公路橋梁項(xiàng)目檢測(cè)中的無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

向延華

（湖南省交通科學(xué)研究院有限公司,湖南 長(zhǎng)沙 410000）

加強(qiáng)檢測(cè)正在使用的道路和橋梁是了解道路和橋梁運(yùn)行狀態(tài)的有效方式，也是獲取道路和橋梁養(yǎng)護(hù)所需參考數(shù)據(jù)的有效途徑[1]。合理運(yùn)用無損檢測(cè)技術(shù)可以最大限度地減少檢測(cè)對(duì)道路和橋梁結(jié)構(gòu)的破壞。本文首先簡(jiǎn)要介紹了無損檢測(cè)技術(shù)的概念及特點(diǎn)，總結(jié)了無損檢測(cè)技術(shù)在道路橋梁檢測(cè)中的主要優(yōu)勢(shì)，在此基礎(chǔ)上探討了道路橋梁檢測(cè)中無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用方法，旨在提升無損檢測(cè)技術(shù)在道路橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用效果。

1 無損檢測(cè)技術(shù)的概念及其特點(diǎn)

（1）無損檢測(cè)技術(shù)是指運(yùn)用光纖、超聲波、雷達(dá)等先進(jìn)技術(shù)手段，通過評(píng)估激發(fā)源（如聲音，光和電）進(jìn)入建筑工程結(jié)構(gòu)時(shí)產(chǎn)生的變化，來判斷結(jié)構(gòu)的內(nèi)部是否存在缺陷以及缺陷情況。無損檢測(cè)技術(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)不會(huì)造成破壞[2]，但是無損檢測(cè)需要使用很多復(fù)雜的電子設(shè)備，相較于傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)，無損檢測(cè)不會(huì)影響被測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)完整性，適合用來檢測(cè)正在運(yùn)營(yíng)的道路和橋梁結(jié)構(gòu)。

（2）無損檢測(cè)可以完全覆蓋待檢測(cè)范圍，可以第一時(shí)間檢測(cè)到結(jié)構(gòu)內(nèi)部的潛在問題，可預(yù)測(cè)性良好。因此，通過無損檢測(cè)技術(shù)獲得檢測(cè)結(jié)果，可以直接作為道路和橋梁結(jié)構(gòu)維修的參考，從而有效提高道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，大大縮短道路和橋梁檢測(cè)和維修時(shí)間。

2 道路橋梁檢測(cè)過程中無損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 成熟的技術(shù)支持

（1）雖然和傳統(tǒng)檢測(cè)手段相比，無損檢測(cè)技術(shù)成本更高，操作難度更大，但是考慮到道路和橋梁工程安全性要求很高，結(jié)構(gòu)一旦破壞難以修復(fù)，同時(shí)傳統(tǒng)檢測(cè)需要人工判定檢測(cè)區(qū)域，很容易遺漏檢測(cè)區(qū)域。而無損檢測(cè)不但對(duì)道路和橋梁結(jié)構(gòu)幾乎沒有影響，還可以覆蓋所有檢測(cè)區(qū)域，及時(shí)找到潛在的結(jié)構(gòu)缺陷，是道路和橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)防性養(yǎng)護(hù)工作中理想的結(jié)構(gòu)檢測(cè)方式。

（2）對(duì)道路和橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行無損檢測(cè)主要是為了弄清結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、承載能力、剛度以及沉降等性能參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)要求。道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)工作非常復(fù)雜，檢測(cè)結(jié)果受到施工方法、道路和橋梁使用狀態(tài)、周圍環(huán)境等多種因素的影響，如何消除外部因素的影響，始終是無損檢測(cè)技術(shù)研究的主要問題之一[3]。

（3）為最大限度地提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，應(yīng)首先合理選用無損檢測(cè)技術(shù)。其次，確保無損檢測(cè)操作人員具有良好的專業(yè)能力，以確保道路和橋梁無損檢測(cè)在復(fù)雜環(huán)境下高效開展。

2.2 無損性

（1）無損檢測(cè)重點(diǎn)在無損，在整個(gè)檢測(cè)過程中對(duì)結(jié)構(gòu)無損壞是無損檢測(cè)技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)，其他傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)均無法達(dá)到無損，這就構(gòu)成了普及應(yīng)用無損檢測(cè)技術(shù)的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

（2）為了提高道路和橋梁結(jié)構(gòu)的預(yù)防性維修質(zhì)量，可以借助無損檢測(cè)技術(shù)盡早發(fā)現(xiàn)道路和橋梁結(jié)構(gòu)的病害。

（3）無損檢測(cè)技術(shù)雖然本身成本較高，但基本上無須其他的配套檢測(cè)措施，長(zhǎng)遠(yuǎn)看來具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。而且無損檢測(cè)技術(shù)可以顯著縮短結(jié)構(gòu)檢測(cè)持續(xù)時(shí)間，從而大大提高結(jié)構(gòu)檢測(cè)效率。

