無損檢測技術在道路橋梁檢測中的應用

文／郝小龍 青島城建集團有限公司 山東青島 266000

引言：

無損檢測又可稱作非破壞性檢測，可以在不將檢測對象形態加以改變的前提下，實現對其內部性質的有效檢測，迅速、準確的發現問題所處位置，這對發現與處理道橋工程中的各種病害具有重要意義，更是保障工程施工安全，延遲工程使用壽命的一項關鍵措施。

1.無損檢測技術在道路橋梁檢測工作中的應用優勢

1.1 檢測技術更加完善

傳統的道橋檢測技術通常只針對某一特定問題進行檢測，無法全面評估結構的整體狀況。無損檢測技術則提供了更全面、更細致的檢測手段，可以同時評估結構的各個方面，如裂縫、腐蝕、疲勞等，從而更準確地識別潛在的問題和缺陷。通過使用多種無損檢測方法的組合，工程師可以獲取更全面的結構信息，為修復和維護提供更有針對性的方案。

1.2 拓展空間較大

不論是城市交通樞紐還是跨海大橋，無損檢測技術都能適應其特殊的檢測需求。例如，超聲波檢測可用于評估混凝土結構的質量，紅外熱像儀可用于檢測溫度變化引起的熱應力等。由于無損檢測技術的豐富性和靈活性，它能夠根據不同工程的特點實現定制化應用，進一步提高檢測的準確性和可靠性。

1.3 對道路橋梁工程的破壞性小

傳統的檢測方法通常需要對結構進行拆解或取樣，這會對道橋工程造成二次破壞，并增加了修復的難度和成本。而無損檢測技術通過使用無損手段，如超聲波、磁力等，可以在不破壞結構完整性的情況下獲取結構信息。這種非破壞性的檢測方法不僅能夠避免進一步損害已建成的道路橋梁，還能減少維修和修復所需的時間和費用。同時，非破壞性的檢測方法也符合工程建設的可持續發展要求，對環境影響更小，能夠實現資源的節約和循環利用。

2.無損檢測技術在道橋檢測中的應用對象

2.1 內在缺陷

道路橋梁的內在缺陷是指材料質量存在不連續現象、性能參數發生了明顯改變，如此會對結構的承載能力、使用安全性帶來一定的影響。即使道路橋梁的路面強度符合設計規定，若存在內在缺陷，依舊有可能引起其承載性能的嚴重下降，并對結構耐久性造成問題。在實行工程檢測時，需要首先檢測內在缺陷的具體性質以及分布范圍，以便快速采取有效的處理對策，消除潛在的工程內部隱患[1]。道橋工程的內在缺陷一般包括空洞、輸送和斷層等類型，對于不同類型的道路橋梁內在缺陷，需要采取相應的技術手段進行檢測。如聲波檢測、紅外熱成像、地基雷達等，可以用于發現空洞和輸送等問題；而斷層可以通過應力應變測試、超聲波檢測等手段進行評估。這些技術檢測方法可以幫助工作人員準確判斷道路橋梁內部缺陷的程度和范圍，為后續的維修和加固工作提供依據。

2.2 強度檢測

在道橋施工的過程中，混凝土質量可能會受到諸多因素的干擾和影響，例如施工管理不善、意外事故等。這些因素都可能導致混凝土的強度存在變化或潛在問題。這時，通過無損檢測方法，工作人員可以及時獲得砼結構當前的強度信息，從而作為判斷砼結構是否合格和最終驗收的重要根據，無損檢測為混凝土質量的控制和評估提供了一種快速、可靠的手段。同時，在整個施工過程中，砼的強度會隨著時間的推移而發生變化。通過定期進行無損檢測，可以掌握砼結構在具體使用環境中的強度增長情況，從而采取必要的措施，保證道橋結構的安全穩定。這對于一些需要吊裝等操作的工程來說尤為重要，因為施工期間的混凝土強度必須要能夠承受相應的荷載。此外，無損檢測方法還可以用于評估現有道路結構的強度狀況。隨著時間的推移和外部環境的變化，一些舊有的道路結構可能無法滿足當今的交通荷載需求，或者因自然環境、施工失誤等原因而發生不同程度的損傷[2]。通過無損檢測，可以準確測出混凝土的當前強度，為道路的加固與改建提供基礎數據和依據。除了以上方面的檢測，無損檢測方法還具備測定其他性能的能力。例如，其可以用來測定保護層的厚度，這對于防止混凝土內部鋼筋被腐蝕具有重要意義。同時，還可以測定混凝土中碳化的深度，以評估結構材料的老化程度，這些方面的測定能夠更全面地評估道橋結構的狀況和性能。

