淺析道路工程現場回音檢測程序

馮斌杰

摘要：近年來道路工程質量優略已成為備受關注的問題，做好道路工程的檢測工作是工程質量的重要保障。文章從實際工作出發對道路工程現場回音檢測程序進行了闡述。

關鍵詞：道路工程；現場檢測；回音檢測

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）09-0106-02

1 儀器設備

敲擊回音試驗系統，由四個主要元件組合而成：敲擊源、接收器、筆記型電腦和內接A∕D（Analog to Digital）卡之筆記型電腦擴充盒，茲分別說明如下：

1.1 敲擊源

敲擊源的選定為敲擊回音試驗系統成敗之一個重要因素。一個彈性敲擊的力和時間之關系，可近似地被模擬成一個半週期的正弦函數，且此敲擊的延續時間（Duration）稱為〝接觸時間〞。敲擊的接觸時間將決定所激發之應力波的頻率含量，較短接觸時間之敲擊含有頻率較高（波長較短）之應力波，測試薄物體及偵測小瑕疵需要此種高頻率波。含有足夠波動振幅的最高頻率波之頻率，約略等于接觸時間倒數之1.5倍（即1.5∕tc）。敲擊的接觸時間長短，受敲擊器的尺寸、質量及接觸物體的表面狀況所影響；敲擊在一平滑且剛硬的表面上，將可得到一個比敲擊在粗糙表面相對較短的接觸時間；小直徑（2.5～12mm）的鋼珠即可為一個很好的敲擊源，其所造成的接觸時間約介于10×10-6至80×10-6秒（10至80μs）。試驗的接觸時間，可大約由記錄到之波形中，而量測估得因表面波經過所造成的向下位移歷經時間。

1.2 接收器

目前敲擊回音法所採用的接收器，為一種寬頻的位移接收器，其與物體表面的接觸時間，為一種很小成倒錐體形之壓電材料；因此，可視為類似點之接觸，所反應出來之訊號與垂直表面位移量成正比。介于壓電材料及混凝土表面間，使用一小片的薄鉛片來完成接收器與粗糙的混凝土表面緊密壓合；因此，無須使用接合液或對表面作特別磨平處理。

1.3 類比/數位轉換卡（Analog to Digital）：

接收器接收連續之類比（Analog）訊號時，必須由A/D卡抓取并轉換成不連續之數位（Digital）之訊號，以便后續之訊號處理、分析及儲存。本研究所使用之A/D卡，提供兩個BNC插槽以外接接收器，資料的擷取最高速率為3MHz，解析度為12bits，其描述之電壓伏特數可調整為+/-10mV、+/-20mV、+/-50mV、+/-100mV、+/-200mV、+/-500mV、+/-1V、+/-2V、+/-5V、+/-10V與、+/-20V，且兩個Channel可分別設定電壓伏特數。

1.4 筆記型電腦

A/D卡轉換完成之數位訊號，可透過軟體抓取到記憶體中后再進行訊號處理、分析或儲存于硬碟裡。另本研究所使用的軟體為Sino-NDT，其主要方法是藉由接收器所接收表面位移訊號，提供自動波到判讀和快速傅利葉轉換（FFT），以可立即求得AC混凝土P波波速及版厚。

2 敲擊回音檢測程序

敲擊回音法量測P波波速及混凝土版厚度方法。

步驟一：表面p波速度之量測

試體表面p波波速之量測，參照ASTM縱波波速量測之方法。

在已知之距離（Hp）置放兩接收器，并在與兩接收器同一直線上距離第一接收器適當距離Ho處給一敲擊源，由于P波波速最快，到達所引起物體表面之質點運動方向平行于表面，由于柏松比效應引起的垂直變位將最先在接收器造成擾動；因此兩接收分別會接收到表面P波到達時所造成之表面位移擾動訊號；第一接收器量到的位移波形之起始位移對應之時問值為t1；同樣第二位移波形亦可得表面P波到達之時問值為t2，此二個時間值的差值即為表面P波在已知距離（Hp）間傳動所需時間，因此表面P波速度（Cp）就等于此已知距離除于二時問值的差值，利用下列公式來計算表面P波波度：Cp=HP/（t2-t1）

