無損檢測(cè)技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用

摘 要：無損檢測(cè)技術(shù)種類較多，分為聲探、探地雷達(dá)、射線檢測(cè)、光纖技術(shù)等多種。為更好展開研究，結(jié)合實(shí)際案例研究無損檢測(cè)技術(shù)在公路橋梁施工中的運(yùn)用，闡述該技術(shù)在路橋工程實(shí)際的運(yùn)用。研究發(fā)現(xiàn)：無損檢測(cè)技術(shù)在路橋施工中可以很好反映出施工的整體質(zhì)量，為公路橋梁施工質(zhì)量檢測(cè)提供可靠的結(jié)論，提高路橋施工質(zhì)量和效果。

關(guān)鍵詞：無損檢測(cè)；公路橋梁施工；探測(cè)；反饋

中圖分類號(hào)：U446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-6903（2024）08-0089-03

0 引言

在公路橋梁施工中，無損檢測(cè)技術(shù)作為一項(xiàng)系統(tǒng)、專業(yè)的檢測(cè)技術(shù)，實(shí)用性非常強(qiáng)，可有效地操控施工質(zhì)量，為后續(xù)施工奠定基礎(chǔ)。在項(xiàng)目建設(shè)完工后，使用該技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，能夠幫助技術(shù)人員了解路橋施工的質(zhì)量情況。施工中對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行全面的檢測(cè)，有助于降低路橋存在的危害性，保證路橋投入使用之后的可靠與穩(wěn)定。

1 無損檢測(cè)技術(shù)特點(diǎn)

1.1 技術(shù)原理

無損檢測(cè)技術(shù)也被稱為DNT，是以物理學(xué)為主的檢測(cè)技術(shù)，不會(huì)對(duì)被檢測(cè)的物體產(chǎn)生任何損壞。該檢測(cè)技術(shù)具備專業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化的特征，可以從微觀上發(fā)現(xiàn)作業(yè)上的不足和優(yōu)勢(shì)，協(xié)助檢測(cè)人員掌握被檢測(cè)的物理性能和架構(gòu)。技術(shù)人員根據(jù)檢測(cè)結(jié)果可以對(duì)檢測(cè)目標(biāo)展開綜合的點(diǎn)評(píng)，判斷被檢測(cè)構(gòu)件的質(zhì)量、原材料在結(jié)構(gòu)中的使用情況，判斷技術(shù)使用特征、具體位置等。

1.2 優(yōu)勢(shì)

該技術(shù)無破壞性，檢測(cè)橋梁路基的時(shí)候本身的材料和結(jié)構(gòu)的特性并不產(chǎn)生危害。傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)存在 一定的破壞性，會(huì)影響到檢測(cè)結(jié)構(gòu)的構(gòu)造。在檢測(cè)中該技術(shù)還具備全過程、整體性等優(yōu)勢(shì)，比如全過程檢測(cè)中可以發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的拉伸、彎折、縮小的問題，給技術(shù)人員提供可靠的參考方向。由于該技術(shù)比較專業(yè)，具體的使用過程中，需要注意技術(shù)人員的操作素養(yǎng)，且關(guān)注檢測(cè)過程中可能存在的意外情況。

1.2.1 穩(wěn)定性好

路橋檢測(cè)比較繁瑣，傳統(tǒng)檢測(cè)復(fù)雜且成本高、效率低下，人為作業(yè)有可能存在誤差，導(dǎo)致質(zhì)檢不能得到保障。無損技術(shù)是使用最先進(jìn)、最前沿的軟件，可確保檢測(cè)的精度，提高檢測(cè)的穩(wěn)定性。路橋質(zhì)量檢測(cè)中應(yīng)用無損技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)處理的方式，提升了數(shù)據(jù)分析的速度，減少了數(shù)據(jù)處理中存在的偏差。該檢測(cè)并非單純的技術(shù)，相反是現(xiàn)代科技系統(tǒng)的體現(xiàn)[1]。