2.3 拓展空間

（1）隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)形勢(shì)也發(fā)生了重大變化，在此背景下，道路橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)領(lǐng)域也朝著高效、智能、無損的方向發(fā)展。

（2）傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)效率已不能很好地滿足道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)需求，無損檢測(cè)技術(shù)的誕生和應(yīng)用，完全改變了道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)現(xiàn)狀?，F(xiàn)階段，道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)模式是無損檢測(cè)與傳統(tǒng)檢測(cè)配合使用，它能發(fā)揮多種檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)，大大提高了道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)結(jié)果的可靠性[4]。

3 無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用及檢測(cè)方法

3.1 超聲波技術(shù)的應(yīng)用

（1）超聲波檢測(cè)是現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的無損檢測(cè)技術(shù)。該技術(shù)使用聲波觸發(fā)儀器，通過儀器形成波長(zhǎng)、頻率特定的超聲波。當(dāng)超聲波接觸到結(jié)構(gòu)時(shí)可以在其內(nèi)部傳輸，可以根據(jù)觀測(cè)到的聲波衰減、散射以及波形變化判斷被測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷，其基本工作原理如圖1所示。

（2）超聲波無損檢測(cè)系統(tǒng)的主要構(gòu)成是聲波觸發(fā)儀器。其由大量的聲波觸發(fā)裝置組成，通過集中控制、單元控制各個(gè)聲波觸發(fā)點(diǎn)，執(zhí)行聲波收發(fā)、信號(hào)處理、成像處理等操作。超聲波無損檢測(cè)系統(tǒng)基本構(gòu)成如圖2所示。聲波觸發(fā)器發(fā)出的超聲波遇到被測(cè)物體繼續(xù)在其內(nèi)部傳播，根據(jù)物理學(xué)理論可知，超聲波在質(zhì)量均勻分布的物體中傳播時(shí)表現(xiàn)出一定規(guī)律[5]。當(dāng)遇到物體內(nèi)部的缺陷點(diǎn)時(shí)，超聲波的波形和衰減規(guī)律將明顯變化，通過儀器捕捉超聲波的異常變化就可以確定物體結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷。超聲波檢測(cè)設(shè)備可以收集處理超聲波信號(hào)，然后借助FIFO緩沖器將超聲波傳播至控制器，進(jìn)行分析計(jì)算之后，控制器會(huì)在終端上直觀呈現(xiàn)最終結(jié)果。

圖1 超聲波檢測(cè)原理示意圖

圖2 超聲波無損檢測(cè)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

（3）超聲波掃描是超聲波無損檢測(cè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，掃描結(jié)果的精準(zhǔn)程度直接影響到檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，現(xiàn)階段，應(yīng)用最廣泛的超聲波掃描方式有三種，即：A類、B類及C類。

（4）在超聲波無損檢測(cè)過程中，探頭無法完全貼合被測(cè)物體，當(dāng)超聲波遇到空隙時(shí)會(huì)出現(xiàn)諸如反射、折射、擴(kuò)散等，會(huì)降低超聲波穿透被測(cè)物體的能力，影響超聲波檢測(cè)裝置的精度。為了有效減少超聲波的反射、折射、擴(kuò)散，可以用增粘劑填充空隙。超聲波探頭和被測(cè)物體之間最常見的聲耦合方法是液浸法，即將探頭和被測(cè)物體一同浸入液體中，利用液體填充探頭與被測(cè)物體之間的空隙，排除空氣。用于浸沒的液體可視為超聲檢測(cè)的耦合劑，水是常用的超聲檢測(cè)耦合劑，因此液浸法通常是指水浸法。超聲波水浸法的操作如圖3所示，根據(jù)圖3可知，這種方法與常見的接觸法有較大差異。超聲波發(fā)射后首先在液體和被測(cè)物體接觸表面發(fā)生反射，然后進(jìn)入物體內(nèi)部，如果遇到結(jié)構(gòu)缺陷將再次反射，最后在被測(cè)物體底部反射，最終呈現(xiàn)出如圖4所示的波形，其中T表示原始波，S表示液面與被測(cè)物體接觸表面反射回來的波，F(xiàn)表示缺陷波，B表示底波。

圖3 液浸法直射聲束縱波檢測(cè)示意圖

圖4 液浸法超聲波檢測(cè)波形示意圖

3.2 光纖傳感技術(shù)的應(yīng)用

（1）光纖傳感器檢測(cè)是一種新興無損檢測(cè)技術(shù)，出現(xiàn)時(shí)間不長(zhǎng)，處于初步應(yīng)用階段?，F(xiàn)階段，光纖傳感器無損檢測(cè)多用于大跨徑橋梁和超長(zhǎng)隧道等大型復(fù)雜道路和橋梁項(xiàng)目，主要用來彌補(bǔ)傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的不足。

