橋梁檢測中超聲回彈技術的應用分析

文/張煒

1 前言

新時期背景下，隨著我國科學技術的不斷發展，越來越多的新型檢測技術應用于橋梁工程檢測中。其中，無損檢測技術就是常用的一類檢測技術策略。由于無損檢測技術類型比較多，它包含了脈沖雷達、紅外檢測、超聲回彈法等。超聲回彈法的應用能夠為橋梁檢測工作開展帶來便利，該技術具備一定的科學性，能夠準確地檢測橋梁存在的問題，為后續工作的開展奠定良好的基礎，因此本文對超聲回彈技術的應用情況進行分析，探尋更為科學有效的檢測方法，以此為提高橋梁結構的安全性和穩定性提供非常重要的幫助。

2 工程概況

某橋梁項目的主體結構是鋼筋混凝土現澆箱梁拱橋形式，其長度為151m，寬度為15.5m，從東到西按8×20m+1×200m+4×20m 布設，主孔結構采用的是箱室等截面懸鏈線性五鉸拱。在橋梁管理單位對該橋梁進行豎向撓度檢測時發現，橋梁主拱支架位置上的木支撐結構發生傾斜，拱架、支架、腹板等多個結構存在裂縫問題，導致橋梁運行安全性無法滿足要求。根據實際情況需要，技術人員擬采用超聲回彈技術實施混凝土結構強度檢測，為橋梁的加固與養護施工提供可靠數據，促進橋梁總體運行效果和質量提升[1]。

3 超聲回彈技術檢測原理

3.1 測定儀器的選擇

針對混凝土的橋梁結構形式，在實際操作中應用超聲回彈檢測技術進行，主要的檢測設備是指針直讀式混凝土回彈儀裝置。在水平彈擊環節，彈擊錘脫鉤瞬間回彈儀能量標準值為2.207J。如果混凝土結構硬度較高，則需要在頂住回彈儀后蓋時增加壓力，讓彈擊桿直接壓入回彈儀外殼之后開始移動重錘，在特定彈力的影響下開始將重錘脫鉤彈出來，擊打彈擊桿，受到外力作用，彈擊桿會直接彈擊到混凝土表面。彈性勢能連續性作用，重錘回彈帶動指針劃片在電阻桿上劃線，逐步減小壓力，最終重錘回歸到初始位置上[2]。

3.2 超聲回彈檢測技術原理

超聲回彈技術的目標是測定混凝土表面結構的硬度，然后明確具體的抗壓強度，確定橋梁的承載性能。混凝土結構強度與表面強度存在直接關系，回彈儀設備內的重錘在待檢測的混凝土表面撞擊，測定的回彈值就是混凝土結構的強度參數，利用測量重錘回彈之后的運動距離，可以計算確定混凝土的強度。經過試驗檢測后，將回彈值與混凝土強度建立函數關系，計算確定得到抗壓強度參數，最終可以得到橋梁混凝土結構的穩定性數值。應用超聲回彈技術進行橋梁混凝土強度檢測時容易受到很多因素的影響，比如水泥類型、水泥加入比例、砂石集料、外加劑的類型與加入比例、材料含水量參數、碳化程度等方面，因此相關工作人員需要綜合分析實際情況，消除不利因素的干擾和影響，保證測量精度，滿足工程質量分析和控制的需要[3]。

4 超聲回彈技術的應用

根據本次橋梁的測量需要，應用穿透力較高的低頻超聲儀進行檢測，以確定精確的混凝土強度性。該設備所產生的沖擊能量為2.25N·m，是HT225 型中型回彈儀，測量環境處于10～30℃之間，以保證檢測的質量和效果，測量范圍內需要檢測的混凝土側面應用回彈儀明確具體的水平位置。根據測量工藝要求，測量范圍面積為0.04m2，間隔距離一般不會超過2m，測量范圍與施工縫隙、混凝土結構邊緣部位的距離控制在0.2～0.5m。任何混凝土測量結構都要至少確定10 個測量區，每個測量結構內設定的測量點設定間距為3cm。如果空氣環境中存在二氧化碳，其和水發生反應，并且直接和混凝土結構內的Ca(OH)2 發生反應，然后形成碳酸鈣，就會導致混凝土材料的堿性下降，進而出現碳化反應。通過該橋梁工程的結構性能分析發現，其碳化反應的速度相對較為緩慢，試驗選取的混凝土塊的碳化深度比較小，進行必要的分析之后，不考慮碳化反應對超聲回彈結果產生的不利影響，檢測后數據達到精度的要求，完全滿足橋梁質量檢查和標準的要求[4]。

