超聲回彈技術在橋梁檢測中的應用研究

楊劍創、于凱、徐紹濱

（江西省天馳高速科技發展有限公司，江西南昌330038）

0 引言

隨著社會高速發展，很多大型橋梁建設投入運營時間延長，已經開始進入到老化的時期。為了能夠保證橋梁運行達到安全性、穩定性的標準，加強橋梁檢測工作是必然的。目前，我國的橋梁檢測技術與方法相對來說比較先進，在測試的過程中，采取的方法有無損檢測技術、動力試驗檢測技術、靜荷試驗技術。按照橋梁檢測技術的應用范圍、技術功能，超聲回彈綜合檢測法應用最為廣泛。故而，對超聲回彈技術在橋梁檢測中的應用要點進行研究，歸納技術措施對測量工作開展有積極作用。

1 橋梁工程中的超聲回彈技術原理

超聲回彈技術和其他傳統檢測技術有著很大的差異，該技術是以傳統檢測技術為出發點進行檢測的，進行了檢測技術的改進和完善，保證其應用效果與質量。傳統意義上的橋梁檢測主要包括靜載測試、動力測試、無損測試等方面。橋梁混凝土在進行靜載檢測的過程中，結合實際情況進行橋梁的垂直和撓度檢測，確定扭轉變形量參數。同時，在動力性試驗的過程中，需要考慮車輛動力荷載在與橋梁結構的振動性。超聲回彈綜合檢測方法是應用超聲儀與回彈儀，檢測確定混凝土相同區域內聲音以及回彈值的變化情況。經過測量分析，通過公式和函數計算確定該范圍內的混凝土結構強度性能。與回彈法或者超聲法進行對比分析，超聲回彈法可以有效地防止因為混凝土齡期較長或者含水率較高而產生不利的影響，其檢測的精度較高，應用的范圍比較大，可以真實地體現出橋梁的質量水平，為橋梁運行安全性的提升奠定基礎。超聲回彈技術主要是利用超聲波的傳遞速度以及相關的回彈值、混凝土強度之間存在的關系作為基礎，采用測試超聲波的聲速以及回彈值去計算混凝土的抗壓強度[1]。

2 工程概況

某橋梁工程為大型箱梁結構類型，該橋梁建設時間較長，至今已有50 多年。該橋梁工程于2018年初進行檢測時發現，橋梁相關車道邊緣存在滲透、混凝土脫空與鋼筋外露腐蝕等問題，故而需要對行車道混凝土強度進行測試，以便在掌握強度值之后，選擇維修方案。

3 技術應用

在橋梁檢測環節中對于超聲回彈技術的應用需要構建出科學的技術方案，并且合理地選擇相關的設備，在本項目工程中采取的技術措施主要有以下幾個方面內容。

3.1 回彈儀

對于回彈儀來說，根據沖擊能力的范圍可以將其劃分為三種類型：輕型、中型與重型。

一般情況下，當處于C50 強度以下的混凝土測定時，通常采取的是中型儀器進行測量，當強度處于高等級時，則采取重型儀器進行測定[2]。

3.2 回彈法測定儀器

對于回彈測定儀器來說，在應用的環節中主要通過采用指針讀式示指系統對回彈儀進行試驗。在具體操作環節，需要按照標準的檢測回彈要求進行。

3.2.1 在測定的環節中，需要按照規范檢測原則對脫鉤產生的指標進行評價。

3.2.2 在操作中需要采取相關物體把回彈儀器蓋起來，同時為了保證彈擊桿能夠直接進入儀器外面中，而后逐漸向后移動錘子，并且在彈擊桿受到沖擊后觀察測定參數。最后再將壓力放松，將單擊桿伸出，隨后復錘[3]。

3.2.3 在操作環節中，當彈擊處于自由狀態以后，需要使其能夠同時與彈簧、彈擊桿觸碰，并且按照刻度標準來確定測定位置。

3.2.4 在回彈儀器應用時，需要使其能夠保持在-4～40℃的環境中。

3.3 實際施工檢驗設備和方法

超聲回彈法在操作前，需要做好現場準備工作，應用多功能超聲檢測系統進行，考慮到混凝土內超聲回彈綜合法檢測的要求，進行橋面車行道強度性能檢測。

3.3.1 建立專用測強曲線

在該橋梁建設施工中，應用的是C20 強度混凝土材料，在試驗環節選擇相同工藝建設進行。在具體設計中，將i 個區域強度轉換值設定為fcu.i，MPa；將I 個側屈修正系數設定為Vcu.i，km/s 進行超聲波速值計算；修正第i 個測區后的回彈值為Rcu.i。而后將60 組數據回歸線繪制出來，最后按照以下方程進行計算：

