內部缺陷無損檢測技術在高鐵特大橋梁工程中的應用研究

楊金秋

（成都軌道建設管理有限公司，四川成都 610110）

建設結束交付使用的橋梁，在后期的使用過程中可能發生損壞，留下安全隱患，違背最初的設計目標。特別是橋梁內部出現問題，人為的檢查觀測不易發覺，不能夠通過暴力手段進行判斷，需要利用無損檢測技術進行相關測試，確保橋梁構造的安全性。

1 無損檢測技術的概述

新建高鐵橋梁通常會出現梁端底部和支座周圍存在縫隙、表面裂紋、蜂窩麻面、不密實等情況，這些問題已經在部分橋梁竣工驗收過程中被發現多次。橋梁中存在缺陷，使梁體內部鋼筋長期暴露在空氣中，受陽光暴曬、風吹雨淋，導致鋼筋受腐嚴重，易出現氧化反應，氧化情況長期積累直接造成混凝土擠壓，致使其剝落，最終影響橋梁構件。

無損檢測是目前較先進的質量檢測技術，能夠在保證橋梁整體結構不被破壞的前提下，對橋梁內部質量進行檢測。預應力結構在鋼筋混凝土橋梁中的應用，有利于橋梁結構的穩定性，需要的鋼材較少，節約成本。從鋼筋混凝土橋梁自身角度出發，存在自身重、工藝煩瑣、施工周期長的問題，加上后期使用后易受風吹雨淋造成腐蝕、孔縫等問題，結構內部的損害直接危害橋梁整體的構造，易出現安全隱患，甚至影響使用，問題亟待解決。橋梁投入使用后，應避免大型的破壞行為，突顯無損檢測技術的優勢。在實際工作中，國家對于鋼筋混凝土橋梁的缺損檢測有明確的規范和標準，對于橋梁內部損壞檢測情況，沒有明確的規范約束、統一的標準參照。為了能夠使無損檢測技術更好地應用在橋梁內部缺損檢測中，行業相關部門需要對評定標準、規范等不斷進行完善。

2 檢測工作

（1）測試前的準備工作。

工作人員在使用無損檢測儀檢測混凝土試件前明確測試面時，以測點為中心處理工程，使用細砂紙對測試面進行打磨處理，使測試面保持光滑，根據設計尺寸在測試面上進行測點布置，用墨跡進行標記。進行準備工作過程中應保持測試發射和接受換能器時始終在一條直線上[1]。

（2）數據分析與處理。

①判斷聲時、聲速和振幅。

工作人員在處理數據時，應將過縫和不過縫的聲時、波幅、頻率測量值放在一起，對其進行排列統計。施工過程中會存在部分地方疏松、有孔隙或填進雜物的問題，這些部分的混凝土在失去連續性脈沖波通過時，波幅和頻率明顯降低，聲時存在不同程度的增大。測試數據較少或較離散時，統計法無法對其進行判斷，可通過聲速、波幅值進行判斷，對異常情況進行確定。

②波形判斷。

波形是顯示屏上顯示的接收波的波形，正常情況下混凝土的波形為呈現遞減的正弦波，包絡線為半圓形。若顯示屏中顯示的波形呈疊加或不規律等畸變波的現象，說明監察的范圍內存在內部問題，可能有裂縫或疏松的情況發生。反射波和繞射波等各類波相繼到達接收換能器表現的頻率和相位不相同，影響波形的變化，需要技術科研人員加強對波形的研究，能夠使工作人員對混凝土內部存在的缺陷和整體質量進行有效判斷。以存在的問題為缺口，據此展開研究，制定對應的解決方法予以實施，使混凝土在橋梁中的應用得到安全保障。

3 聲波CT橋梁檢測

3.1 聲波CT原理

聲波CT工作原理類似醫院的CT。醫學CT是依靠X射線，聲波CT依靠聲波，X射線穿過人體后，射線會產生強弱的變化，聲波穿過工程介質也會呈現強弱的變化，根據變化可對比分析媒介所存在的問題。聲波的速度在通過介質時會受到介質密度、剪切模量、彈性模量等多種因素影響。介質密度越大、強度越高，其模量越大，聲波的波速更高，衰減量較??；若介質破碎疏松，則聲波的波速降低，衰減量會增大。