1.2.2 效率高

無損檢測(cè)技術(shù)不會(huì)影響到路橋施工的成品或者是耽誤施工時(shí)間，相反可以很快完成。在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)支持下優(yōu)化整個(gè)流程，可降低在數(shù)據(jù)處理上存在偏差的概率。高品質(zhì)檢測(cè)需要結(jié)合實(shí)際測(cè)定的目標(biāo)合理選擇技術(shù)，在不同技術(shù)之間進(jìn)行互補(bǔ)。檢測(cè)人員使用無損檢測(cè)技術(shù)，需要認(rèn)識(shí)到這個(gè)技術(shù)并不單一，而是根據(jù)工程實(shí)際情況合理選擇的技術(shù)。完善的檢測(cè)技術(shù)體系下可以確保得到的結(jié)果精準(zhǔn)可靠，減少單一技術(shù)所存在的漏洞。

2 無損檢測(cè)技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 聲探無損檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)技術(shù)是諸多檢測(cè)技術(shù)中的一種，超聲波檢測(cè)是根據(jù)聲波頻率達(dá)到檢測(cè)目標(biāo)，在路橋高質(zhì)量檢測(cè)中起到積極的效果。檢測(cè)的時(shí)候通常會(huì)使用專業(yè)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備發(fā)送超聲波，若內(nèi)部存在損害，就會(huì)反射超聲波。該技術(shù)原理是通過材料內(nèi)部聲波的傳播、反射規(guī)律來檢測(cè)材料內(nèi)部產(chǎn)生的缺陷與變化，實(shí)際運(yùn)用過程中其靈敏度很高，傳播過程會(huì)隨著材料的物理狀態(tài)。針對(duì)路橋?qū)嶋H情況，按照發(fā)射與接收換能器的相對(duì)高程可以將檢測(cè)方法劃分為3種，其中平測(cè)法和斜測(cè)法的使用比較廣泛，扇形掃測(cè)法則比較少。

進(jìn)場(chǎng)檢測(cè)之前，調(diào)查收集路橋的樁基詳細(xì)資料，如尺寸、標(biāo)高和地質(zhì)資料等，制定出對(duì)應(yīng)的檢測(cè)方案。根據(jù)預(yù)埋聲測(cè)管數(shù)量判斷檢測(cè)剖面數(shù)量再編號(hào)，然后進(jìn)行儀器設(shè)備的校準(zhǔn)工作。

路橋的樁基施工質(zhì)量很關(guān)鍵，在具體使用中對(duì)樁頂聲測(cè)管外壁間距進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)聲測(cè)的實(shí)際情況，對(duì)內(nèi)灌溉清水的，確定超聲波的發(fā)生與接收能量的位置。超聲波的發(fā)射與接收換能器之間保持固定高差，且同步升降，可以實(shí)時(shí)顯示信號(hào)的時(shí)程，讀取峰值、周期值，顯示頻譜的曲線。在測(cè)定過程中，如果樁身出現(xiàn)質(zhì)量缺陷可以進(jìn)行再次檢測(cè)。

2.2 探地雷達(dá)技術(shù)

探地雷達(dá)技術(shù)原理是利用高頻電磁波，電磁波在介質(zhì)中的傳播，從入射到結(jié)構(gòu)層分界面上的電磁波會(huì)產(chǎn)生反射再形成反射的波。雷達(dá)儀器接收到這個(gè)電磁波后，被結(jié)構(gòu)層識(shí)別出來。在檢測(cè)過程中，反射波越強(qiáng)越容易識(shí)別。比如路橋隧道施工中，可使用探地雷達(dá)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)施工的檢測(cè)。在隧道質(zhì)量檢測(cè)中，通常使用點(diǎn)采集的方式。這種方式可觸發(fā)天線的控制開關(guān)，設(shè)備會(huì)自動(dòng)而且連續(xù)地記錄下對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。在設(shè)置點(diǎn)的時(shí)候，點(diǎn)距范圍為0.01～9.99 m，定位的誤差在0.2%以內(nèi)。