3.道路橋梁檢測中無損檢測技術的應用

3.1 光纖傳感檢測技術

此技術是一種基于光纖的先進技術，其應用范圍廣泛且具有許多優點。通過利用光纖作為媒介，該技術能夠把外界物理量轉變成光信號進行檢測和分析。一旦外界物理量轉換為光信號，檢測設備就可以立即接收到并進行處理，如此就大大提高了檢測的實時性和效率，使得工程人員能夠及時掌握工程結構的變化情況。相比其他傳感器，光纖傳感器更加靈活多樣，可以適應不同的檢測環境和要求。同時，光纖傳感器的體積小巧，便于安裝和布置。由于光信號在光纖中傳導時的損耗較小，該技術對外部因素的干擾也較小，能夠提供準確可靠的檢測結果。在國內，該技術已經得到廣泛應用，特別是在惡劣氣候條件下的道路橋梁項目檢測中。無論是面臨高壓環境還是腐蝕環境，該技術都展現出了出色的實用性和精確度。其通常與其他無損檢測技術相結合，共同發揮作用，為工程人員提供全面的信息和數據。然而，此技術在設備采購方面投資較大，從而限制了其在實際應用中的普及。盡管如此，隨著技術的不斷進步和成本的降低，相信光纖傳感檢測技術會在未來得到更廣泛的應用，并為路橋工程的安全運行提供更加可靠的保障。

3.2 超聲波檢驗技術

該技術的工作原理是，工作人員利用聲波觸發器向被測物體發射超聲波。這些超聲波在與物體相互作用后，會產生散射、反射、折射等現象。通過觀測超聲波在物體內部傳播的行為，工作人員能夠判斷出被測物體有否存在結構缺陷。為了進行超聲波檢測，首先應當選擇適宜的聲波觸發器。觸發器的特點是可以發射出預定頻率和波長的超聲波，以滿足具體檢測任務的要求。接下來，利用超聲波檢測儀來收集和處理由觸發器發出的聲波信號。這些信號經過處理后，可以識別出異常信號，再根據異常信號的特征來分辨被測物體的內部狀況[3]。超聲波檢測儀會把經過初步處理的信號傳輸到控制器主機，然后通過精密的計算和分析，得出最終的檢測結果。這些結果可以通過終端顯示器進行展示和記錄，使檢測人員能夠及時獲得檢測的結果，并做出相應的判斷和決策。超聲波檢驗技術通常適合應用在具有較小內部缺陷的道路橋梁檢測中，由于其非破壞性和高效性，在梁、板、柱等結構的檢測中得到了廣泛應用。然而，對于存在嚴重缺陷或大面積缺陷的情況，超聲波檢驗技術可能不能提供準確的檢測結果，因此在路基檢測中不常使用。

3.3 頻譜分析檢測技術

在實際應用中，頻譜分析檢測技術多用于路面、橋梁、建筑物等結構的檢測。該技術能夠快速進行非接觸式檢測，減少了對被檢測體損傷的可能性，并且能可靠地檢測出內部分層是否均勻以及不同層之間的縱向接觸狀態，為后續的維護和修理提供了依據。該技術的操作簡單、快速高效，檢測時間通常只需數分鐘到數小時，比傳統的破壞性檢測方法更為省時省力，并且能夠檢測到難以通過其他方法檢測的內部缺陷。同時，該技術還可以進行立體分析，幫助檢測人員判斷不同分層介質之間的力學作用參數，以此更為準確地評估內部結構的狀態。需要注意的是，此技術對環境、儀器和技術人員的要求比較高。在實際應用中，需要選擇適當的振源和檢測器，并在檢測前進行系統校準和實驗設計，以保證檢測結果的準確性和可靠性。

