无损检测技术在公路桥梁检测中的应用研究

无损检测技术在公路桥梁检测中的应用研究

唐林俊，周永兵

（云南云路工程检测有限公司，云南 昆明650200）

摘要：公路桥梁是交通运输系统中至关重要的组成部分，承担着车辆和行人的通行需求。由于长期的使用和自然环境的影响，公路桥梁可能存在着各种缺陷和病害，如裂缝、腐蚀、孔洞等。为了确保公路桥梁的安全运营，必须对其进行定期检测和维护。传统的桥梁检测方法通常包括目视检查、结构监测和破坏性检测，这些方法存在一定的局限性。基于此，本文简单讨论无损检测技术在公路桥梁检测中的应用价值，并探讨无损检测技术在公路桥梁检测中的应用要点，以供参考。

关键词：无损检测；公路桥梁；磁粉探测；超声波探测

前言

无损检测技术是一种无需破坏结构物表面的方式来获取结构物内部信息的技术，具有非接触、高效率和高精度等优势。在公路桥梁检测中，无损检测技术主要包括超声波检测、磁粉检测、雷达检测等多种技术，可以准确地识别桥梁结构中的裂缝、腐蚀蚀、孔洞等病害，为桥梁的维护和修复提供了重要的依据。

1.无损检测技术在公路桥梁检测中的应用价值

传统的桥梁检测方法可能因为需要直接的物理接触或取样而存在引入新的损伤的风险。无损检测技术，如X射线检测、超声波检测、磁粉检测等，能够在不接触或不破坏桥梁结构的情况下，检测到桥梁内部或难以观察到的区域的缺陷和问题。例如，超声波检测技术可以检测到桥梁支座内部的微小裂纹，而这种裂纹是肉眼无法识别的，无损检测技术为桥梁提供了更全面的健康评估，极大地降低了潜在的安全隐患，保障了过桥车辆和行人的安全。

使用无损检测技术对公路桥梁进行检测，能够为政府和桥梁管理单位节省大量的维护和修复成本。由于无损检测技术可以精确地发现桥梁的问题，这意味着可以在问题尚小且易于修复时进行维护，从而避免了问题的扩大和更加昂贵的重修费用。例如，通过电磁波检测技术可以早期发现桥梁钢筋腐蚀的情况，及时进行局部修复，防止腐蚀的进一步发展而导致更大面积的钢筋损伤和结构承载力下降，无损检测技术可以减少因大规模检测和施工导致的桥梁关闭时间，从而减少因维修工程造成的交通拥堵和经济损失。

2.无损检测技术在公路桥梁检测中的应用

2.1磁粉探测技术

磁粉探测的基本原理是利用铁磁性材料在被磁化后，表面及近表面的缺陷会在局部形成漏磁场，通过撒布磁粉后，磁粉会被漏磁场吸附，从而在缺陷处形成磁粉堆积，以肉眼可见的方式揭示出缺陷的位置与形态。

在桥梁检测中，要根据桥梁的结构特点和检测部位的材料特性，选择合适的磁化方法，常见的有直流磁化、交流磁化和永磁磁化等方式。直流磁化适用于寻找长期负载下形成的疲劳裂纹，这类裂纹通常较深，直流磁化的深度渗透能力强。而交流磁化更适合检测表面缺陷，其优势是磁化速度快，容易实现自动化检测。

在磁粉探测过程中，操作人员会先进行表面清理，确保桥梁结构的检测区域清洁，无油污、锈迹和涂层等，以便磁粉能够有效吸附在缺陷处。然后，将检测区域进行磁化处理，建立磁场。磁化的过程中，可以采用直接接触法或者线圈法等对桥梁构件进行磁化。在磁化的同时或之后，撒布磁粉。磁粉可以是湿式磁粉或者干式磁粉，湿式磁粉适用于灵敏度较高的检测，干式磁粉则适合于粗略的快速检测。

为了提高检测的准确性，通常还会使用紫外线灯照射，使得特殊的磁粉发出荧光，从而更清晰地显示出缺陷的位置。在整个检测过程中，操作人员需控制磁化电流的大小，以确保足够的磁场强度，通常这个电流的大小会根据检测对象的尺寸和材料特性来设定。例如，对于一个中等尺寸的钢构件，电流可能在数百到数千安培之间。