進(jìn)行探測(cè)工程質(zhì)量的時(shí)候參數(shù)選擇十分關(guān)鍵，一般400 MHz頻率以上的天線電鋸為1～20 cm，可滿足探測(cè)的精度。時(shí)窗選擇取決于最大探測(cè)深度與介質(zhì)中的電磁波傳播的速度，隧道內(nèi)介質(zhì)主要是混凝土、巖石[2]。采集參數(shù)的間隔選擇直接影響到最終的質(zhì)量，如果規(guī)模比較小，選擇間隔點(diǎn)太大，會(huì)產(chǎn)生削波動(dòng)影響，可能會(huì)產(chǎn)生畸變。采樣間隔小和采集數(shù)據(jù)效率低下，通常情況下天線的頻率越高所選擇的間距越小。疊加次數(shù)也會(huì)影響到波形的采集。隧道檢測(cè)中探地雷達(dá)被電磁干擾的可能性比較小。

探地雷達(dá)檢測(cè)中最關(guān)鍵技術(shù)是分辨率，這是分辨最小異常介質(zhì)的能力。在探測(cè)中，探測(cè)深度也是重要的技術(shù)參數(shù)，需要根據(jù)路橋隧道現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來選擇探測(cè)深度，深度取決于工作頻率、選擇地層的衰減系數(shù)等。路橋現(xiàn)場(chǎng)采集的天線和參數(shù)選擇好之后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，需要做到天線中心與測(cè)線起點(diǎn)重合，起點(diǎn)的位置需要有明確的標(biāo)記，和樁號(hào)之間的誤差要小于測(cè)線長(zhǎng)度的0.1%。采集過程時(shí)刻觀察采集數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)失真和錯(cuò)亂后立即停止，查明原因以后再進(jìn)行調(diào)整。隨時(shí)做好記錄，如工區(qū)、剖面號(hào)、樁號(hào)等。檢測(cè)完畢后進(jìn)行數(shù)據(jù)資料分析，交給專業(yè)人員進(jìn)行判斷，專業(yè)人員應(yīng)該具備數(shù)據(jù)處理的經(jīng)驗(yàn)[3]。

2.3 射線檢測(cè)技術(shù)

射線探傷法是指將底片放置在混凝土構(gòu)件之后，在底片位置發(fā)射X射線、伽馬射線，發(fā)射之后會(huì)生成有孔洞的圖片，在路橋施工中的使用，射線檢測(cè)可探測(cè)到孔洞程度、斷裂鋼筋的位置，幫助技術(shù)人員在第一時(shí)間了解到路橋存在的損傷，為后續(xù)的修補(bǔ)和處理提供全面的數(shù)據(jù)參考。這種技術(shù)適合在路橋交通中，但需要考慮其影響。

該技術(shù)使用過程中，使用X、Y射線穿透需要被檢測(cè)的目標(biāo)建筑物結(jié)構(gòu)，不會(huì)對(duì)建筑物的表面產(chǎn)生損傷，可獲取到穿透物體之后的圖像，可以直觀的判斷質(zhì)量情況，技術(shù)人員可以了解到是否存在損傷個(gè)。在技術(shù)實(shí)現(xiàn)期間之內(nèi)，需要確保探測(cè)的能源充足、射線發(fā)射程度足夠強(qiáng)，獲取高質(zhì)量、可靠的效果，否則將會(huì)無法獲取真實(shí)、清晰的圖像，從而影響到整體的判斷。比如常用Y射線測(cè)定路橋鋼結(jié)構(gòu)的時(shí)候，不同射線的能源、適宜程度十分關(guān)鍵，需要提前分析。射線也會(huì)危害到人體的健康，因此在使用之前需要進(jìn)行隔離，做好妥善的防護(hù)工作。

2.4 光纖傳感檢測(cè)技術(shù)

該技術(shù)是指光纖傳感檢測(cè)技術(shù)，工作原理是利用部分物理能量敏感物來進(jìn)行檢測(cè)，將外部物理能量和數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行結(jié)合實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化的目標(biāo)。該技術(shù)在不同領(lǐng)域內(nèi)都得到廣泛的運(yùn)用，將該技術(shù)使用路橋施工中，可高效進(jìn)行路面和橋梁的檢驗(yàn)工作，比如檢驗(yàn)路橋工程的應(yīng)轉(zhuǎn)性、鋼纜索等。光纖本身就靈巧并且輕便，也不會(huì)輕易受到外界各種要素的影響，甚至可以承擔(dān)高壓等環(huán)境，因此這一項(xiàng)技術(shù)十分先進(jìn)可靠。

