沖擊回波法在混凝土梁橋內(nèi)部缺陷檢測(cè)及修復(fù)上的應(yīng)用

■ 宋敏芳

（1.福建省交通科學(xué)技術(shù)研究所；2.福建省公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中心站，福州 350004）

0 引言

截至2016年底，中國(guó)已經(jīng)建成公路橋梁約80.53萬(wàn)座，并且以每年2～3萬(wàn)的數(shù)量在不斷增加。隨著時(shí)間的推移，由于自然環(huán)境、材料劣化、施工缺陷、超載因素等，橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)不同程度的損傷和病害[1]。

目前在結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷檢測(cè)方法近年來(lái)有了較大發(fā)展。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者基于不同的理論和方法提出了多種檢測(cè)手段，主要應(yīng)用的技術(shù)諸如：磁通量法、射線法、超聲法、電磁波法、熱圖像識(shí)別法、沖擊回波法等，有力地推動(dòng)了橋梁檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

本文針對(duì)沖擊回波法檢測(cè)混凝土內(nèi)部缺陷，結(jié)合某橋的案例，闡述沖擊回波法在某工程項(xiàng)目中混凝土內(nèi)部缺陷檢測(cè)以及修復(fù)效果驗(yàn)收上的應(yīng)用，為混凝土內(nèi)部缺陷的測(cè)試提供一個(gè)新的快速檢測(cè)方法。

1 沖擊回波原理

沖擊回波法是通過(guò)錘擊方式產(chǎn)生瞬時(shí)沖擊彈性波并接收沖擊彈性波信號(hào)，通過(guò)分析沖擊彈性波及其回波的波速、波形和頻率等參數(shù)，判斷混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷。

沖擊回波法可用于混凝土構(gòu)件厚度及內(nèi)部缺陷檢測(cè)、預(yù)應(yīng)力管道壓降密實(shí)度檢測(cè)、結(jié)合面密實(shí)度檢測(cè)等方面。其檢測(cè)原理如圖1所示，通過(guò)錘擊使混凝土結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生P波（縱波）和S波（瑞利波），并傳輸?shù)交炷两Y(jié)構(gòu)內(nèi)部。P波和S波受內(nèi)部缺陷（聲阻抗差）或外部邊界影響而被反射。當(dāng)反射波返回混凝土結(jié)構(gòu)表面時(shí)，接收傳感器會(huì)測(cè)量到二者的位移。當(dāng)傳感器被放置在離沖擊點(diǎn)較近位置時(shí)，響應(yīng)主要反應(yīng)了P波反射波的位移。由于P波在混凝土內(nèi)部空隙經(jīng)歷多次反射，傳感器能夠檢測(cè)到一系列的低振幅震蕩波譜，從而反映出混凝土內(nèi)部缺陷[1]。

圖1 沖擊回波法基本原理

2 工程概述

某大橋全長(zhǎng)189.80m（含兩側(cè)梁端至支座中心各0.60m），孔跨類型為（50+90+50）m預(yù)應(yīng)力混凝土雙線連續(xù)梁。

大橋上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁，橫截面為單箱單室直腹板。支點(diǎn)截面中心處梁高6.0m，跨中截面中心處梁高3.0m，梁高按圓曲線變化；全橋箱梁頂板寬9.40m，底板寬6.0m，頂板厚0.30m，腹板厚分別為0.80m、0.65m、0.45m，底板厚度由跨中0.30m按圓曲線變化至支點(diǎn)根部0.80m。

箱梁采用C55標(biāo)號(hào)混凝土，管道壓漿采用水泥漿強(qiáng)度等級(jí)不低于M55，封錨采用C55補(bǔ)償收縮混凝土。全橋采用三向預(yù)應(yīng)力體系：縱、橫向預(yù)應(yīng)力體系采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為fpk=1860MPa，公稱直徑為Φj15.20mm高強(qiáng)度、低松弛鋼絞線；豎向預(yù)應(yīng)力體系采用Φ32mm預(yù)應(yīng)力混凝土用螺紋鋼筋。預(yù)應(yīng)力管道采用內(nèi)徑Φ90mm金屬波紋管。