磁粉探测完成后，检测人员需对磁粉形成的图案进行解读，以确定缺陷的性质和严重程度。裂纹、夹杂等缺陷会在特定的方向上形成明显的磁粉堆积，通过对比标准图案可以进行判读。最后，检测结果会被详细记录，并根据桥梁维护要求，对发现的缺陷进行评估和处理。

2.2超声波探测技术

超声波检测技术，是一种在公路桥梁检测领域广泛应用的无损检测方法，这种技术利用超声波在材料中传播时遇到内部界面（如缺陷）会产生反射的原理，通过接收反射回来的超声波脉冲（回声），来评估桥梁构件内部的状态。

选择合适频率的超声波探头，这个频率通常取决于被检测材料的种类和预期缺陷的大小与深度。在桥梁检测中，频率范围可能从几十kHz到几百kHz不等。较低的频率能够提供更深的穿透能力，但分辨率较低；而较高频率虽然分辨率高，但穿透能力弱。

对探头进行校准，使用已知尺寸的标准试块来确保探头的正确读数。然后，在桥梁构件的表面涂抹耦合剂以确保超声波能够有效地从探头传入被检测的材料中。这个过程非常关键，空气层会导致超声波的反射，而不是进入材料内部。

探头安装完成后，超声波探测仪会发射一系列超声波脉冲进入桥梁材料。当脉冲遇到缺陷或材料界面时，部分超声波会被反射回来，被同一探头或另一个设置在接收位置的探头接收，这些回声信号会被转换成电信号，显示在超声波检测设备的屏幕上。通常，这些信息会显示为一系列在时间轴上的回声波形，专业的检测人员可以通过分析这些波形来识别和定位缺陷

[1]。

在实际检测中，超声波的传播速度是已知的，它取决于材料的类型和密度。例如，在钢中超声波的速度大约为5900米/秒。通过测量超声波发射和回声接收之间的时间间隔，可以计算出声波在材料中传播的距离，从而确定缺陷的位置。例如，如果回声波形显示在发送脉冲后的5微秒（μs）出现了回声，那么可以计算缺陷距离探头的深度大约为14.75 mm。除了距离，通过波形的幅度和形状，也可以对缺陷的大小和性质进行初步评估。

2.3探地雷达探测技术

探地雷达（Ground Penetrating Radar, GPR）技术主要利用电磁波在不同介质中的传播特性来探测和评估桥梁及其基础结构的状况，这种技术可以有效地探测到桥梁混凝土内部的裂缝、空洞、钢筋腐蚀以及其他结构缺陷[2]。

当进行公路桥梁检测时，专业人员会使用一个GPR设备，该设备包括一个发射天线和一个接收天线，它们通常被安置在同一个移动平台上。在实际操作过程中，发射天线向桥梁内部发送高频率的电磁脉冲，这些频率通常在几百MHz到几GHz的范围内。当这些电磁波遇到不同介质的界面时，比如从混凝土到空气或者混凝土到金属，就会产生反射波，这些反射波随后被同步移动的接收天线所捕获。

通过记录电磁波发射和反射的时间，以及其强度，GPR系统可以对这些反射信号进行分析和解释，从而绘制出桥梁内部的剖面图。电磁波的传播速度取决于被穿透介质的电磁特性，主要是介电常数。对于一般的混凝土结构，电磁波的速度大约为10厘米/纳秒[3]。

GPR的数据采集是以一定的时间间隔连续进行的，比如每隔几毫米或几厘米就进行一次扫描，这样可以生成一系列的剖面图像。将这些剖面图像进行合成，就可以生成一张反映桥梁内部结构的三维图像。有了这张三维图像，检测人员可以更为直观和详细地了解桥梁内部的状况。

3. 结束语

无损检测技术在公路桥梁检测中的应用具有重要意义和广阔前景。随着技术的不断发展和完善，无损检测技术将更加成熟和普及，为公路桥梁的安全运行提供更加有效、便捷和精准的检测手段。未来，期待无损检测技术不断创新和突破，应用范围更加广泛，检测精度和效率进一步提升，为公路桥梁的管理和维护工作带来新的突破和进步。

参考文献：

[1]张永红. 无损检测技术在公路桥梁检测中的应用[J]. 交通世界, 2024, (Z1): 229-231.

[2]韩丽琴, 冯文主. 公路桥梁检测中无损检测技术分析[J]. 运输经理世界, 2022, (20): 104-106.

[3]刘亦凡. 无损检测技术在公路桥梁检测中的应用研究[J]. 黑龙江交通科技, 2020, 43 (05): 242-243.