試論超聲回彈法在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用

曹 丹，劉 濤

(貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測(cè)中心有限責(zé)任公司，貴州 貴陽 550000)

1 工程概況

某橋梁工程中橋梁全長為645 m，拱橋位置使用的是高度為1.5 m、寬度為7.6 m，拱軸系數(shù)在1～90 m之間的上承式現(xiàn)澆C30鋼筋混凝土截面懸鏈線箱型結(jié)構(gòu)。橋梁建設(shè)的時(shí)間比較早，經(jīng)過對(duì)橋梁的檢測(cè)發(fā)現(xiàn)在其中部分行車道路的地面邊緣產(chǎn)生了滲漏的問題，同時(shí)存在著混凝土剝落的情況，內(nèi)部的鋼筋暴露在外，存在銹蝕的問題，應(yīng)對(duì)橋梁的行車道板的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測(cè)。

2 無損檢測(cè)技術(shù)概述

無損檢測(cè)技術(shù)中包括超聲回彈檢測(cè)技術(shù)、光干涉技術(shù)以及振動(dòng)試驗(yàn)技術(shù)等，這些技術(shù)中使用較多的為回彈法和超聲回彈法。對(duì)這些技術(shù)進(jìn)行分析以及不足點(diǎn)修正，可結(jié)合使用兩者的方式進(jìn)行檢測(cè)，使檢測(cè)的準(zhǔn)確性得到保障。由于一些檢測(cè)技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)造成影響，無損檢測(cè)技術(shù)不會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成破壞，同時(shí)使用的成本比較低，工作量比較少，在應(yīng)用中比較簡便。

3 回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度的原理

3.1 回彈儀

回彈儀根據(jù)其沖擊能力的大小可將其劃分為三種類型，其中包括輕型回彈儀、中型回彈儀以及重型回彈儀。在C50以下強(qiáng)度的混凝土中適合采用中型回彈儀設(shè)備，而在C60以上強(qiáng)度的混凝土中通常使用重型回彈儀。

3.2 回彈法檢測(cè)儀器

彈值檢測(cè)的儀器一般使用指針直讀式系統(tǒng)的混凝土回彈儀，進(jìn)行施工的時(shí)候，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)回彈儀來判斷是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。首先，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)能量檢測(cè)錘脫鉤受到水平彈擊的時(shí)候回彈儀的能量是否滿足標(biāo)準(zhǔn)。其次，使用具有60+2HRC洛氏硬度的鋼氈進(jìn)行施工，應(yīng)將回彈儀的后蓋頂住，同時(shí)為了保證彈擊桿順利壓入儀器外，應(yīng)對(duì)施加一定的壓力。之后向后移動(dòng)重錘，彈擊桿受到重錘在脫鉤的時(shí)候彈擊，混凝土表面受到彈擊桿的彈擊。在彈性作用之下，重錘被回彈，同時(shí)將電阻桿的指針滑片劃線帶動(dòng)，并且產(chǎn)生了電阻。將壓力放松，使重錘復(fù)位。當(dāng)彈擊拉簧位于自由狀態(tài)中的時(shí)候，會(huì)碰擊彈擊桿以及彈擊簧，根據(jù)0刻度的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)彈擊錘的起跳點(diǎn)是否在該位置之上。最后，應(yīng)保證在溫度條件在-4～40 ℃的范圍內(nèi)的時(shí)候使用該儀器。

3.3 回彈法檢測(cè)的原理

回彈檢測(cè)的方式是結(jié)合部分對(duì)整體進(jìn)行推測(cè)，根據(jù)混凝土表面的強(qiáng)度來判斷橋梁結(jié)構(gòu)整體混凝土的強(qiáng)度，在混凝土強(qiáng)度以及硬度之間的關(guān)系下，混凝土表上的沖擊桿受到了重錘的沖擊作用之后，會(huì)產(chǎn)生重錘反擊的現(xiàn)象，之后將反彈的距離顯示出來。經(jīng)過檢測(cè)獲得的混凝土強(qiáng)度回彈值以及橋梁表面強(qiáng)度值等數(shù)據(jù)，結(jié)合這些數(shù)據(jù)能夠?qū)炷翉?qiáng)度進(jìn)行分析。在分析的時(shí)候，需要根據(jù)檢測(cè)得到的結(jié)果，建立包含混凝土強(qiáng)度以及回彈值關(guān)系的模型圖，結(jié)合模型圖的基礎(chǔ)將混凝土強(qiáng)度推測(cè)出來。在檢測(cè)的時(shí)候，影響了橋梁檢測(cè)數(shù)據(jù)的因素比較多，例如回彈儀器自身的影響等，自身的影響指的是回彈儀的質(zhì)量以及零部件尺寸等帶來的影響。同時(shí)，橋梁檢測(cè)區(qū)域的位置以及大小等也會(huì)檢測(cè)帶來了影響。此外，橋梁施工中施工使用的材料也對(duì)回彈法產(chǎn)生了一定的影響。

3.4 回彈檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用注意事項(xiàng)

檢測(cè)的時(shí)候應(yīng)注意：在檢測(cè)單個(gè)結(jié)構(gòu)的時(shí)候適合采用單個(gè)檢測(cè)法；在生產(chǎn)工藝以及材料和養(yǎng)護(hù)條件等相同的情況下，可使用批量檢測(cè)的方式，之后根據(jù)30%、不少于10件的同一批構(gòu)件的總數(shù)進(jìn)行隨機(jī)抽樣檢測(cè)，這種方式能夠保證抽檢的代表性。在檢測(cè)的時(shí)候應(yīng)考慮到影響因素，其中包括混凝土的含水率、外加劑以及鋼筋等方面。