大橋完成1#墩A1、B1節(jié)段的施工。在A1、B1節(jié)段拆模后，發(fā)現(xiàn)箱梁腹板外側(cè)均出現(xiàn)較大面積的混凝土蜂窩、麻面病害情況。事故梁段縱向位置圖如圖2，橫斷面布置圖如圖3。現(xiàn)場(chǎng)病害情況如圖4。

圖2 事故梁段縱向位置圖

圖3 橫斷面布置圖

圖4 箱梁腹板外側(cè)病害圖

3 現(xiàn)場(chǎng)外觀檢查及無(wú)損檢測(cè)結(jié)果

3.1 橋梁外觀檢查結(jié)果

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)腹板外側(cè)混凝土的外觀檢查，結(jié)果如下：

（1）A1節(jié)段右腹板：距梁底板0.30m處，1處混凝土蜂窩、麻面，長(zhǎng) 3.00m，高 1.90m，面積 S=5.10m2，測(cè)得最深內(nèi)部蜂窩深度為72.0mm（圖5右側(cè)腹板）；

（2）A1節(jié)段左腹板：距梁底板0.00m處，1處混凝土蜂窩、麻面，長(zhǎng) 3.00m，高 2.84m，面積 S=5.51m2，測(cè)得最深內(nèi)部蜂窩深度為32.6mm（圖5左側(cè)腹板）；

（3）B1節(jié)段左腹板：距梁底板0.00m處，1處混凝土蜂窩、麻面，長(zhǎng) 3.00m，高 1.86m，面積 S=5.04m2，測(cè)得最深內(nèi)部蜂窩深度為52.0mm（圖6左側(cè)腹板）；

（4）B1節(jié)段右腹板：距梁底板0.00m處，1處混凝土蜂窩、麻面，長(zhǎng) 3.00m，高 2.00m，面積 S=6.00m2，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)鑿除表面松散混凝土，測(cè)得最深內(nèi)部蜂窩深度為167.8mm（圖6右側(cè)腹板）。

圖5 A1段右、左側(cè)腹板外墻病害示意圖

圖6 B1段右、左側(cè)腹板外墻病害示意圖

3.2 橋梁混凝土沖擊回波檢測(cè)結(jié)果

本項(xiàng)目采用了美國(guó)Olson公司生產(chǎn)的IES掃描式?jīng)_擊回波測(cè)試系統(tǒng)（見(jiàn)圖7），對(duì)病害區(qū)腹板混凝土進(jìn)行內(nèi)部缺陷檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下：

圖7 IES掃描式?jīng)_擊回波測(cè)試系統(tǒng)

（1）經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)構(gòu)件混凝土波速測(cè)量，C55標(biāo)號(hào)混凝土實(shí)測(cè)波速值為3900～4050m/s，略小于實(shí)驗(yàn)室得到的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的參考波速（4000～4500m/s）；

（2）采用沖擊回波法對(duì)腹板混凝土內(nèi)部缺陷情況進(jìn)行檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 混凝土內(nèi)部缺陷沖擊回波檢測(cè)結(jié)果表

由表1結(jié)果表明四扇腹板缺損位置主要區(qū)域均存在缺陷反應(yīng)，主要是深色圖像區(qū)域，區(qū)域較集中于外觀檢查中表層蜂窩、麻面區(qū)域。腹板混凝土表觀良好區(qū)域未發(fā)現(xiàn)明顯的內(nèi)部缺陷。

由表2結(jié)果顯示，通過(guò)沖擊回波法能夠很好的得到混凝土內(nèi)部未灌注預(yù)應(yīng)力管道漿液時(shí)的“缺陷”反應(yīng)，圖像顯示真實(shí)。