3.4 探地雷達檢測技術

這項技術主要是基于高頻電磁脈沖來對地下部分進行精確的探測。當高頻電磁波發送到地下時，若是碰到不同介質的交界面，部分波將會反射回地面并被天線接收，從而完成了探測任務。在國內，該技術普遍應用于道路厚度以及路基密度的檢測工作中，并且取得了顯著的效果。相比傳統的探測方法，探地雷達具有高效快速的特點，能夠迅速獲取大量的準確數據。基于對這些數據的分析和處理，檢查人員能夠全面了解施工的具體狀況，方便制定可靠、可行的維護方案[4]。此外，探地雷達還能夠對道橋工程的施工質量實行檢查，保證工程項目的質量和可靠性。雷達探測的過程為，先利用計算機進行命令的發出，當控制單元收取命令后，會發出信號給天線，并通過天線將高頻電磁波輻射到地面。在輻射過程中，電磁波會碰到不同的目標與界面，一些波會反射回地面并被接收天線接收。接收的信號經過處理后，會傳輸到計算機，并以圖像的形式顯示出來，以便檢查人員對內部狀態進行準確分析和檢測。

3.5 射線檢測

該技術通過向建筑內部發射射線，觀察射線的衰減情況來檢測缺陷的存在、大小和特征。與聲波檢測相比，射線檢測技術可以避免一些聲波檢測的缺點，例如受到材料密度不同而產生干擾，不能穿透太厚的物質等。射線檢測技術的原理在于不同物質對射線的衰減系數是不同的，因此當射線穿越建筑時，不同材料所產生的衰減特性會存在不同，從而就會存在區別。觀察射線在熒光屏或膠片上的不同強度，可以確定缺陷的分布位置、具體大小以及特征。在進行射線檢測前，預先了解建筑體內部結構是非常重要的，通過知曉建筑物內部構造，能對射線圖像實行預判性的猜測，從而在大多數情況下可以準確地確定缺陷的位置。射線檢測技術廣泛應用于需要高精度的局部缺陷或者是小型建筑的檢測。在建筑的日常維護和安全檢查中，這項技術可以幫助工程師找出可能存在的隱患，及時采取措施進行修復，從而保證建筑物的安全性。在國內，立交橋復興門橋就有使用射線檢測技術進行檢測。由于該橋身結構相對較小，射線檢測技術可以提供充分的檢測信息，并且不會使橋身受到破壞。

3.6 聲發射檢測

聲發射檢測是一種利用材料內部能量釋放來探測缺陷的技術。通過聲發射傳感器，可以捕捉到材料內部由于局部能量釋放速度過快而形成的彈性波，并通過截取、成像以及判斷來分析缺陷情況。此技術廣泛適用于道橋、壩體、隧道等結構的檢測領域，具有快速檢測的特點，可以快速而準確地探測出各種缺陷，如裂縫、變形等，并迅速采取修復措施，確保結構的安全性。

3.7 紅外檢測

此技術利用紅外熱像儀、紅外點溫儀等設備，捕捉物體散發的紅外輻射能量，從而繪制出清晰準確的溫度場。這項技術非常直觀，可以清晰地展示出溫度的高低變化，尤其是對于火災隱患的檢測，紅外檢測具有很高的敏感性。無論是火災引起的高溫區域，還是其他問題導致的溫度異常，都可以在紅外圖像中得以清晰顯示。通過紅外檢測，工作人員可以獲取缺陷的大小、分布位置和溫度等關鍵信息，為后續的防控、排查以及施救工作提供了重要依據。

3.8 激光檢測技術

激光檢測技術是一種高精度、非接觸式的測量技術，主要利用激光束與物體間的相互作用，通過測量激光束的傳播特性等參數來獲得目標物體的物理參數信息。其中，激光干涉測長技術是一種通過激光干涉原理來測量物體長度的技術，主要應用于微小尺度下的物體長度測量，如MEMS 器件和光學元件等；激光測距技術則主要利用激光束的光程掃描或時間飛行等方式來實現非接觸式的距離測量，廣泛應用于工業制造、建筑物自動化、環境監測等領域；而激光光譜分析技術則是一種通過對樣品激光的反射、透射或散射光譜進行分析，從而得出樣品成分和結構信息的技術。這些技術都具有高精度、高速度、非接觸式等重要特點，在許多領域得到了廣泛應用。在橋梁工程中，激光檢測技術也得到了廣泛的應用。例如，激光測振儀是一種應用較為普遍的橋梁檢測裝置，可以實現對橋梁等構件的振動情況進行測量。通過將此設備設置在橋面上，激光束可以達到拉索等構件上，從而實現對有關構件振動量的測量，一般被用于拉索型橋梁的檢測中。