步驟二：厚度頻率之量測

利用ASTMC1383法對現場AC混凝土鋪面進行厚度量測，首先進行縱波波速之量測，儀器配置及試驗之進行如表面P波速度量測所述，得到P波波速。接著再進行敲擊回音試驗，于瀝青混凝土表面施予一敲擊源，并在距雛0﹒05m處放置位移接收器，接收器所監測到的位移波形，經FFT后產生頻譜，圖中有明顯的一個高振幅尖峰，此乃由應力波在混凝土頂面及底面來回傳動所造成之厚度頻率（ft）。

步驟三：AC混凝土厚度之計算

將所得上述步驟所量測之P波波速及版厚頻率值代入公式計算，可求出現場混凝土版之厚度。

3 鉆心驗證程序

本研究除以敲擊回音法之非破壞方式量測路面AC厚度外，另對敲擊點作現場鉆心取樣，以比對本法與實務應用之可行性，下茲說明鉆心驗證程序：

3.1 測點規劃怖設

（1）某路堤工程現場鉆心怖設全區長1200米，其中有300米未鋪設瀝青混凝土，每縱距50米之以敲擊回音法檢測厚度處，鉆心取樣一孔作為驗證，全區共計

17孔。

（2）某路堤工程現場鉆心怖設全區長1200米，其中有400米未鋪設瀝青混凝土，每縱距50米之以敲擊回音法檢測厚度處，鉆心取樣一孔作為驗證，全區共計

15孔。

（3）某路堤工程現場鉆心怖設全區長2300米，其中有100米因跨越大峰橋未鋪設瀝青混凝土，每縱距200米之以敲擊回音法檢測厚度處，鉆心取樣一孔作為驗證，全區共計13孔。

3.2 現場鉆心取樣

現場鉆心現場鉆心取樣之主要設備為直徑10cm鉆石鉆頭之鉆心機，根據CNS1238有關規范之規定，鉆心試體之直徑不得小于5cm，茲說明現場鉆心取樣步驟

如下：

（1）將直徑之10cm鉆石鉆頭安裝至鉆心機上，并加以鎖緊，另將水管接至鉆心機，一端放入已注滿水之水桶中。

（2）選取欲鉆設位置（最好在預固定位置周圍）。

（3）將6分鉆頭安裝至電鉆上，加以鎖緊后，開啟電源開始施鉆，針對AC混凝土面施鉆，俟孔深大于擴座螺栓長度時停止，拔出電鉆鉆頭并清理孔中AC混凝土

碎屑。

（4）將5分擴座螺栓以鐵鎚打入，并將鉆心機底座孔洞對準擴座螺栓，再以固定螺絲加以緊密固定。

（5）開啟鉆心機電源，水即經由水管抽至鉆心機鉆石鉆頭并加以濕潤。

（6）旋轉鉆心機加壓桿對欲鉆地點緩慢施鉆（避免加壓過快產生“震刀現象”而導致鉆取面不平整）。

（7）即將到達所須深度時，則將鉆頭退出并以尺量尺寸，如達所須深度即將鉆頭退出并關閉電源，否則繼續施鉆直至達到所須長度為止。

（8）將鋼絲索套八已鉆得之試體并加拉緊，冉將螺絲起子尖端插入試體與原混凝土塊問之縫隙，并以鐵鎚輕敲，使試體與原AC混凝上塊分離，再將鋼絲索連同試體取出，即取得欲鉆之試體。

（9）如欲鉆取其他試體僅須放鬆固定螺絲，再轉動鉆心機方向到達事先選取位置，后將固定螺絲旋緊，即可繼續施鉆。

3.3 量取AC混凝土鉆心試體長度

鉆心取樣直徑10cm試體，採1mm精度之鋼尺為量具，量測試體長度。

比較1E量測厚度及AC混凝土鉆心試體長度根據敲擊回音檢測程序，量測檢測點之IE量測厚度外，亦進行該點現場AC混凝土構造物鉆心取樣，以比較兩者之誤差。

4 結語

以上介紹為回音檢測法程序，道路工程中由于施工工期長，環境復雜，而且施工場地跨度大，需要相關技術人員本著認真負責的態度，切實做好道路質量檢測以及質量監督管理，進一步建立和完善工程質量檢測體系和制度，改善檢測設備條件，堅決避免檢測程序不規范與不合格材料的使用，消除道路公路工程中的質量

隱患。