彈性波檢測客運專線橋梁墩臺支承墊石密實度方法研究

黎敏

（中鐵十一局集團有限公司,湖北 武漢430060）

彈性波檢測客運專線橋梁墩臺支承墊石密實度方法研究

黎敏

（中鐵十一局集團有限公司,湖北 武漢430060）

在客運專線橋梁建設中，支承墊石混凝土的質量對整座橋梁的質量有著舉足輕重的影響。判斷支承墊石混凝土耐久性好壞的一個重要指標就是混凝土的密實度。混凝土的密實度可通過對混凝土直接取芯進行外觀判斷，也可以用超聲波無損檢測或用滲水性測定儀器間接判定，但這些檢測方法都有速度慢、效率低的缺點，同時還有造成誤判的可能。采用沖擊彈性波無損檢測方法可以有效避免這些不利影響，能夠較為準確地測定混凝土內部密實度質量。闡述沖擊彈性波無損檢測的原理，介紹彈性波檢測的測點布置及編號規則、測試數據及結果。

客運專線；支承墊石；密實度；沖擊彈性波；無損檢測

0 引言

支承墊石是橋梁結構的重要組成部分，它的好壞直接影響橋梁的使用壽命和結構安全[1]。支承墊石施工具有體積小、受力大、應力集中、分布鋼筋密，施工精度要求高的特點。如果在工程施工中支承墊石標高及平面位置控制不好，分布鋼筋布置不合理，就會造成支座受力不均勻或脫空等質量問題，從而引起嚴重的安全和質量隱患[2]。

支承墊石是橋梁結構中傳力最為關鍵的部位，但在施工過程中仍存在一些質量問題。如：因標高控制不準確引起的支承墊石高程偏差過高或過低；因平面位置控制不準確引起的預留錨栓孔位置偏差過大；混凝土振搗過程中因鋼筋過密造成漏振引起的混凝土內部空洞；模板跑模引起的支承墊石尺寸偏差過大；預留錨栓孔模具固定不牢引起的孔位傾斜或孔深不夠；支承墊石預埋鋼筋位置不準確引起的保護層過大或過小；養護不及時引起的收縮裂紋。這些質量通病嚴重危 害著橋梁的正常使用，如果施工時不注意防止或避免，交付運營后維修會非常困難。這些質量問題應引起施工、質檢和驗收人員的高度重視。因此，在梁體架設前確保墊石質量顯得尤為重要。

1 檢測原理

沖擊回波法檢測原理為:在結構混凝土表面利用瞬時的機械沖擊產生低頻的應力波，應力波傳播到結構內部，遇到聲阻抗有差異的界面如構件底面或缺陷表面時將被反射回來，并在構件表面、內部缺陷表面或構件底部之間來回反射產生瞬態共振，其共振頻率能在振幅譜中辨別出來，然后通過對反射回來的應力波進行時域分析與頻域分析，就能用于確定構件厚度及其內部缺陷位置[3]。

堅硬的物體在沖擊混凝土表面時，形成一瞬間應力脈沖（見圖1）。該應力脈沖由壓縮波（縱波，P波）、剪切波（橫波，S波）及瑞利波（R波）組成[4]。P波和S波沿圓形波陣面傳入試體，R波沿表面傳播[5]。當P、S波在傳播過程中遇到缺陷或邊界（底面）時，由于兩種介質的聲阻抗率不同，應力波在這些界面處將發生反射。這樣，在表面與界面（缺陷與邊界）之間產生多重反射，結果形成瞬時的類諧振條件。當把一個傳感器置于沖擊點附近時，即可測出該處由于多次反射波引起的表面位移響應。

圖1 沖擊反射原理

沖擊反射測量中，主要關心的是P波，因為由P波所引起的表面位移比S波大得多。在傳感器所獲得的時間-位移曲線（簡稱時域曲線，如圖2所示）上可看到P波多次反射引起的表面位移變化情況。

圖2 測試分析結果

將所得的沖擊響應進行快速傅利葉變換(FFI)，即獲得該沖擊響應中各種頻率成分的振幅分布圖，稱為頻譜圖（振幅譜）或頻域曲線。圖2是應用該系統在一塊混凝土板上沖擊，接收到響應后再進行FFT變換，最后在計算機屏幕上獲得的沖擊響應（波形）的頻譜圖。譜圖中最高的峰正是由于應力波在頂面與界面（此處為底面）間來回反射形成的振幅加強所致，這時最高峰所對應的頻率就是厚度頻率。

2 測點布置及編號規則

在測試中對每個螺栓孔布置3條測線，每個測線布置3個測點；測線之間的間距為5 cm，測點之間的間距為15 cm，每個墊石共布置6條測線；每個橋墩有兩塊支座墊石，即52-1（第52#橋墩北側）和52-2（第52#橋墩南側)。圖3為測點布置圖。

圖3 測點布置圖

3 測試數據及結果

各墊石螺栓孔檢測結果見圖4～圖7，分析結果見圖8～圖11，各測點應力波速見表1，檢測結果匯總見表2。

圖4 52-1測試曲線

圖5 52-2測試曲線

圖6 53-1測試曲線

圖7 53-2測試曲線

圖8 52-1分析曲線

圖9 52-2分析曲線

圖10 53-1分析曲線

圖11 53-2分析曲線

表1 各測點應力波波速值

表2 52#～53#橋墩支座墊石螺栓孔應力波法檢測結果匯總表

4 結論

由檢測結果可知各被檢橋墩南北兩側支座墊石現齡期混凝土強度推定值均在50MPa以上；52#南側墊石存在表層缺陷的情況，但不影響正常使用。綜上所述，52#～53#橋墩支座墊石滿足設計要求，可以正常使用。因此，利用沖擊回波法無損檢測結果中的頻譜曲線，可以得到被測混凝土構件的內部密實情況，精度較高，完全可以滿足實際工程檢測精度要求。

[1]劉萌.超聲波法在混凝土密實度檢測中的應用[J].中國建材科技，2015(3)：20-22.

[2]榮寧.地震CT在混凝土無損檢測中的應用研究[D].昆明：昆明理工大學，2008.

[3]肖云風.鋼管混凝土拱橋無損檢測技術及應用研究[D].長沙：湖南大學，2007.

[4]孫其臣.沖擊彈性波技術在水工混凝土結構無損檢測中的應用研究[D].北京：中國水利水電科學研究院，2013.

[5]張雪峰.沖擊回波法在現澆混凝土箱梁厚度及密實性無損檢測中的應用研究[J].2015(5)：232-233.

U443.2

B

1009-7716（2016）12-0156-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.046

2016-08-17

黎敏（1984-），男，江西新余人，工程師，從事工程施工技術工作。