超声波检测哑铃型钢管混凝土密实度

田 寿

(河北远洲工程咨询有限公司，河北 石家庄 050035)

超声波检测哑铃型钢管混凝土密实度

田 寿

(河北远洲工程咨询有限公司，河北 石家庄 050035)

结合工程实例，对超声波检测钢管混凝土密实度的方法及原理进行了分析，为适应哑铃型截面拱肋的检测，对常规检测方法进行了改进，实践证明改进后的检测方法精确可行。

超声波，检测，钢管混凝土，哑铃型截面，密实度

1 工程概述

某特大桥主桥采用下承式钢管混凝土系杆拱跨越南水北调暗渠，计算跨径140 m，计算矢高30 m，拱轴线采用抛物线。上部结构为两榀钢管混凝土拱，拱肋采用外径1 300 mm，壁厚18 mm钢管混凝土哑铃型截面，上下弦管中心距2.2 m，拱肋截面高3.5 m，宽1.3 m。拱肋上下弦管连接缀板厚18 mm，缀板间距700 mm。钢管采用18 mm厚Q345d钢板在工厂分段卷制焊接成型，钢管拱肋内混凝土为C50微膨胀混凝土。

为了了解钢管内混凝土的泵注密实性以及混凝土与钢管内壁的胶结质量，采用超声波法对该桥主拱肋钢管混凝土的施工质量进行无损检测。

2 检测方法和原理

钢管混凝土拱桥的施工多采用压入法，由拱脚向拱顶泵送坍落度较大的微膨胀混凝土[1]。随着施工工艺的日趋成熟，混凝土内部的缺陷情况得到了有效的控制，常见的钢管混凝土缺陷主要有混凝土内部不密实、空洞、钢管与混凝土胶结不良等。

检测钢管混凝土缺陷的方法，最简单的为敲击法，通过敲击钢管所发出的声音来判断钢管混凝土内部质量，但是由于缺乏理论依据只能作为辅助手段，目前最主要的检测方法为超声波法[4]。

超声波在钢管混凝土中传播方式一般认为有4种方式，如图1所示[3]。当混凝土与钢管胶结良好，且混凝土质量较好时，超声波传播有2种途径(如图1a)所示)：1)超声波由发射探头发出，通过一侧钢管壁，沿直径穿过混凝土，再通过另一侧钢管壁，到达接收探头，直线传播，声时值t1；2)超声波由发射探头发出，沿钢管壁绕射至接收探头，弧线传播，声时值t2。则:

(1)

(2)

若钢管壁相对于管径较小，可略去钢管壁厚范围内，超声波在钢材中传播和在混凝土中传播的声时差tΔ：

(3)

则：

(4)

其中，t1为超声波直线传播声时值；t2为超声波沿钢管壁绕射传播声时值；tΔ为钢管壁厚范围内，超声波在钢材中传播和在混凝土中传播的声时差；B为钢管壁厚；D为钢管外直径；Vg为钢材声速；Vh为混凝土声速。

采用首波声时法进行判断混凝土质量的前提是t1≤t2。即：

(5)

得：

Vh≥0.637Vg。

(6)

若管内混凝土声速低于0.637倍的钢管中的声速时，首波通过钢管壁到达接收探头，则不能用首波声时法判断内部混凝土质量。钢管声速取5.7 km/s，则混凝土声速大于3.63 km/s，即满足测试条件。

如果混凝土脱离管壁如图1b)所示、混凝土中存在空洞如图1c)所示或其他复杂情况如图1d)所示时，测得的声时值将大于钢管拱密实时的声时值。

依据有关规范[2]，钢管混凝土检测应采用径向对测的方法，如图2a)所示，但大跨径钢管混凝土多采用哑铃型截面，如图2b)所示，其拱肋上下弦管之间设置连接缀板并灌注混凝土，上弦管的底部和下弦管的顶部无法布置检测探头，而钢管顶部又是管壁与混凝土胶结不良的多发部位。因此，针对哑铃型截面拱肋的特点，笔者对检测探头的布置进行了调整，每个测试面布置7条测线，如图2c)，图2d)所示。

(7)

(8)

(9)

对于该桥具体尺寸见图3，钢管外直径D=1 300 mm，连接缀板间距E=700 mm，钢管声速取5.7 km/s，代入式(9)，则混凝土声速大于4.25 km/s，即满足测试条件。钢管拱内混凝土强度等级一般为C50，其声速多在4.5 km/s以上，能满足测试条件。

3 检测结果与分析

测试时，选取两端拱脚和八分点作为测试断面，见图4，部分测试结果见表1。各测试断面水平测线声时值较低，且比较稳定，计算其平均声速，与施工预留混凝土试块实测声速进行比较，二者基本一致，可以判定水平方向混凝土是密实的。由测试结果可知，左拱肋3L/8，L/2，3L/4和右拱肋5L/8截面上弦管顶部局部结合不密实，左拱肋5L/8和右拱肋3L/4截面下弦管顶部局部结合不密实。对结合不密实部位，现场钻孔检测，结果与超声检测一致。

表1 实测超声声时值 μs

4 结语

采用超声波技术对钢管混凝土拱桥的缺陷进行检测，用超声声速参数评价钢管混凝土的密实度是有效可行的。 本文作者提出了一种有效的哑铃型截面钢管混凝土拱桥现场超声波检测的方法，该方法运用简捷且具有较高的准确性。

[1] CECS 28∶2012，钢管混凝土结构设计与施工规程[S].

[2] CECS 21∶2000，超声法检测混凝土缺陷技术规程[S].

[3] 刘永前,张彦兵,邹振祝.超声波检测钢管混凝土拱桥密实度的试验研究[J].北方交通大学学报,2004,28(4)：54-57.

[4] 肖云风,周先雁.钢管混凝土质量的无损检测[J].无损检测，2009,31(5)：356-359.

Using ultrasonic wave detection of dumbbell shaped steel pipe concrete compactness

TIAN Shou

(HebeiYuanzhouEngineeringConsultingLimitedCompany,Shijiazhuang050035,China)

Combining with engineering example, this paper analyzed the method and principle using ultrasonic wave detection of dumbbell shaped steel pipe concrete compactness, in order suitable for dumbbell shaped section arch rib detection improved the conventional detection methods, the practice proved that the improved accurate and feasible detection methods.

ultrasonic wave, detection, steel pipe concrete, dumbbell shaped section, compactness

1009-6825(2014)30-0179-03

2014-08-10

田 寿(1980- )，男，工程师

U448.34

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