3 無損檢測(cè)技術(shù)在公路橋梁施工中的應(yīng)用案例

3.1 工程概況

為評(píng)估地質(zhì)雷達(dá)和多波束檢測(cè)路橋下部結(jié)構(gòu)的實(shí)際效果，展開了本次測(cè)驗(yàn)。該測(cè)驗(yàn)位于某大橋，該大橋跨越沱江，橋梁全長(zhǎng)為330 m，橋面寬度為12.5 m。橋梁為圬工拱橋，橋跨為（1×6+11×25+1×6）m，橫向布置為2.5 m的護(hù)欄+7.5 m行車道+2.5 m人行道的護(hù)欄和人行道。路橋施工時(shí)候橋面使用全部的瀝青混凝土材料。該橋是當(dāng)?shù)氐闹饕煌ǜ删€，橋梁位于沱江上游，地形比較復(fù)雜，侵蝕也比較嚴(yán)重，為剝蝕丘陵地形和侵蝕堆積河谷地形，橋梁所在位置河床寬300 m。

3.2 無損檢測(cè)過程

本次案例使用雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)+多波束聲吶檢測(cè)。

3.2.1 雷達(dá)檢測(cè)

本次測(cè)量使用瑞典RAMAC/GPR探地雷達(dá)設(shè)備，具體使用雷達(dá)設(shè)備型號(hào)可以根據(jù)工程實(shí)際情況來選擇。選擇100 MHz屏蔽天線、GV采集系統(tǒng)。進(jìn)行檢測(cè)作業(yè)的時(shí)候，河床最大水深為5 m。開展檢測(cè)之前檢測(cè)單位使用傳統(tǒng)探桿來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這種方式可確定檢測(cè)的天線，獲得檢測(cè)所需要的相關(guān)參數(shù)，同時(shí)該技術(shù)也可以驗(yàn)證檢測(cè)方式的精準(zhǔn)和可靠。

經(jīng)過試驗(yàn)分析，選擇100 MHz屏蔽天線檢測(cè)橋梁，實(shí)窗23 ns，采樣點(diǎn)數(shù)位450，根據(jù)測(cè)定參數(shù)和當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選擇一次疊加，頻率為19 817 MHz。布置方式是橋梁的上下游各自一條線，點(diǎn)距為0.5 m，天線距離固定，為0.1 m，根據(jù)所在地的情況，天線放置在船等設(shè)備上，勻速通過河床，通過剖面法來進(jìn)行檢測(cè)。

3.2.2 多波束聲吶檢測(cè)

選擇高分辨率淺水多波束聲吶探測(cè)頭SONIC2020，再配合對(duì)應(yīng)的傳感器、RTK、聲速探頭、采集軟件等。目前市場(chǎng)上可用的數(shù)據(jù)采集軟件比較多，比如海測(cè)大師。采集出來的使用后期軟件來進(jìn)行處理，處理的目標(biāo)是消除定位設(shè)備和多波束設(shè)備因?yàn)榘惭b不一致所存在的偏差，減少由于多波束安裝不重合從而出現(xiàn)的水深點(diǎn)位置的偏差。

數(shù)據(jù)傳輸延遲極有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)錯(cuò)位，這種情況下檢測(cè)可能會(huì)出現(xiàn)水深點(diǎn)錯(cuò)誤、水深值的偏差等[4]。借助后續(xù)處理技術(shù)，可以讓地貌圖像更清晰、真實(shí)，可以生成不同坐標(biāo)系下的三維點(diǎn)云，生成視頻或數(shù)據(jù)等提供給人們參考。多波束三維聲吶成像原理如圖1所示。

