浅谈声波CT无损检测技术在桥梁检测中的应用

吴洪波

(河北承德承朝高速公路管理处)

1 前言

随着桥梁建设的飞速发展，桥梁病害也在不断发现，但为了确保道桥的安全运营，桥梁的质量缺陷检测显得十分重要，特别是自动化技术与计算机普及应用，测试与检测技术得到长足的进步，最有代表性的就是桥梁的健康无损检测技术。

目前，最为先进的无损检测大致分以下几项：(1)光纤传感技术在桥梁检测中的应用;(2)声波检测，其中包含超声波检测和声波CT;(3)地质雷达检测，此属于电磁波。将就声波CT检测技术的应用进行详述。

2 声波CT检测应用

2.1 工程概况

大桥主桥全长454 m，为122 m+210 m+122 m预应力混凝土连续刚构，梁体采用单箱单室三向预应力变高度箱梁。箱顶宽22.5 m，底板宽11.0 m，两侧翼缘板悬臂长5.75 m，混凝土标号为C50。中跨先合拢张拉，两个边跨相继合拢，2#墩边跨合拢段预应力束于接着张拉，最后1#墩边跨合拢张拉。1#墩张拉过程中发现中跨、两边跨均发生底板混凝土崩裂现象。经加固修复，目前又发生底板闭半开裂。针对此，业主决定对该桥进行声波CT无损检测，想了解箱梁合拢段是否存在结构缺陷，梁板的强度是否达到了设计强度。

2.2 声波CT的工作原理

经研究表明：混凝土声波速度与力学强度存在定量关系，波速与混凝土的弹性模量有密切关系，它是反映了混凝土强度的定量指标。纵波速度Vp和横波速度Vs与弹性模量、泊松比和密度有如下关系

式中：E为弹性模量，μ为剪切模量，σ为泊松比，这三个参数是表征介质力学性质的最重要参量。对于不同材料，泊松比σ不尽相同，一般变化在0～0.5之间，混凝土是脆性材料，泊松比较小，σ≈0.17，α≈1.2，混凝土纵波速度与弹性模量得关系为

式中混凝土的密度ρ≈2.6 g/cm3。以上表明，纵波速度是混凝土力学强度的定量描述指标。工程中常用标准试块的抗压强度，波速与抗压强度之间存在正相关关系。实验测试数据表明的回归关系是幂指数关系，具体如下

式中：Rb为混凝土的抗压强度，MPa，Vp为纵波速度，km/s，a，b为回归参数。不同地区的混凝土因骨料成分不同，抗压强度的回归参数也略有差异，典型取值范围为

根据水利电力系统等的大量实验测试，西南地区混凝土抗压强度与波速的回归关系为

表1 混凝土强度及力学指标与实验资料

由表1可知，当箱梁混凝土标号为C50～C55时，抗压强度为32.4 ～35.5 MPa，纵波速度值应该在 4.3 ～4.4 km/s，C40的抗压强度27 MPa左右，波速4.1 km/s左右，这些数值可以作为混凝土强度评价的参考值。区域性波速低于3.5 km/s时，可认为存在质量缺陷。

2.3 声波CT应用

(1)声波CT检测结果。

桥梁顶板声波CT检测结果。

桥梁顶板声波CT检测面积近1 225 m2，顶板平均波速4.72 km/s，整体强度C50以上。梁板中间主体结构部分波速和强度都较高，波速4.8 km/s以上，分布均匀，连续性好，强度较高，达到了C60左右。顶板两翼紧急停车带部位波速略微偏低，特别是梁板右翼有一条宽2～3 m的低波速带，波速范围在2～4 km/s。因两翼低速带不在主要受力部位，对桥梁影响不大。

桥梁底板声波CT检测结果。

底板声波CT检测面积近500 m2，平均波速4.08 km/s，强度相当于C40～C45之间。底板的波速与强度分布很不均与，中间的波速较高，多大于4.1 km/s，四周的波速较低，波速低于3.0 km/s的区域占检测区面积的占1/2左右。底板左右两翼是与腹板相连接的部位，速度和强度偏低，对梁体结构强度影响较大。在底板左翼边缘与左腹板相结合的部位，有2～3 m宽的平均波速小于2.0 km/s的低速区，右侧边缘有1～1.5 m宽的波速低于3.0 km/s的低速区，桥梁底板上的3条主要裂缝就发生在这两个低速区内。底板是箱梁各板中强度最低的部分。

左腹板声波CT检测结果。

左腹板声波CT检测面积约300 m2，腹板的平均波速4.40 km/s，强度较高，在 C50以上，波速分布基本均匀，说明施工质量一致性控制较好。在腹板的下半部有局部的低速和高速异常区，低速异常区分布在大里程一侧，高速异常分布在小里程一侧。低波速的幅值在3～4 km/s左右，异常幅度不大，范围不广，影响不大。

右腹板声波CT检测结果。

右腹板的检测面积与左腹板相同，300 m2左右。右腹板的平均波速4.61 km/s，比左腹板略高，梁板强度较高，平均可达到C60水平。速度分布基本均与，施工质量控制较好。腹板上半部波速低于下半部，上部有一上下1 m宽的，横向局部低速异常区，波速在4.0 km/s左右。下半部2 m高的范围内，波速普遍偏高，高于4.6 km/s。总的评价是波速差异不大，低速异常范围不大，均于性较好。该腹板强度较高，质量均匀，对提高粱体结构承载力有重要作用。

(2)箱梁声波CT检测的主要结论。

综上所述，箱梁4个面的声波CT检测结果可归纳为以下几点。

(1)箱梁顶板、左右腹板的混凝土波速值较高，分别为4.72 km/s、4.40 km/s 和 4.61 km/s，混凝土强度都达到了C50的设计值，质量均匀，连续性好，不存在连通性低速结构缺陷。

(2)箱梁底板的平均波速较低，约为4.08 km/s，相当于C40～C45，平均强度低于设计值。波速分布不均表明混凝土施工质量控制不严。底板、两翼与腹板的结合部位存在较大范围的条带型低速带，最低波速低于3.0 km/s，实为质量缺陷，对梁体结构承载力有一定影响。箱梁合拢段底板底面两侧的裂缝发育在这些低速区内，而且裂缝还在发展，应引起足够重视。

3 结束语

随着我国桥梁数量剧增，桥梁病害现象也随之增加，健康诊断的客观需求与日俱增，现有的检测手段有限，能力和种类上都不能满足桥梁检测的需要，检测技术需要发展与创新。目前，较为成熟的无损检测技术声发射技术、机敏混凝土检测、电化学测试法以及振动测试法等。

无损检测技术要与外观检测结果、动静载试验相结合，综合分析，才能对桥梁的健康状况作出客观评价。

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［1］张俊平.桥梁检测［M］.北京：人民交通出版社，2002.

［2］张国良.浅谈无损检测技术在道桥工程中的应用［J］.value engineering.

［3］李名进.桥梁无损检测应用述评［M］.广东：人民珠江出版社，2007.