市政橋梁混凝土結構檢測要點分析

李陸鋒

（漳州高新區市政公用服務有限公司，福建 漳州 363000）

近年來，隨著我國城市建設的加速，市政橋梁數量、規模不斷增加，日益成為城市道路系統中的重要組成部分。在橋梁工程施工中，混凝土樁極易產生縮徑、空洞、混凝土離析和強度降低等問題。在工程項目竣工驗收后，在長期的交通荷載、摩擦和自然環境的影響下，橋梁混凝土樁基與土體發生摩擦、地質結構，容易出現結構缺陷，因此，有必要加強市政橋梁混凝土結構檢測，并根據檢測結果對橋梁混凝土結構安全性進行評定，并制定切實有效的加固措施，以此提高橋梁工程結構安全性、可靠性，預防橋梁工程事故的發生。

1 橋梁混凝土結構檢測技術研究

在市政橋梁工程檢測中，常見的檢測方法包括低應變、高應變、靜荷載試驗和超聲波檢測等。相較于其它檢測技術而言，超聲波檢測技術具有無損、快速、經濟性高等特點，是目前應用最為廣泛的橋梁混凝土施工技術。超聲波檢測技術原理是借助超聲波在介質中彈性振動傳播的原理，由測試儀器產生脈沖信號，并通過發射探頭將脈沖能量轉換為機械振動（如圖1所示）；接收探頭在接收到機械振動后將其轉換為電磁振動能量，并通過分析儀器顯示混凝土結構變化曲線，以此判斷混凝土結構的均勻性、缺陷性質和缺陷位置等。

超聲波在混凝土結構中傳輸速度與混凝土介質密實程度有關。對于介質相同且距離相同的混凝土結構而言，波速越高則表明混凝土結構越密實，反之，則表明混凝土結構密實度較差。如混凝土結構中存在斷層、孔洞、縫隙等問題，超聲波經孔洞和縫隙時會發生變化，進而影響超聲波波峰，導致可見波幅顯著降低，檢測曲線出現畸變。

圖1：超聲波檢測原理示意圖

2 超聲波檢測技術要點

2.1 超聲測管埋設技術要點

在超聲波檢測中，聲測管是實現超聲波透射換能的通道，其埋設數量直接影響混凝土結構剖面檢測數量和檢測精度，因此，埋設聲測管數量越多，其檢測精度越高，從而能夠全方位檢測混凝土結構病害情況。但是，聲測管埋設數量越多，其檢測成本越高，并一定程度上影響混凝土結構監測效率，因此，在聲測管埋設中，應綜合考慮檢測精度和檢測成本兩方面因素，合理布設聲測管。以混凝土樁為例，一般直徑小于800mm的混凝土樁可埋設2個聲測管；直徑大于800mm且小于2000mm的混凝土樁應埋設3個聲測管，并按等邊三角形布設；當混凝土樁直徑超過2000mm時，應按正方形布設4根聲測管。在實際應用中，聲測管可采用焊接或綁扎的方式固定在混凝土樁鋼筋籠內側通道中，并按平行布置的方法埋設。由于聲測管埋設質量直接影響混凝土檢測結果的準確性，因此，在混凝土樁預制或澆筑施工中，必須加強對聲測管埋設質量的管理和控制。此外，在聲測管的選擇方面，由于不同材質的聲測管其透聲系數存在一定的差異，超聲波脈沖經換能器發出后，經聲測管管壁轉換至混凝土界面，經混凝土介質后由另一側聲測管返回，從而完成整個超聲波檢測過程。

2.2 檢測過程注意事項

在混凝土樁檢測中，應在成樁28d以后進行檢查。檢測前應對樁頭部位進行開挖和清理，及時清除表面灰塵和污物，必要時可將表面混凝土磨平，確保檢測混凝土介質保持一致，在樁頭開挖和磨平過程中，應注意保護預埋的聲測管，以免影響聲測管密封性，必要時可采用相應的技術措施加以處理。同時，為確保檢測信號質量，應對超聲波檢測儀進行律定試驗，以波形清晰、聲時準確為標準，改善檢測儀因素對檢測結果的影響。此外，根據檢測混凝土樁樁徑、樁長等因素，應合理選擇適宜的換能器，優先選擇重量較大的換能器，實現超聲波信號收、發同步，確保檢測結果準確性、可靠性。