3.9 GPS 橋梁三維位移檢測技術

GPS 橋梁三維位移檢測技術是一種憑借先進的導航衛星技術來測定橋梁站點三維坐標的高精度測量技術，該技術的應用要點如下。為了實現對橋梁位移的準確監測，需要在橋梁結構上設置一系列的監測站點。這些站點要進行均勻分布，以覆蓋整個橋梁的各個部位，從而確保能夠全面地捕捉到橋梁的位移情況。在該技術中，還需要設置一個作為參考點的GPS 基準站。這個GPS 基準站必須要安置在管理中心位置，其可以接收到衛星信號，并精確地計算出橋梁的基準坐標，作為后續測量的參考。針對每個監測站點，需要安設相應的GPS 接收設備，并與管理中心的計算機系統進行連接。這樣，監測站點的GPS 接收設備就可以實時接收到基準站發出的差分數據。隨后，在數據傳輸階段，基準站會基于接收到的衛星信號，通過無線通信或有線傳輸，將得到的差分數據發送給各個監測站點。監測站點接收到差分數據后，會利用這些數據進行坐標計算，再將測量結果傳送回控制中心的計算機系統之中進行進一步的數據分析與計算。在這個階段，計算機系統會利用先進的算法和模型，對接收到的數據進行處理，以得到更加準確和可靠的橋梁位移信息。該技術具有實時性高、采樣數據量大的特點，能夠持續工作24 小時，對橋梁在風荷載、地震以及車輛行駛等外界因素的影響下的位移狀態進行監控。

4.道路橋梁無損檢測的主要方法

4.1 機敏混凝土檢測法

對于道橋工程而言，混凝土占有重要地位，因為它是支撐橋梁和道路結構的基礎材料。然而，在常規的施工過程中，混凝土的質量和結構可能存在隱患，這對于保證道路橋梁的安全性和耐久性是不容忽視的。機敏混凝土檢測法通過應用無損檢測技術，提高了傳統檢測方法的水平，并且能夠降低由人為因素引起的誤差。這種方法的核心原理是利用納米粒子或短切碳纖維來改變砼結構，從而提升其力學性能以及壓敏性。通過添加這些材料，砼的強度和韌性得到了增強，使其能夠更好地應對外部受力和變形。當受到外力作用時，混凝土中的電阻值會發生變化，通過檢測混凝土中有關電阻的變化，可以測得混凝土發生的應變以及應力。再結合準確的預測分析，可以及時了解砼結構的健康狀況，有助于及早發現潛在的問題并采取相應的維修措施。機敏混凝土檢測方法還可利用變力傳感器來監測混凝土結構的受力情況。這些傳感器根據砼的壓敏原理設計，能夠實時記錄和反饋結構所受的力的大小和方向。通過對這些傳感器的應用，工程師可以對砼結構的受力狀態進行實時監測，進而評估結構的健康狀態和承載能力。

4.2 電化學檢測方法

伴隨國內社會以及科技的飛速發展，道橋建設進入了一個全新時期。城市化進程加快，交通需求日益增長，為了適應大規模的人流和車流量，橋梁的建設呈現出蓬勃發展的態勢。然而，大規模建設也給橋梁檢測帶來了更大的挑戰。為了保證橋梁的質量和安全，各地開始采用先進的檢測方法，其中電化學檢測方法備受關注。電化學方法是一種有效的橋梁腐蝕檢測手段。在混凝土結構中，鋼筋是承擔荷載的主要部件，但由于環境因素和使用年限的增長，鋼筋容易發生腐蝕現象。該方法基于鋼筋腐蝕過程中產生的化學反應，通過測量電位差來評估鋼筋的腐蝕程度。此方法具有靈敏度高、非破壞性、可重復性好等特點，能夠準確地判斷鋼筋腐蝕的情況，并提供有力的依據進行維修和加固工作。例如，甘肅省作為一個十分注重道橋建設和維護的地區，充分認識到電化學檢測法在保障橋梁安全方面的重要性。從2014 年起，該省便結合相關標準和規定，對全省一千多個大中型橋梁和74 條隧道展開全方位的質量檢測。在這個過程中，技術人員廣泛應用無損檢測技術和電化學檢測方法，通過對橋梁的各個部位實行仔細的檢測與評估，確保橋梁結構的可靠性與安全性。

結語：

綜上可知，在目前的道橋檢測過程中，無損檢測技術有著較高的應用價值，基于對此技術的合理使用，能夠準確獲取橋梁建筑結構的質量情況，發現潛在的病害風險，基于采集到的信息數據，工作人員可以制定科學有效的治理方案，以此提高道橋工程的總體質量與安全性，延長其使用壽命。