4 超聲回彈法在檢測(cè)中的應(yīng)用

4.1 建立專用測(cè)強(qiáng)曲線

考慮到該工程建設(shè)中，使用的為C20強(qiáng)度等級(jí)的卵石混凝土，在試驗(yàn)之中應(yīng)采用相同的工藝條件。將第i個(gè)測(cè)區(qū)的混凝土強(qiáng)度換算值設(shè)置為fcu.i，MPa；經(jīng)過修正之后第i個(gè)測(cè)區(qū)的超聲波的素質(zhì)為Vcu.i，km/s；修正之后得到的回彈值為Rcu.i。對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行整理之后將其中的60組數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線回歸分析，得到測(cè)強(qiáng)曲線的回歸方程為以下式子

fcu.i=0.005 612(Vcu.i)1.462(Rcu.i)1.928

(1)

分析得到的結(jié)果表明，該模型的負(fù)相關(guān)系數(shù)為0.931，相對(duì)誤差為6.84%，因此得到的結(jié)果滿足精度檢測(cè)的要求。

4.2 計(jì)算和分析檢測(cè)結(jié)果

在試橋板中使用超聲回彈法進(jìn)行檢測(cè)的時(shí)候，應(yīng)先根據(jù)八等分測(cè)區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)將區(qū)域劃分為成不同的測(cè)區(qū)，在測(cè)區(qū)之中取出10個(gè)測(cè)試回彈值，并且將最大值以及最小值進(jìn)行去除。之后根據(jù)公式(2)將剩余的8個(gè)回彈值的平均值取出，將測(cè)區(qū)的平均回彈值設(shè)置為Rm，有效回彈值為n，第i個(gè)測(cè)點(diǎn)的回彈值為Ri。應(yīng)考慮的是在測(cè)試條件存在不同的情況下，應(yīng)將回彈值進(jìn)行修正。

Rm=(R1+R2+….R8)/n

(2)

在公式中，將測(cè)區(qū)的聲速值設(shè)為V，km/s；超聲測(cè)距設(shè)為L，mm；測(cè)區(qū)的平均聲速時(shí)值設(shè)為tm；測(cè)區(qū)中的測(cè)點(diǎn)用t1、t2、t3來表示。在同一個(gè)測(cè)區(qū)中，超聲聲速值應(yīng)在測(cè)區(qū)中選擇三個(gè)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)公式(3)以及(4)計(jì)算結(jié)果。將經(jīng)過公式計(jì)算得到的平均聲速值進(jìn)行修正，修正完成的數(shù)值為該測(cè)區(qū)中的超聲聲速值。把修正得到的回彈值以及超聲聲速值代入到公式(1)中，可以得到橋梁行車道板的板面強(qiáng)度數(shù)值。

V=L/tm

(3)

Tm=(t1+t2+t3)/3

(4)

根據(jù)0.1 us以及1 mm的精確值對(duì)測(cè)試聲速以及測(cè)距的數(shù)值進(jìn)行控制，結(jié)合1%的范圍來控制測(cè)量的誤差。測(cè)量混凝土的側(cè)面的時(shí)候，根據(jù)測(cè)區(qū)中的三個(gè)測(cè)點(diǎn)的混凝土聲速值來確定數(shù)值。對(duì)混凝土澆筑的頂面等進(jìn)行測(cè)試的時(shí)候，應(yīng)結(jié)合要求的數(shù)值將代表值進(jìn)行修正。經(jīng)過對(duì)數(shù)據(jù)的分析可知，其中有45塊行車道板有43塊的強(qiáng)度達(dá)到了規(guī)定的要求，而在1～39#的行車板的強(qiáng)度比較低。因此可了解到該工程雖然建設(shè)時(shí)間早，使用較久，但是行車道板的質(zhì)量仍然比較好。經(jīng)過觀測(cè)下板面中沒有橫向裂縫，表明該道板沒有疲勞損傷的現(xiàn)象。檢測(cè)中使用為數(shù)學(xué)回彈儀設(shè)備，檢測(cè)的結(jié)果具有可靠性，能夠準(zhǔn)確獲得橋梁的強(qiáng)度，可為橋梁承載力的檢測(cè)分析提供有效的參考依據(jù)。

5 超聲回彈檢測(cè)過程中的影響因素控制

水泥的品種以及使用量對(duì)結(jié)果沒有影響，不需要采取措施進(jìn)行控制，砂子種類也不會(huì)對(duì)超聲回彈檢測(cè)方法造成影響。因此，也不需要采取措施處理。石子的種類對(duì)超聲回彈檢測(cè)的結(jié)果有著影響，需要結(jié)合檢測(cè)的情況繪制測(cè)強(qiáng)的曲線，石子的粒徑對(duì)超聲回彈檢測(cè)的效果的影響比較小，但是在石子的粒徑超過了40 mm的時(shí)候，應(yīng)采取有效的方式進(jìn)行處理。使用外加劑對(duì)檢測(cè)的結(jié)果影響不顯著，含水率對(duì)檢測(cè)的結(jié)果有著比較明顯的影響，工作人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)含水率的控制。測(cè)試瓶也對(duì)檢測(cè)的結(jié)果造成了一定的影響，人員應(yīng)將測(cè)試的要求作為參考依據(jù)，利用有效的措施減少其影響。碳化程度對(duì)檢測(cè)的結(jié)果產(chǎn)生的影響需要及時(shí)修正，在碳化的程度不明顯的時(shí)候，不需要進(jìn)行處理。