2.3 檢測結果分析要點

超聲波頻譜檢測結果主要通過各頻率的分量幅度解析獲得，通過從中找出幅度最大的主頻率，得到不同的頻譜曲線，從而實現對混凝土樁結構病害的分析。在頻譜分析中，應充分考慮檢測儀分辨率、漏波、疊加波對檢測精度的影響。

3 混凝土結構缺陷判定方法

在橋梁混凝土結構缺陷判定中，其關鍵在于對現場檢測數據的分析。根據超聲波檢測技術原理，超聲波聲速、聲時和聲幅是反應混凝土結構病害情況的重要因素，依據三項重要參數，可采用聲速概率法和PSD判定法對混凝土結構進行評定。

3.1 聲速概率法應用要點

在混凝土結構良好的情況下，其超聲波曲線應呈正態分布，如檢測儀器存在誤差，也應當呈正態分布規律。如混凝土結構因施工質量原因存在缺陷，其超聲波曲線必然偏離正態分布，進而造成超聲波聲學參數產生偏離，因此，以聲速作為混凝土結構病害檢測依據時，應當對檢測值是否符合正態分布進行計算，并正確區分異常值和正常值的標準差，從而準確找出異常值，并進行進一步的檢測。根據該原理，聲速概率法是依據測點聲速與平均聲速值的偏離程度進行判定的一種方法。聲速及平均值計算方式如下：

式中：t為聲時值（μs）；

l為兩根聲測管外壁的距離（mm）；

n為測點數量；

Vi為第i個測點的聲速值（km/s）；

Vm為混凝土聲速平均值（km/s）

當混凝土結構聲速值顯著低于平均聲速臨界值時，應將該區域標記為可疑區域（如圖2所示），即Vi＜VD，VD為聲速臨界值。在橋梁混凝土結構檢測中，可按聲速平均值與2倍聲速的標準差的差值計算聲速臨界值，以此找出聲速異常值。在橋梁混凝土結構檢測中，當檢測面聲速離性較小且標準差較小時，可能導致無法采用臨界值方法找出異常值，進而造成聲速概率法失效。針對該問題，可采用聲速底限值作為混凝土結構可疑區域檢測依據。聲速底限值應結合混凝土結構設計強度和試件聲速試驗結果確定，避免出現誤判。

圖2：聲速概率法判定混凝土結構缺陷

3.2 PSD評價法應用要點

在橋梁混凝土結構預制或澆筑過程中，由于客觀因素的影響，混凝土結構均勻性存在一定的差異，因此，在超聲波檢測時可能出現聲波離散的情況，同時，受聲測管埋設、綁扎角度因素的影響，可能存在聲測管扭曲的情況，進而造成聲時檢測值與理論值差異較大。針對該問題，可采用PSD評定法進行檢測和評定。

PSD評定法是在聲時概率法的基礎上運用數理統計方法進行深層次分析，借助聲時參數—深度曲線之間的斜率和聲時差之間的乘積計算混凝土結構異常值，從而實現混凝土結構缺陷位置和缺陷程度的判定。相較于聲時概率法而言，聲測管傾斜、混凝土介質不均勻等問題對PSD評定法影響不顯著，能夠提高聲時概率法的檢測準確性。

4 結語

在混凝土結構檢測中，不同的檢測技術原理和檢查方法存在較大的差異，可能影響混凝土結構檢測準確性。超聲波檢測是一種應用較為廣泛的混凝土結構檢測方法，具有無損、檢測方法簡單、施工效率高等特點，廣泛應用于各類混凝土工程中。在橋梁混凝土結構檢測中，應結合混凝土設計強度等級、使用環境、荷載情況進行綜合性分析，加強聲測管埋設質量、檢測過程質量控制，確保檢測數據完整、可靠。混凝土檢測完成后，應合理選擇判定方法，確保數據分析準確，為橋梁工程加固提供有效依據。