（2）光纖傳感器檢測(cè)技術(shù)適用范圍很廣，可以基于多種檢測(cè)指標(biāo)，輸出準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，大大降低了無損檢測(cè)技術(shù)的操作難度，提高了無損檢測(cè)的效率。光纖傳感器無損檢測(cè)技術(shù)的信號(hào)處理過程如圖5所示。

圖5 光纖傳感信號(hào)處理系統(tǒng)示意圖

3.3 檢測(cè)方法

3.3.1 機(jī)敏混凝土檢測(cè)方法

（1）機(jī)敏檢測(cè)技術(shù)是專為水泥混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的無損檢測(cè)技術(shù)。考慮到道路和橋梁工程中會(huì)使用大量的水泥混凝土，為了提高道路和橋梁混凝土構(gòu)建質(zhì)量，可以使用機(jī)敏檢測(cè)技術(shù)對(duì)構(gòu)建進(jìn)行專項(xiàng)檢測(cè)。

（2）相較于傳統(tǒng)的水泥混凝土構(gòu)件檢測(cè)技術(shù)，機(jī)敏檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)精度更高，該技術(shù)可以全面精準(zhǔn)地檢測(cè)到各種復(fù)雜工況下水泥混凝土構(gòu)件的力學(xué)性能變化。

3.3.2 電化學(xué)檢測(cè)方法

（1）電化學(xué)檢測(cè)和機(jī)敏檢測(cè)技術(shù)一樣也是一種專項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)，電化學(xué)無損檢測(cè)專用于鋼筋結(jié)構(gòu)檢測(cè)，其主要作用是確定惡劣自然環(huán)境中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋腐蝕情況。

（2）電化學(xué)無損檢測(cè)技術(shù)需要用到化學(xué)知識(shí)，通過化學(xué)反應(yīng)得到化學(xué)產(chǎn)物，分析化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)物，間接判斷鋼筋的劣化情況。

（3）現(xiàn)階段，半電位法是應(yīng)用最廣泛的電化學(xué)無損檢測(cè)技術(shù)。

4 無損檢測(cè)技術(shù)的注意事項(xiàng)

無損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很多，但是在運(yùn)用無損檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)道路和橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)還存在一些固有的缺陷。因此，在特定的操作過程中需要考慮以下幾個(gè)問題，以有效確保無損檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（1）超聲波檢測(cè)技術(shù)適用于檢測(cè)道路和橋梁結(jié)構(gòu)中的細(xì)小缺陷。對(duì)于較大的結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷，超聲波無損檢測(cè)可能會(huì)出現(xiàn)檢測(cè)失真，因此路基結(jié)構(gòu)檢測(cè)不宜采用超聲波無損檢測(cè)。

（2）光纖傳感器無損檢測(cè)精度極高，其基本原理是基于某個(gè)檢測(cè)指標(biāo)對(duì)道路和橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的敏感性強(qiáng)弱來判斷結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷情況。該技術(shù)適用于大跨徑橋梁，但一般需要配合其他檢測(cè)技術(shù)使用，才能有效檢測(cè)大跨徑橋的預(yù)應(yīng)力鋼筋及斜拉索和吊索等結(jié)構(gòu)中的內(nèi)部缺陷。

（3）機(jī)敏檢測(cè)技術(shù)只能用于水泥混凝土材料構(gòu)件的內(nèi)部缺陷檢測(cè)。由于該技術(shù)適用范圍窄，在實(shí)踐中通常需要聯(lián)合其他檢測(cè)技術(shù)使用，才能獲得準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

（4）電化學(xué)無損檢測(cè)技術(shù)只能用于鋼筋構(gòu)件的內(nèi)部缺陷，用于明確惡劣工況下鋼筋混凝土構(gòu)件中鋼筋的腐蝕和退化情況，通常也要聯(lián)合其他測(cè)試技術(shù)使用才能獲得準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

5 結(jié)語

無損檢測(cè)技術(shù)在道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)中的應(yīng)用研究是一個(gè)相對(duì)較新的領(lǐng)域，為了解決無損檢測(cè)技術(shù)在實(shí)踐應(yīng)用中存在的問題，需要進(jìn)一步探索其應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域。本文基于無損檢測(cè)技術(shù)的概念和原理，介紹了常見的無損檢測(cè)方法，并分析了無損檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和應(yīng)用局限性。同時(shí)，結(jié)合無損檢測(cè)技術(shù)未來的發(fā)展趨勢(shì)，提出無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)該與傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用的觀點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)多種檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，從而進(jìn)一步提高道路和橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)的準(zhǔn)確性和檢測(cè)效率。