混凝土橋梁檢測中聲波檢測技術的應用

姜昕

摘 要：本研究基于某橋梁工程，針對橋梁結構病害進行了分析，初步探討了混凝土橋梁結構檢測中聲波檢測技術的應用。檢測結果顯示，聲波檢測技術可對橋梁病害準確定位，對橋梁工程波紋管注漿及澆筑質量具有重要作用，與橋梁工程實際相符。

關鍵詞：混凝土橋梁;聲波檢測;橋梁病害

1 混凝土橋梁工程基本情況

某預應力混凝土連續剛構橋梁，主橋段600米長，梁體單箱單室三向預應力變高箱梁23米頂寬、12米底寬，翼緣板懸臂5米長，自中跨到邊跨相繼合龍張拉，跨和邊跨在橋墩張拉施工中，產生混凝土底板崩裂，采取加固措施進行修復后，底板壁又產生開裂。在橋梁箱梁合龍段為深入了解結構缺陷及梁板與設計強度相符程度，采用聲波檢測技術檢測橋梁預應力混凝土結構。

2 聲波檢測技術

混凝土結構中力學強度與聲波傳播速度間具有定量關系，彈性模量對聲波波速具有直接影響，使混凝土結構強度得到反映。介質力學性質采用剪切模量、彈性模量及泊松比等參數進行表征，混凝土是一種脆性材料，波速與其標準試塊抗壓強度具有正相關關系，試驗測試數據對兩者之間的冪指數關系進行證明。由于混凝土骨料在不同施工區域具有不同成分，其抗壓強度回歸參數有差別，混凝土強度根據試驗數據進行評價，據此可確定混凝土結構存在的缺陷。

3 聲波檢測技術

3.1 聲波檢測結果

本橋梁工程檢測頂板聲波面積1 300平米，波速均值4.71千米/秒，混凝土強度超過C45，混凝土強度及聲波波速在頂梁板中間主體結構中較高，波速大于4.79千米/秒，連續且均勻分布，強度為C60。但聲波波速在頂板兩翼部位稍低，特別是頂板右翼有低波速帶寬2～3米，波速在2.2～4.2千米/秒之間，橋梁中頂板兩翼不是主要受力部位，幾乎不影響橋梁結構穩定性。

檢測橋梁底板聲波中，檢測聲波面積550平米，波速均值4.08千米/秒，混凝土強度符合設計范圍C40-C45。底板不同于頂板，波速和強度非均勻分布，中間波速大于4.11千米/秒，但四周波速小于3.08千米/秒，在檢測面積中有一半小于3.09千米/秒。連接腹板的底板兩翼與橋梁結構強度具有重要關系，在右側腹板連接底板右翼緣部位有平均不大于2.05千米/秒低波速區域2～3米寬，連接左側翼緣部位有不大于3.02千米/秒低波速區域1～1.5米寬，在這兩個低波速區域存在橋梁底板裂縫，本橋梁工程具有最小的箱梁底板結構強度。

檢測左腹板聲波中，檢測聲波面積325平米，波速均值4.47千米/秒，強度超過C50，均勻波速反映出左腹板施工質量較高。左腹板下部在小里程和大里程側的局部性異常高低速區域，無較大幅度，幾乎不影響橋梁腹板結構的穩定性。

檢測右腹板聲波中，檢測面積325平米，與檢測左腹板面積一致，聲波平均波速千米/秒，強度大于4.68千米/秒，波速與梁板強度比左腹板大，聲波均勻分布的波速，控制施工質量效果較好。在聲波波速方面，右腹板上部稍低于下部，上部局部性異常低速區域1米寬，平均波速4.08千米/秒，右腹板下部普遍具有較高的波速，平均大于4.57千米/秒。橋梁右腹板有比較均勻的波速，異常低速區域只有較小面積，幾乎不影響腹板結構，腹板具有較高的結構強度，使橋梁結構明顯提高承載力。

3.2 預應力箱梁聲波檢測結果

分析橋梁頂板、左右腹板及底板聲波檢測結果可知，箱梁頂板及左右腹板混凝土結構的聲波波速較高，分別為4.72千米/秒、4.42千米/秒、4.61千米/秒，混凝土強度與設計值C50-C70相符，混凝土結構質量和連續性較好，無貫通性低速結構。箱梁底板聲波波速平均4.08千米/秒，與C30-C40強度相當，不均勻分布的波速，在底板結合腹板部位有條帶性聲波較小傳輸速度區域，最小只有3.08千米/秒，有明顯質量缺陷，不影響橋梁結構承載力。條帶性低速區域內產生的裂縫，施工企業對此應提高重視程度。針對本橋梁混凝土結構為深入研究其存在的質量缺陷，對試驗板澆筑采用強度不同的聲波進行檢測，比較檢測結果與設計缺陷，準確評價本橋梁工程的聲波檢測技術。

強度不同的試驗板CT剖面波速顯示，在未振和過振區域，聲波較低速傳輸，小于4.08千米/秒，輕振區域有較高波速，大于4.08千米/秒。聲波在C50混凝土結構中可達5.15千米/秒的最高波速，波速居中的C40混凝土在4.5～5.1千米/秒之間，波速最低的C30混凝土結構在3.6～4.3千米/秒之間，符合混凝土力學性能指標試驗測試結果。

根據試驗板CT剖面中分布的波速結果發現，20×20厘米泡沫板、30×30厘米泡沫板及60×10×5厘米木板的設計梁中存在缺陷的3個區域與顯示較大的3個低速區域相對應。檢波器在試驗中按照25厘米激發點間距進行布置，應用0.25×0.25米計算網格，因較大的分辨率，在10×10厘米泡沫板中難以分辨出異常體。15厘米直徑、65厘米長空心波紋管，因較小的橫截面，傳播的高速聲波檢測射線將外側壁完全繞過，在空心波紋管中無法分辨出異常體。針對較小體積結構的磚塊，聲波波速大于低標號混凝土，在檢測結果圖中盡管有較深顏色，表現為高速，但對其引發原因無法確定。聲波CT檢測試驗結果符合橋梁實際，聲波波速分布圖可對橋梁結構澆筑的均勻性、缺陷及混凝土強度等進行準確清晰反映。對混凝土結構強度試驗板分析其記錄的聲波散射時程，上下分別為二維瞬態譜和散射能量，在二維瞬態譜坐標系中，波速傳播時間、頻率分別由橫軸、縱軸進行表示。不同傳播時間對應分布的能量頻率不同，可由記錄的聲波散射時程結果進行反映，混凝土試件強度缺陷脫空程度反映出強弱能量，表示波速散射的橫軸表明發生散射能量的空間位置，小面積缺陷導致混凝土結構試件散射波高頻能量。有關試驗數據顯示，引發1～2米范圍內混凝土試件產生強散射能量的主要原因是端頭附近空區及敲擊影響，波紋管在不同位置產生缺陷，總計缺陷共2.3米長。

4 總結

綜上所述，本研究中根據橋梁檢測結果可知，聲波檢測技術可準確定位橋梁澆筑質量及波紋管注漿缺陷程度，與橋梁工程實際相符。在檢測橋梁混凝土結構病害中聲波無損檢測技術的應用廣泛，目前，在橋梁結構無損檢測中無損檢測技術已有一定程度的應用，有關實踐效果顯示，無損檢測技術結合外觀檢測、動靜載試驗等方法進行應用，可全面準確評價橋梁混凝土結構病害，對于提高橋梁安全具有重要作用。

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