4.1 構建測強曲線

超聲回彈檢測技術在進行混凝土結構部件強度曲線分析確定時，主要有如下兩種類型：通過標準曲線進行設置，然后依據多種校正系數來明確混凝土結構強度的參數，這是標準混凝土檢測的方式；結合原材料的加入比例創建多組強度曲線，然后分析確定混凝土結構的強度性能，這是最佳匹配率法。利用最佳匹配率法所測定的混凝土強度參數有著較高的準確性，可以達到檢測精度的標準和要求，所以采用這種方法測量區域內抗壓強度和超聲聲速值與超聲回彈值函數關系，能夠為各項數據的分析與判斷提供精準的數據。另外需要注意的是，在進行曲線構建的階段中，為了保證曲線的真實性達到實際需要，工作人員還需要根據橋梁的檢測要求做好數據的核對工作，確保每一次的檢測參數都一致，以此給后續工程的開展奠定基礎[5]。

4.2 回彈測試

針對具體的橋梁混凝土結構超聲回彈檢測，首先需要進行各個結構部件的澆筑方向側面水平測試，如果該結構部分無法進行水平測試，則需要采取非水平方式進行檢測。具體檢測環節，應該保證超聲回彈儀的軸線和被檢測的混凝土表面是垂直的。利用超聲回彈儀重錘進行測量，所確定的超聲波與接收面總計需要彈擊8 個點，然后開展單面的超聲波測試工作，測試區域內發出、接收的超聲波彈面總計有16 個點。這些測量點需要均勻地設置到被檢測的混凝土表面，并且沒有設置在氣孔、露筋等位置上，測點與混凝土結構邊緣、露筋、氣孔、砂石等結構要保持有50mm 以上的距離，并保證測量的精度符合要求。

4.3 超聲測試

超聲波測試點選擇和設定，一般來說可以超出回彈檢測的范圍。通常來說，每個檢測區域范圍都要布置3 個測點。如果被檢測的混凝土結構只有兩個相鄰的表面，則可以通過超聲波角測法的方式實施測量，也能夠得到較為準確的測量數據信息。具體的角測點的布置環節，保證換能器的中心和混凝土結構邊緣間隔距離不能小于200mm。測量進行時，如果兩側被測量表面的尺寸不同，或者并不是對稱設置的方式，測點布置的間距距離可以有所差異，但是絕對不能超出國家標準的規定要求。另外，綜合分析測量曲線精確度與可靠性方面的要求，應該在相同測量區域范圍內選擇使用混凝土取芯的方式進行混凝土結構強度參數的修正處理，具體的修正系數要按照當前國家規范標準要求確定。

4.4 橋板強度測評

橋梁混凝土結構的檢測過程中，通過超聲波回彈法進行橋板強度的檢測是比較重要的一項工作，它能夠反映出橋梁結構性能的重要技術參數。橋板強度檢測環節，首先要保證橋板結構測量數據精度符合要求，考慮到不同橋面的位置情況，把橋板結構分為多個分區，不同的分區位置要選擇合適的測量方式，以符合實際測量的需要。在每一個測量區域都檢測完回彈值后，為了縮小數據偏差，將全部回彈值的最大值、最小值去除掉，然后計算剩余回彈值的參數，得到平均回彈值數據。本次橋梁工程進行橋板各個部位的測量時，只有比較少的行車道板的強度性能較低，其他絕大部分結構的行車道板的強度都能夠達到設計標準要求，完全符合正常使用的需要。綜合分析后發現，該橋梁的行車道板的結構質量性能高，即使投入運營的時間比較長，受到車輛碾壓、自然環境侵蝕等多方面的影響，行車道板的強度依然能夠達到最初設計的標準，并未因為長期的運營而產生裂縫等不良問題，同時也沒有出現疲勞損壞的問題，經過必要的修復處理后，可以達到橋梁通行質量要求。

5 結語

綜上所述，在橋梁檢測中，通過應用超聲回彈技術展開橋梁結構混凝土強度的檢測，屬于無損檢測技術的范疇，其設備成本較低、檢測效率高、數據精度高，能夠真實、準確地反映出混凝土結構的抗壓強度，能夠對橋梁管理和控制起到一定的促進作用。但是，超聲回彈檢測只能體現出混凝土結構表面的質量，無法實現內部結構質量的檢測，并且受到水泥種類、水泥加入比例、砂石材料特性、外加劑類型和比例等方面的影響，數據有一定的偏差，所以只能作為橋梁混凝土抗壓強度檢測的參考。此外，超聲回彈檢測技術應用范圍較大，一般會聯合其他技術同時進行橋梁混凝土檢測，以達到檢測標準要求，為橋梁通行質量提升奠定基礎。