shù)應(yīng)用的成本，這也是其沒有在道路橋梁檢測中得到普及的一個重要原因。

3.7 頻譜分析技術(shù)

頻譜分析技術(shù)是依照不同介質(zhì)具備不同表面波傳播頻率的特性，檢測和判斷結(jié)構(gòu)的狀態(tài)。將頻譜分析技術(shù)應(yīng)用到道路橋梁無損檢測中，要求檢測人員在需要檢測的結(jié)構(gòu)表面，施加瞬時沖擊力，力的方向需要與結(jié)構(gòu)面保持垂直，這樣會產(chǎn)生瑞雷波面，其主要是以振源為中心，同時具備多種不同的頻率，通過在不同位置施力的方式，可以得到不同的瑞雷波面信號，配合安裝在相應(yīng)位置的傳感器設(shè)備，可以檢測瑞雷波的頻率，確定不同深度分層介質(zhì)的力學(xué)參數(shù)。對比常規(guī)檢測技術(shù)，頻譜分析技術(shù)有著更高的檢測頻率和更快的檢測速度，可以對道路橋梁中不同分層介質(zhì)的層間接觸情況以及厚度均勻性進(jìn)行檢測。

4 結(jié)語

總而言之，道路橋梁檢測工作與其質(zhì)量和安全密切相關(guān)，需要得到足夠的重視。將無損檢測技術(shù)應(yīng)用到道路橋梁檢測中，可以取得良好的檢測效果，能夠找出結(jié)構(gòu)中存在的缺陷和病害，在保障結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和安全性的同時，延長其使用壽命。從檢測人員的角度來說，需要熟悉無損檢測技術(shù)的方法和原理，對照道路橋梁的實際情況選擇恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)，保障檢測結(jié)果的有效性。