声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用

声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用

孙俊昌

中南检测技术有限公司  湖北武汉  430040

摘要：我国在役桥梁数量逐渐增多，给桥梁运营养护工作带来很大的挑战，急需提高桥梁检测技术水平。声波检测技术作为一种无损检测方法，在桥梁检测中具有多项优点，被应用于检测混凝土结构表层损伤及内部缺陷、混凝土强度、桩基成孔质量、桩身完整性等方面，提高了检测效率，避免混凝土桥梁结构在检测过程中受损，有效确保了结构安全及检测数据的准确性。基于此，对声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用进行研究，以供检测人员参考。

关键词：声波无损检测；混凝土桥梁；内部缺陷；表层损伤

引言

随着交通基础设施建设的发展，我国已逐渐发展为桥梁大国，桥梁建造技术水平逐步提升，建造的桥梁结构形式多样且数量大，给桥梁运营养护工作带来很大的挑战。要做好桥梁养护工作，首先要做好检测工作，及时发现影响桥梁结构安全性和耐久性的病害，然后及时有针对性地进行维修或加固改造。桥梁检测技术正处于逐步提升的阶段，大量技术难题亟待解决。其中，声波检测是一种新型的无损检测技术，在混凝土桥梁检测中得到了广泛的应用。

1声波检测原理

目前，声波检测技术被用于检测混凝土结构表层损伤及内部缺陷、混凝土强度、桩基成孔质量、桩身完整性等方面。声波检测技术的原理是，在混凝土结构中，超声波传播遇到缺陷会产生绕射现象，可根据声程和声时的变化来判断和计算缺陷的大小。超声波在缺陷界面上会发生反射，抵达接收探头时能量会显著衰减，可由此来判断是否存在缺陷及缺陷的大小。超声波脉冲各频率成分在遇到缺陷时会有不同程度的衰减，从而造成接收频率明显降低，接收波频谱与反射波频谱产生差异，可由此判断混凝土结构内部缺陷。超声波在缺陷处波形会转换和叠加，出现波形畸变，可由此判别缺陷。[1]

2声波检测仪器的发展状况

声波检测仪器的发展大致经历了六个阶段。第一阶段始于1970年代末和1980年代初。在此期间，由于科学和技术水平较低，相关工作经常使用较旧的工具；在21世纪初以后的第二阶段，随着技术的进步和更新，声学探测器的性能有所提高，测量的准确性和稳定性也有了很大提高。第三阶段是近年来出现的一种新型无损检测设备，它有效地避免了传统检测设备的问题，同时具备简便易用等优点。第四阶段是一个数字超声波探测仪，目前广泛应用于各种领域，使人们能够充分获得有关目标物体内部缺陷的信息，并能够使用软件处理、分析和产生结果，为以后的质量控制提供可靠的基础。第五阶段是目前最受欢迎的超声波检测技术，由于其独特的优势，特别是在桥梁物理检测领域得到广泛应用。第六阶段是目前正在国内推广的三维成像探测器，它不仅能够准确地确定桥梁结构中的不同位置，而且能够确保信号传输过程的连续性，从而实现实时监测目标。

3混凝土桥梁检测过程中声波检测技术的优势

在检测混凝土结构内部缺陷时，传统检测技术是利用小锤敲击混凝土结构表面，通过人工听取声音是否异常来判定是否存在缺陷及估算缺陷的大小。要精确检测缺陷大小，需将表面混凝土凿开。在检测混凝土结构表面裂缝深度时，传统检测技术是将裂缝两侧混凝土凿开或在此处钻孔，并要求开凿或钻孔深度要大于裂缝深度，然后测量裂缝深度。而声波检测技术只需在混凝土结构表面涂抹少量耦合剂即可进行检测，不会损伤结构。

在检测桩基完整性时，传统检测技术是钻探取芯法，操作难度大，会对混凝土桩基造成损伤。而声波透射法是在桩基中预埋声测管来检测桩身完整性，判定桩身缺陷及位置。检测之后在声测管中注浆，不会对桩基造成损伤。

由此可见，传统的检测技术在检测混凝土桥梁时，存在操作难度大、耗费时间长、检测不全面、误差较大、对结构易造成损伤等缺点。声波检测技术作为一种无损检测方法，具有操作简便、节省检测时间、检测覆盖面广、检测精度高、对结构不会造成损伤等优点。

4声波检测技术的应用

4.1声波检测技术在混凝土桥梁不密实区和空洞检测中的应用

利用超声波检测技术检测混凝土缺陷有多种方法，其中包括对测法、斜测法和单面平测法。

图1 对测法示意图

八塘中桥位于G322衡阳-友谊关K765+630处，桥梁全长为71.4m，桥面总宽为12.2m（0.5m护栏+11.2m行车道+0.5m护栏），跨径组合为4×16.0m。该桥上部结构为分离式简支预应力混凝土箱梁，横向布置为7片箱梁。对八塘中桥上部结构主梁可疑区域进行混凝土结构内部缺陷与表层损伤超声检测，当被检测部位有空洞等缺陷时，仪器检测数据会显示异常。按空洞位于测距中心考虑，空洞尺寸可按下式计算：

式中：r——空洞半径（mm）；

l——T、R换能器之间的距离（mm）；

——缺陷处的最大声时值；

——无缺陷区的平均声时值。

经检测得到八塘中桥4-4#梁腹板内部有2处空洞，最大直径为95.2mm。

4.2声波检测技术在混凝土桥梁裂缝深度检测中的应用

裂缝综合测试仪除能利用显微摄像头检测混凝土结构裂缝宽度，还能发射超声波来检测裂缝深度。四湖西干渠特大桥位于江北高速K13+327处，上部结构主桥为预应力混凝土连续箱梁，引桥为预应力混凝土小箱梁，跨径组合为4×25+3×30+3×25+2×30+36×25+50+85+50+3×30+15×25m，下部结构主桥为薄壁桥墩，引桥为双柱式桥墩。桥墩存在较多竖向裂缝及斜向裂缝，其中R48#墩盖梁小桩号侧面竖向裂缝，长度2.2m，宽度0.72mm，利用超声波法测得裂缝深度为85mm。

图2 裂缝深度测量示意图

结束语

我国在役桥梁数量逐渐增多，给桥梁运营养护工作带来很大的挑战，急需提高桥梁检测技术水平。声波检测技术作为一种无损检测方法，在桥梁检测中具有多项优点，被应用于检测混凝土结构表层损伤及内部缺陷、混凝土强度、桩基成孔质量、桩身完整性等方面，提高了检测效率，避免混凝土桥梁结构在检测过程中受损，有效确保了结构安全及检测数据的准确性。

参考文献

[1]袁兰兰.公路桥梁钢筋混凝土试验检测技术及其应用[J].交通世界，2021(21):72-73.

[2]曾宇环.声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用[J].运输经理世界,2022(13):97-99.

[3]王修本.声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用[J].安徽建筑,2022,29(03):163+192.

[4]杨树春.声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用[J].工程技术研究,2021,6(07):113-114.

[5]陆林.声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用[J].四川水泥,2021(03):28-29.

[6]彭汉彬,黄坤.声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用[J].交通世界,2020(32):101-103.

[7]祝俊平.声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用分析探究[J].科技资讯,2022(20):84-87.