經過分析結果發現，模型的負相系數與相對誤差值分別為0.9310、6.84%，結構達到精度的要求。

3.3.2 回彈測試

橋梁混凝土超聲回彈檢測工作的過程中，首先需要做好混凝土結構部件的側向水平力計算分析，對于無法實施側面水平檢測的部位，進行非水平方向檢測，此時可以通過回彈儀測量，保證被測部位處于垂直的狀態。利用回彈儀重錘測量區域內發射超聲波接收面分別彈擊8 個點，單面測試的超聲波區域內，需要設置16 個點進行測量。保證各個測量點均勻分布到被測的位置上，同時還不能設置到外露的砂石、鋼筋等位置上。同時，在回彈測試操作時對取得的檢測參數要及時記錄，若發現檢測數據存在偏差問題時，需要馬上進行復測，一直到測試數據一致為止[4]。

3.3.3 超聲測試

超聲波測試點布置在可以超出回彈測試的位置上，單個區域內至少布置2 個測量點，進行檢測和控制。對于橋梁混凝土測量時只有兩個相鄰面的情況，通過超聲波角測法進行混凝土聲速的測量。超聲波角測法應用中，換能器中心和混凝土結構部件的距離超過200mm，在測量環節，如果兩個測量表面是不對稱的，或者尺寸不合格，測點布置有明顯差異，但是也要符合國家標準的要求[5]。

3.3.4 計算過程及檢測結果分析

在進行橋梁部位測量時，主要是采取超聲回彈測量強度的方法進行。首先需要根據8 等分測區的要求確定每個橋面板，然后在8 個測量區域內選擇10 個點進行回彈值的測量，去除測量的最大值和最小值，并且根據下式（2）中選取剩下的8 個回彈值平均數據。設測區平均回彈值為Rm；有效回彈值為n；第i 個測點的回彈值為Ri。但是要注意，在不同測試條件下，根據要求進行回彈值的修正處理。

式(2)中：設測區聲速值為V，km/s；超聲測距為L，mm；測區平均聲速時值為tm；測區中三個測點的聲速值為t1、t2、t3。

同時，在相關測試區域中，針對超聲聲速的計算，需要按照計算要求對測量值計算，計算方法按照公式（3）、公式（4）進行計算。

通過這兩個方式進行計算，能夠對平均聲速進行計算后，則得到修正值與超聲聲速值。最后將修正以后獲取的回彈值與最終的超聲值套入到式（1）中，如此可以得到車道面板強度檢測的參數值。

按照0.1us 和1mm 的精度參數做好各個超聲聲速與測距數據的控制，在測量誤差控制中誤差值需要達到1%范圍內。此外，在混凝土測量環節中，需要按照測量區域中的測點能夠反饋出混凝土的聲速。在頂面或者地面測量時，按照規定參數確定。在測試環節中需要考慮修正后的最小聲值以及最小回彈值，并且在了解強度參數的基礎上，對相關的誤差值得進行分析，保證獲取的參數值得滿足測定標準見表1。

表1 橋梁行車道板超聲回彈檢測結

通過分析表1 可知，在本次測試的45 塊C20 行車道板塊中達到設計需求的43 塊，其中1 號以及39 號強度不足。由此結果可知，在歷經了40年的使用以后，橋梁車輛通行道板強度依然良好，且在下板面檢測發現并無裂縫問題出現，這就代表此板塊不存在疲勞損傷問題。通過超聲回彈技術的應用，在掌握科學檢測參數同時，還能為橋梁承載力的評定奠定基礎。

4 結語

從上述實際案例分析發現，超聲回彈方法有下述優勢：成本較低，不會對結構產生損壞或者不利的影響，且超聲回彈法應用的儀器比較便捷，操作方便，可以立即進行檢測，準確地掌握混凝土結構的抗壓強度性能參數。當然，回彈數據的確定只能從表面質量方面分析確定，對于其內部的實際情況，回彈法就難以滿足應用的要求，并且有很多因素會對準確性產生影響，容易導致測量精度變差。回彈法也可以對剛建設完成的混凝土結構進行檢測，并產生很好的效果，但是要保證混凝土齡期不超過1000d，且只能檢測常規混凝土材料。在具體的橋梁檢測時，可以選擇多種合適的無損檢測方法，綜合利用多種方法，發揮出檢測的效果，提高檢測精度和準確性。