3.3 檢測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)雷達(dá)測(cè)試，在100MHz天線時(shí)間剖面上能夠清晰地分辨出橋底的實(shí)際情況，獲得反射波同相軸和河床沉積層、河床基巖之間的反射圖像。如本次測(cè)定可發(fā)現(xiàn)河床斷面起伏波動(dòng)很大，河中的橋梁基礎(chǔ)局部的沖刷十分明顯。

根據(jù)多波束探測(cè)顯示，繪制出橋梁所在地的三維地形圖，可得到橋墩實(shí)際情況。在生成水下橋梁三維顯示圖中，多波束測(cè)量數(shù)據(jù)處理完畢后，在同一個(gè)平面坐標(biāo)系中獲得水下地形圖的投影，再使用Map GIS 軟件能夠獲得橋梁監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水深坐標(biāo)。為確保水下測(cè)量結(jié)果的直觀與可靠，獲得三維圖的前提需要有序數(shù)值列陣來描述水下的高程。這種情況下可以利用離散數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)化模式構(gòu)建橋墩?qǐng)D形、地形圖。

Surfer軟件能夠構(gòu)建中小離散的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，技術(shù)人員在這種設(shè)計(jì)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)高效處理。為確保數(shù)據(jù)密度、數(shù)據(jù)分布可靠、合理，可使用克麗金插值法來進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，幫助勘測(cè)單位獲得更全面、更完整的空間數(shù)據(jù)。具體的計(jì)算中，根據(jù)距離變量來設(shè)置對(duì)應(yīng)的變差，將其轉(zhuǎn)化成為甲加權(quán)差值，再計(jì)劃所需要的權(quán)值，后續(xù)對(duì)水下測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間擬合。差值計(jì)算完畢之后，基于離散數(shù)據(jù)網(wǎng)格，輸出GRD規(guī)格網(wǎng)圖即可。為確保三維顯示圖的真實(shí)與高效率，可以利用 Map GIS生成水下地貌，再結(jié)合DTM分析等深線，再生成一定比例的三維顯示圖。經(jīng)過處理后，將地形圖放置在 Surfer 之內(nèi)，可以得到最終橋墩的水下測(cè)量三維圖。

如本項(xiàng)目的測(cè)定中發(fā)現(xiàn)，橋墩附近的河床存在局部沖刷嚴(yán)重的情況。在橋墩的附近，基礎(chǔ)周圍形成了圓形的沖刷坑，沖刷坑的半徑為3.5 m。且本次測(cè)定發(fā)現(xiàn)，河床沖刷坑的最大深度竟然達(dá)到1.6 m，沖刷坑的面積達(dá)到5.6 m2，根據(jù)出現(xiàn)的情況分析可發(fā)生這種情況的原因。比如河床的橋墩變化原因是河床遭受自然演變、沖刷所導(dǎo)致的。本次檢驗(yàn)中橋墩位置的局部蟲害嚴(yán)重，表現(xiàn)在沖刷線與河床相比，沖刷線更低，下游和上游相比，下游的沖刷深度更低。

該技術(shù)在水下測(cè)量可以取得很好的效果，在三維成像、掃測(cè)方面有很顯著的優(yōu)勢(shì)，可以得到水下河床沖刷的實(shí)際情況，為橋梁施工安全提供可靠保證。在實(shí)際運(yùn)用中，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇對(duì)應(yīng)的無損檢測(cè)技術(shù)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的實(shí)際情況，選擇可靠的測(cè)量技術(shù)，從而確保測(cè)量的精度。

4 結(jié)束語

在路橋施工中，涉及的無損檢測(cè)技術(shù)種類比較多，本文對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行分別說明，闡述在路橋施工中該技術(shù)的實(shí)際運(yùn)用，介紹各相關(guān)技術(shù)的使用。本文結(jié)合實(shí)際案例展開分析，討論將雷達(dá)與多波束技術(shù)結(jié)合起來，對(duì)路橋進(jìn)行無損檢測(cè)，獲得橋墩真實(shí)情況。無損檢測(cè)技術(shù)在路橋中的使用，可以為施工、運(yùn)維管理提供可靠參考，確保技術(shù)的有效利用。

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