公路橋梁無損檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢

2017.11.01

橋梁檢測是集合多項(xiàng)專業(yè)技術(shù)的檢測領(lǐng)域，它包含橋梁設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、材料試驗(yàn)等各方面的知識，建議對該相關(guān)領(lǐng)域的檢測技術(shù)工作進(jìn)行更全面更系統(tǒng)更深入的研究，對關(guān)鍵技術(shù)不斷積累總結(jié)，讓其發(fā)揮最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。　

基樁質(zhì)量檢測

基樁基礎(chǔ)已經(jīng)成為我國工程建設(shè)的重要基礎(chǔ)形式，為了保證樁基礎(chǔ)的質(zhì)量安全可靠，隱蔽性工程的檢測技術(shù)水平也就至關(guān)重要。但是，樁基的檢測又是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，無論在理論中還是實(shí)踐中均存在很多問題尚在進(jìn)一步研究過程中，傳統(tǒng)的靜荷載又需花費(fèi)大量的時(shí)間和費(fèi)用。在此，僅就基樁動(dòng)測技術(shù)中聲波透射法、低應(yīng)變法、高應(yīng)變法三種主要方法進(jìn)行分析比較。

1檢測原理

聲波透射法(CSL)：以能量脈沖的方式沿樁身橫向傳播的波動(dòng)來檢測樁身完整性。低應(yīng)變法(LST)：利用低能量的激振力產(chǎn)生縱向振動(dòng)或沿樁身縱向傳播的波動(dòng)檢測樁身完整性，包括反射波法和振動(dòng)法。高應(yīng)變法(HST)：利用高能量的沖擊力產(chǎn)生沿樁身縱向傳播的波動(dòng)檢測基樁承載力和樁身完整性?？煞譃閯P司法和實(shí)測曲線擬合法。

2技術(shù)分析

首先，聲波透射法適用于大直徑灌注樁，目前許多國家對基樁質(zhì)量檢測采用了這種方法。它的設(shè)備使用性能、參數(shù)也得到了不斷提高和改善，數(shù)據(jù)分析軟件功能研發(fā)也得到了極快地發(fā)展。

但制約它被國內(nèi)廣泛應(yīng)用的因素是在檢測前需預(yù)埋聲測管，且因準(zhǔn)備工作繁鎖檢測數(shù)量不宜過多，無法檢測基樁承載力。低應(yīng)變法雖然目前尚只提供樁身完整性檢測指標(biāo)，但它操作簡單，易學(xué)易用，可經(jīng)濟(jì)、快速、大范圍、無損的普檢，在公路工程中得以充分地利用。但它的缺點(diǎn)則是檢測定性分析，難以達(dá)到定量化，且存在一定程度的誤判和不確定性，承載力檢測尚處于不斷完善和研究階段。高應(yīng)變法則是以節(jié)省人力、物力、財(cái)力為目標(biāo)的快速檢測樁基質(zhì)量方法，雖然它可檢測完整性和承載力，但它的檢測準(zhǔn)確度、可靠性，尤其是理論體系研究以及必須與靜態(tài)荷載檢測結(jié)果比較校驗(yàn)后方可使用等一系列問題使其在檢測推廣中存在一定的局限性。

3分析及展望

三種基樁檢測方法在公路工程中均較為常用，但在技術(shù)應(yīng)用中也都存在各自的問題，其中，高應(yīng)變法因其影響采集信號的干擾因素較多，對檢測的準(zhǔn)確性影響較大,很難大范圍地推廣應(yīng)用，低應(yīng)變法則具有完整性難以定量化、淺部缺陷不易判定、第二缺陷不易判定、漸變?nèi)毕莶灰着卸ǖ群芏鄦栴}需要解決。聲波透射法雖只能檢測樁身質(zhì)量，但相對來說是可信度高，操作繁簡程度適中，應(yīng)是更具有發(fā)展前途的檢測手段。因此，樁身完整性檢測提倡更多地采用聲波透射法，而承載力的檢測方法除靜態(tài)荷載法以外，動(dòng)測法可能需在理論和方法進(jìn)行較長時(shí)期的研究或結(jié)合其它測試?yán)碚摲椒?lián)合進(jìn)行才可能有所技術(shù)突破。

混凝土強(qiáng)度檢測

在工程實(shí)踐中，我們在很多情況下需要利用無損檢測方法推定構(gòu)件混凝土強(qiáng)度值，如對施工質(zhì)量有懷疑、對施工過程、構(gòu)件強(qiáng)度增長的必要的監(jiān)控或?qū)扔袠蛄旱馁Y料無法收集完整時(shí)。因此，混凝土強(qiáng)度的無損檢測技術(shù)也成為橋梁檢測技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)。

1當(dāng)前主要的無損檢測方法

目前，混凝土強(qiáng)度測定的無損檢測方法主要有回彈法、超聲法(應(yīng)用較少)、超聲回彈綜合法、射線吸收與散射法等，其它方法如探針法、拉拔、拉脫法、鉆芯法等均屬于半破損、破損法，在此僅對應(yīng)用較多的回彈法和超聲回彈綜合法進(jìn)行分析比較。