混凝土的強度和缺陷可通過聲波波速此項指標進行評價，根據彈性理論，彈性模量E與縱波速度VP平方成正比，剪切模量μ與橫波速度VS平方成正比：

式中：ρ——介質密度（kg/m3）；VP——縱波速度（m/s）；E——彈性模量（MPa）；μ——剪切模量（Pa）；VS——橫波速度（m/s）。

對于縱、橫波速與混凝土抗壓強度之間的關系，應安排專業部門開展多次試驗。經過大量的研究和試驗表明，抗壓強度與波速呈冪指數存在一定關系。每個地區所出產的骨料和砂不同，冪指數中待定常數數值有所不同，但差異不大。根據鐵路、公路、水利系統等的大量實驗測試得出，西南地區混凝土抗壓強度與波速的回歸關系為：

式中：Rb——混凝土抗壓強度（MPa）；VP——縱波速度（km/s）。

評價混凝土抗壓強度、缺陷及整體澆筑質量可通過波速指標確定。聲波CT具有分辨率高、可靠性好、圖像直觀等特點，適合對工程介質力學強度的分布進行研究，常被用于工程檢測中混凝土空洞、強度、不密實區等結構缺陷探查，目前已在工程結構檢測和工程病害診斷中廣泛應用[2]。

3.2 聲波CT橋梁現場檢測

某新建高鐵線路在工程驗收時，檢測到大橋區域內某孔端部支座周圍留有一定的問題需要采取補救措施。補治完畢后20 d進行聲波CT檢測，檢測該范圍內是否還存在問題，以此判斷補治的效果。對該孔梁端部分兩層進行檢測，第一層和第二層目標深度均為30 cm，檢波器沿梁體末端橫向布置，間距50 cm，激發點間距50 cm，形成閉合觀測面[3]。

3.3 聲波CT橋梁檢測結果

速度分布、波速分布如圖1、圖2所示。

圖1 速度分布云圖

圖2 波速分布直方圖

由圖1、圖2可知，兩層波速均為4 500 m/s，平均波速為4 737.12 m/s。強度在C50以上的面積占82%，C40～C50強度面積占18%，波速較低區域共9～10處，最大面積為0.41 m2。三個區域內速度明顯放慢，尤其右邊的范圍集中處于速度較低處，上部速度較低區域為梁的端部，左邊區域觀測到不密實范圍，經橋梁聲波CT檢測，確認檢測結果與實際情況相符。

4 地質雷達橋梁檢測

4.1 地質雷達法基本原理

地質雷達檢測的工作原理是雷達發射天線向地下連續發射脈沖式高頻電磁波，遇到有電性差異的界面或目標體時即發生反射波和透射波。接收天線接收到反射波后，通過電纜傳輸給主機，將時間剖面實時顯示在主機顯示屏上。工作人員可結合系統中收到信號的時間之和，求出電磁波在介質中的傳播速度，得出目標深度，利用信息的變化、強弱等可以判斷出目標體的本質。

4.2 地質雷達現場檢測及結果

在某高鐵線工程某橋梁區域施工場地，對其進行完工驗收，對橋梁某孔端支架周圍處進行敲擊檢測時，聲音有空響現象時，需要利用雷達等檢測技術進行復查，確定此區域存在問題。

現場采用LTD—2200型地質雷達，配置900 m屏蔽天線進行檢測。通過分析檢測數據得出梁底左側0～0.8 m、右側4.18～4.98 m內存在漏空現象。此范圍必須采取注漿作業，作業20 d后重新進行檢測，判斷修補效果。若檢測注漿范圍內清晰可辨無異常，符合施工要求，說明注漿修補成功。

注漿修補后雷達檢測剖面如圖3所示。

圖3 注漿修補后雷達檢測剖面

5 結語

綜上所述，橋梁檢測工作中使用聲波CT和地質雷達法的頻率較高。本文對內部缺陷無損檢測技術在高鐵特大橋梁工程中的應用進行分析，為相關工程的施工及施工人員的日常工作、經驗積累提供借鑒和參考。