表2 混凝土內(nèi)部缺陷沖擊回波檢測(cè)結(jié)果表

結(jié)論：通過(guò)掃描，該測(cè)量區(qū)域無(wú)異常情況。紅色區(qū)域走向與預(yù)留的腹板束F3管道走向一樣，主要是受波紋管影響，產(chǎn)生不密實(shí)反應(yīng)，不屬于缺陷反應(yīng)。藍(lán)色區(qū)域?yàn)樾》秶韺踊炷练涓C、麻面。

3.3 橋梁混凝土修復(fù)后沖擊回波檢測(cè)結(jié)果

本項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)缺陷經(jīng)專家會(huì)討論，先對(duì)缺陷部位的松散混凝土采用高壓水沖法進(jìn)行清除，清除后涂抹界面劑，再采用C60自密實(shí)混凝土進(jìn)行修復(fù)處理。為確保修復(fù)區(qū)域修復(fù)后新混凝土與舊混凝土之間粘結(jié)性能和結(jié)合面密實(shí)度能夠滿足要求，對(duì)修復(fù)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，沖擊回波檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 修復(fù)后混凝土沖擊回波檢測(cè)結(jié)果表

根據(jù)表3中修復(fù)后混凝土沖擊回波檢測(cè)測(cè)量成像結(jié)果表明，修復(fù)后的混凝土內(nèi)部未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。新舊混凝土之間粘結(jié)性能良好和結(jié)合面密實(shí)度能夠滿足要求。

3.4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)注意事項(xiàng)

根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，采用沖擊回波法現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土內(nèi)部缺陷時(shí)，應(yīng)注意幾個(gè)關(guān)鍵因素：①使用IES系統(tǒng)檢測(cè)混凝土內(nèi)部缺陷時(shí)，檢測(cè)對(duì)象最好是等厚度構(gòu)件；②測(cè)量前，現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)構(gòu)件混凝土波速進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定，并選擇合適的測(cè)量點(diǎn)數(shù)以及采樣頻率；③由于邊界效應(yīng)的影響，第一條測(cè)線的布置距離邊界不得小于0.3倍的理論厚度值；④有條件的情況下，現(xiàn)場(chǎng)需要對(duì)測(cè)線進(jìn)行表面處理，清除混凝土表面的雜質(zhì)，排除干擾因素。

4 結(jié)語(yǔ)

（1）橋梁內(nèi)部缺陷檢測(cè)是檢測(cè)橋梁施工質(zhì)量和工藝的重要依據(jù)，傳統(tǒng)超聲波檢測(cè)方法精度不高，沖擊回波法的應(yīng)用能夠很好的適應(yīng)目前對(duì)混凝土內(nèi)部缺陷的檢測(cè)快速、精準(zhǔn)判定，避免鋼筋對(duì)結(jié)果產(chǎn)生的影響；

（2）沖擊回波法能夠有效地對(duì)修復(fù)后混凝土內(nèi)部缺陷情況進(jìn)行檢測(cè)，判斷新舊混凝土粘結(jié)性能和結(jié)合面的密實(shí)度情況；

（3）沖擊回波法能夠很好的得到混凝土內(nèi)部未灌注預(yù)應(yīng)力管道漿液時(shí)的“缺陷”反應(yīng)，圖像顯示真實(shí)；

（4）沖擊回波法檢測(cè)混凝土內(nèi)部缺陷受邊界效應(yīng)的影響，現(xiàn)場(chǎng)操作的時(shí)候要注意測(cè)線的布置，距離邊界不得小于0.3倍的理論厚度值；

（5）沖擊回波法在本項(xiàng)目的應(yīng)用能夠?yàn)榻窈笃渌麡蛄汗こ添?xiàng)目施工過(guò)程中遇到類似工程事故的現(xiàn)場(chǎng)缺陷判斷提供借鑒和參考意義。

[1]賀拴海，趙祥模，等.公路橋梁檢測(cè)及評(píng)價(jià)技術(shù)綜述.中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2017（11）.