橋梁引道診斷中的無損檢測技術

張獻偉

（廣東盈通檢測認證有限公司，廣東中山 528455）

1 引言

隨著社會經濟的發展，橋梁建設規模持續擴大，社會各界高度重視橋梁建設質量的提高，但受荷載、自然環境等多因素的作用，橋梁局部結構可能出現裂縫、受損等問題，對橋梁的穩定性和安全性產生不良影響。 為保證橋梁質量，需采用檢測技術探明實際狀況，進而采取質量管控措施。 其中，無損檢測技術頗具代表性，可在不損傷結構完整性的前提下進行檢測，對此類技術進行探討具有必要性。

2 無損檢測技術在道路橋梁檢測中的應用價值

無損檢測技術屬于道路橋梁檢測中的重要技術形式，具有不損傷橋梁結構的特點。 例如，傳統的檢測方法主要依靠敲擊、鉆芯取樣等方法判斷被測結構的質量，結果直觀、準確，但結構的完整性會受到影響。 相較而言，無損檢測技術在完成質量檢測的同時可充分保證橋梁結構的完整性[1]，綜合應用效果良好。 在橋梁檢測中應用無損檢測技術，可準確判斷橋梁結構的質量狀況，發現問題后，鎖定發生部位，判斷質量問題的類型及原因， 采取針對性的修復措施， 使橋梁結構恢復正常狀態，為橋梁的安全使用提供保障。

3 工程實例

某道路橋梁工程， 設置氣密瀝青伸縮縫和單模塊防漏伸縮縫，設計長度為5 m、厚度為30 cm 的過渡板。 橋梁運營初期，部分伸縮縫產生橫向裂縫，經現場調查可知，裂縫集中在橋頭過渡板的支座處和距膨脹裝置的鋼型材30 cm 位置。 為探明橋梁裂縫的發生部位及具體病害特征， 針對橋梁結構做無損檢測。

4 無損檢測技術的應用

4.1 探地雷達檢測技術的應用

探地雷達檢測技術以電脈沖對橋梁結構進行檢測， 優勢在于檢測精度高，檢測信息的參考價值豐富，有助于對橋梁結構的斷裂情況進行量化分析， 基于入侵檢測系統探地雷達裝置進行橋梁無損檢測，該裝置由電池供電，核心組成包含1 臺便攜式計算機、1 個千赫控制單元、2 個天線及2 個發射-接收器（頻率分別為400 MHz、900 MHz）。 天線頻率的選擇對橋梁結構無損檢測結果有明顯的影響，隨著頻率的增加，電磁波穿透深度加大。 在本次分析中，僅考慮400 MHz 頻率。 經過檢測裝置的配置后，在過渡橋板區域，最大荷載車道和臨近接縫的緊急車道開展無損檢測工作[2]。

以慢車道和緊急車道的橋梁結構縱向探地雷達檢測為例，結果如圖1 所示。 經過探地雷達檢測后，確定連續層的厚度和電磁波信息的反射時間， 在此基礎上利用數據處理算法進行計算，評價在整個剖面內的電參數變化特征。介電常數值如表1 所示（其中帶 “*” 的部分指的是給定層的平均值相差在20%以上的介電常數）， 此指標的大小主要取決于距橋接頭的距離，對于同一類材料，可能由于密度、濕度的變化存在差異。 經過探地雷達檢測后可知，過渡板上方的橋接頭周邊的介電常數有明顯的變化， 即距離橋接頭4 m 的位置，揭示此部分可能存在壓實度不均勻或濕度增加的情況。

表1 分析層的相對介電常數的有效值距橋梁接縫的距離

圖1 各部位的縱向探地雷達圖

橋梁接縫周邊存在異常，具體表現為多次縱向反射、反射信號功率增加和反射信號相位改變， 揭示此部位可能存在空氣空洞、濕度增加、結構擾動的情況。 可以發現，由于緊急車道的低交通負荷作用，整個路面的介電常數存在差異。 根據探地雷達檢測結果得知，路面各結構層的介電常數不同，其中橋梁接縫周邊的介電常數出現變化。 距橋梁接縫4 m 內的介電常數變化，相應被測結構的濕度或孔隙率有加大的變化，隨著濕度的增加，水的介電常數高于平均值，孔隙率增加時，表現出空氣介電常數低于平均值的關系。 總體來看，推測膨脹帶中可能存在不均勻壓實帶。