2檢測原理

回彈法的檢測原理是采用彈擊桿彈擊混凝土表面，以重錘反彈回來的距離作為回彈值，即回彈值是重錘沖擊過程中能量的一種反映。超聲回彈綜合法的原理就是在回彈法檢測基礎(chǔ)上，對混凝土內(nèi)部質(zhì)量用超聲波波速給予測定，它的強(qiáng)度指標(biāo)由超聲波速、回彈值兩項(xiàng)參數(shù)控制，從而使構(gòu)件內(nèi)部、外部質(zhì)量得以全面反映。

3分析及展望

這兩種混凝土強(qiáng)度無損檢測方法均屬于工程中最常用、最主要的檢測方法，回彈法在一定程度上更以其簡單實(shí)用而被廣泛采用。比較分析兩種方法的檢測結(jié)果，在一定程度上較為接近，即在規(guī)程規(guī)定的齡期內(nèi)不會(huì)對構(gòu)件評定產(chǎn)生較大分歧。但是，在應(yīng)用中也發(fā)現(xiàn)，在舊橋工程檢測中，無論是回彈法還是超聲回彈綜合法，因齡期原因，對長齡期混凝土構(gòu)件均難以得到準(zhǔn)確的強(qiáng)度檢測結(jié)果，尤其是針對不易取芯修正的預(yù)應(yīng)力梁強(qiáng)度推定。結(jié)合實(shí)踐應(yīng)用和混凝土強(qiáng)度檢測技術(shù)的發(fā)展，我們有理由相信，在短期內(nèi)無損檢測以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、快速、涵蓋長齡期檢測目標(biāo)體為主要任務(wù)，同時(shí)相關(guān)規(guī)程、規(guī)范有必要及時(shí)根據(jù)工程使用材料的特性給予附加、更新。而長期研究目標(biāo)必然是在儀器研究中提高硬件的性能和質(zhì)量，排除相關(guān)干擾因素、對引起強(qiáng)度變化的多項(xiàng)理論參數(shù)進(jìn)一步研究。

橋梁靜荷載試驗(yàn)檢測

橋梁的荷載試驗(yàn)分為靜載和動(dòng)載兩種方式，考慮到最能夠直接有效評定橋梁的工作狀態(tài)和應(yīng)用范圍，我們僅探討靜力荷載試驗(yàn)，因?yàn)樗谠O(shè)計(jì)和施工質(zhì)量的檢驗(yàn)，判斷承載力、驗(yàn)證設(shè)計(jì)理論和設(shè)計(jì)方法等方面更為準(zhǔn)確和可靠。

1技術(shù)原理

靜荷載試驗(yàn)基本原理就是在不同的橋梁荷載組合方式下，驗(yàn)證控制截面的應(yīng)變、位移或裂縫，進(jìn)而分析橋梁的承載能力和病害程度，一般情況下以反映橋梁結(jié)構(gòu)的最不利受力狀態(tài)為目標(biāo)，用結(jié)構(gòu)校驗(yàn)系數(shù)和相對殘余變形等參數(shù)對結(jié)構(gòu)的可靠性、剛度、安全度或強(qiáng)度儲備等給予判定。而在試驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取中，也不斷的發(fā)展了各種形式的傳感器技術(shù)，如應(yīng)變的測量從箔式應(yīng)變片、應(yīng)變計(jì)、晶振式應(yīng)變計(jì)、光纖式應(yīng)變計(jì)到無線應(yīng)變計(jì)等新技術(shù)，但是結(jié)構(gòu)的性能評定參數(shù)仍然以上述指標(biāo)為主。

2分析及展望

可以看出，靜載試驗(yàn)是橋梁安全評定的重要技術(shù)手段，它是一項(xiàng)復(fù)雜并細(xì)致的工作，技術(shù)含量高，涉及面也相對較廣，需要考慮的各種影響因素多。目前在國內(nèi)許多科研機(jī)構(gòu)和檢測機(jī)構(gòu)也具備了這種檢測能力，但也可以看出其不足之處，主要為：橋梁病害本身對荷載試驗(yàn)影響考慮不足，不同的結(jié)構(gòu)組合在有限元法的計(jì)算中可能有一定的偏差，特殊的橋梁設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)或關(guān)鍵部件可能對靜載試驗(yàn)帶來影響及試驗(yàn)可能需較長時(shí)間的封閉交通等等。

未來的檢測方法必將改進(jìn)當(dāng)前的費(fèi)時(shí)費(fèi)力的復(fù)雜手段，且隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)和有限元分析水平的提高，取而代之的一定是快速評定技術(shù)方法。據(jù)資料顯示美國橋梁診斷公司的 BDI 橋梁結(jié)構(gòu)測試系統(tǒng)已完成可用于公路橋梁和鐵路橋梁荷載測試的快速現(xiàn)場測試系統(tǒng)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展也為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸、橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)控提供了可供想象的平臺。將來的技術(shù)突破將最有可能在更準(zhǔn)確模型算法、更好的硬件性能、更快的檢測時(shí)間上進(jìn)行研究。