4.2 激光掃描檢測技術

路面測量采用激光掃描儀進行，此儀器的精度在50 m 內為2 mm，具有較高的精度，且能夠快速收集掃描對象的信息。為保證掃描數據處理結果的有效性， 采用用于掃描位置對準的算法，再根據掃描到的結果進行提取和降噪處理。 在獲取數據后，進行平面擬合，用最小二乘法估計平面。 經過掃描后，生成路面的橫截面，如圖2 所示。 路面測量主要集中在接縫周邊最大荷載車道（慢車道）和緊急車道，經過掃描后可以發現，右側負載較重的車道相對于參考面降低約1 cm， 按照此規律可進一步得知， 左車道的邊緣約在參考部位上方1 cm 的位置。相較于參考位置，橋梁接縫周邊左側車道、右側車道分別降低約2~3 mm、0.5~1.5 cm，并在臨近橋接縫（A-A）的部位穿過車道，距接縫10 m（B-B）穿過道路（部分），沿右車道的右邊緣（C-C）。 縱截面，考慮研究邊緣的兩個點，即分別在位于10 m外的部位和橋梁接縫部位；橫截面，考慮伸縮縫的點。 對于臨近接縫的車道，參考平面至真實狀態的測量距離約為1.5 cm，路面相對于參考平面的高程，其高程值為5 mm（以快速車道的左車道為例）。 對于距接縫10 m 的橫截面，左側車道邊緣呈現出面積略微增加的變化，不同的是，右側車道未出現此類變化，即仍然維持原狀。 縱向橫截面，接縫部位降低至1.5 cm。 將參考值作為參照基準時，距橋梁接縫約10 m 部位的表面高度有所波動，并表現出在參考值附近波動的變化特征。

圖2 掃描路面的橫截面

根據掃描結果可知， 最大荷載的慢車道的橋梁接縫周邊路面存在變形現象，且程度明顯，經過與理論參考水平的對比分析可知，路面變形的最大值達到1.7 cm。 進一步根據變形值分析異常部位， 可以發現物體入口的表面表現出不均勻沉降現象[3]。

5 侵入參考檢測

以破壞性試驗的方式進行侵入性測試， 目的在于檢驗非破壞性方法（無損檢測）觀察到的不均勻壓實區域的實際狀況，將破壞性試驗結果作為無損檢測結果的參考，經對比分析后獲得真實、可靠的檢驗結果。 在侵入性測試中，巖芯用于確定瀝青層的空隙含量以及判斷裂紋的分布特征， 例如裂紋在結構中的覆蓋范圍， 并根據巖芯的相關信息判斷各結構層的厚度。 侵入性測試結果如圖3 所示。

圖3 侵入性測試結果

取樣部位選取的是裂縫周邊的接縫區域， 取芯樣進行分析后可知： 相比于距離橋梁接縫約15 m 部位的空隙含量，結合層和基層2 個提升層的空隙含量約為該值的2~3 倍， 可見橋梁周邊的結構層的壓實狀態遜色于常規路段的壓實狀態，樣品自身的壓實程度也證實了局部壓實狀況較差的事實。 因此，巖芯的測試結果有力論證了無損檢測產生的結論，從側面說明無損檢測技術的檢測結果具有可靠性。

6 結語

在本文中，以某道路橋梁工程為例，用探地雷達和激光掃描兩項無損檢測技術進行橋梁接縫部位橫向裂縫的引道路面的檢測， 并用侵入性檢測的方法對路面無損檢測結果進行驗證，經過分析后，得出如下結論。

1）經過探地雷達檢測后，生成雷達圖，結合圖中信息對縱向反射情況進行分析， 據此對被測范圍內的單個結構層的相對磁導率值進行判斷。 分析發現， 該參數沿掃描長度有所變化，表明特定層內各部分的壓實度不盡相同，存在不均勻壓實的情況。

2）對于負載最重的慢車道，經過無損檢測后發現滲透率值更大， 且此車道上的橋梁接縫周邊存在較為明顯的路面變形現象，經過無損檢測實測結果與理論參考水平（約1.7 cm）的對比分析發現，路面變形現象較為嚴重。

3）破壞性試驗結果可用于檢驗無損檢測技術獲得的檢測結果，判斷無損檢測結果的可靠性。 根據破壞性試驗的巖芯檢測結果可知，相比于橋梁接縫15 m 處樣品的空隙含量，橋梁接縫部位樣品的空隙含量更大， 破壞性試驗結果與無損檢測結果具有一致性。

4）實踐表明，探地雷達和激光掃描兩項無損檢測技術在道路橋梁檢測中具有可行性，檢測結果可靠，且未對被測結構的完整性產生影響，諸如此類無損檢測技術的應用效果良好，有推廣的價值。