无损检测技术在公路桥梁检测中的应用研究

赵海新

摘 要：首先，简要介绍了我国公路桥梁建设的现状。然后，从力学性能检测和结构缺陷检测两个方面论述了无损检测技术在公路桥梁中的应用，包括超声波检测技术、回弹检测技术、射线检测技术等。结论证明超声波检测技术可靠性最高，其他无损检测方法有待进一步发展。为了保证公路桥梁检测的准确性和公路桥梁的正常运营，应采用多种无损检测技术。

关键词：公路桥梁;检测技术;无损检测

近年来，无损检测技术已广泛应用于公路桥梁检测中，主要用于检测公路桥梁结构的内部缺陷，如磁通法、射线法、应力释放法、超声波检测法等。这些方法有效地促进了我国公路桥梁检测的进步和养护管理的发展。

1 机械性能无损检测技术

公路桥梁的强度是反映公路桥梁性能的最重要参数，对公路桥梁的养护和管理具有重要的参考价值。传统的公路桥梁检测技术是钻孔取芯，这会直接损坏公路桥梁，而回弹法、超声波回弹综合法等无损检测方法逐渐被广泛应用。 回弹法可以追溯到20世纪40年代，直到20世纪80年代，这种技术方法才被应用到公路桥梁的强度中并逐渐得到改进。回弹法设备简单，检测效率高，检测成本低，不会破坏原有混凝土结构。过去主要采用弹簧+重锤的方式击打路面和桥面，混凝土的強度是通过判断重锤的反弹距离来确定的。近年来，该技术方法通过声波实现了回弹检测，但混凝土结构本身的骨料、硬度和碳化深度会影响检测结果，因此回弹法的准确性较低，且该方法经常用于辅助检测。超声波回弹综合法是在传统“回弹法”的基础上，根据超声波仪器发出的超声波，通过判断回弹值和声波值来判断路面和桥面的表面性质。超声回弹综合法检测效率高，检测精度高，在行业中应用广泛。

2 结构缺陷无损检测技术

2.1 混凝土公路桥梁外观缺陷的无损检测

受钢筋混凝土结构特点、荷载、施工缺陷和自然环境的影响，混凝土公路桥梁不可避免地会出现开裂、水蚀、保护层脱落等问题，尤其是结构裂缝，如果不加以控制，将对公路桥梁的安全和使用寿命产生非常严重的影响。现行《公路桥梁技术条件评定标准》对混凝土公路桥梁不同部位裂缝宽度有严格的规定和限制，可作为公路桥梁检测的基本参考^[2]。传统的混凝土公路桥梁外观缺陷检测方法大多采用检测 测量支架、钢尺、接头测试仪等工具，工作人员靠近混凝土结构表面，通过人工观测分析观察混凝土公路桥梁的裂缝特征。这种方法效率低下，需要手工总结测试记录。近年来，无损检测技术逐渐应用于混凝土公路桥梁的视觉缺陷检测。例如，利用无人机+热成像系统，可以直观地检测混凝土公路桥梁的视觉缺陷，高分辨率热红外成像可以方便快捷地得到检测结果^[3]。另一个例子是路桥图像分析技术，它可以通过应用多幅路桥图像来实现远距离精确检测。随着高新技术的发展，图像识别技术以其使用方便、精度高等优点，在公路桥梁外观检测中得到了广泛的应用，并逐渐发展成为混凝土公路桥梁外观缺陷无损检测技术的主要发展方向。通过对图像数据的分析，可以提取公路桥梁的主要裂缝特征，并确定裂缝和其他缺陷的严重程度^[4]。

2.2 钢结构桥梁外观缺陷无损检测

钢结构桥梁的主要外观缺陷有腐蚀、连接结构失效、焊缝疲劳开裂等。连接件的腐蚀、失效等外观缺陷较为明显，检查人员通过检查和目测可以发现。然而，焊缝的疲劳裂纹相对隐蔽，很难通过简单的检查来检测。作为连接钢结构构件的主要媒介，如果不处理好裂缝，势必会对钢结构桥梁的安全产生严重影响。我国许多桥梁采用正交异性钢桥面板，焊缝疲劳开裂较为普遍，严重影响了此类钢桥的安全性。

此外，由于钢桥本身的施工误差和结构特点，很难消除焊缝处的应力集中，及时检测焊缝的疲劳开裂已成为保证钢桥正常运行的主要方法。目前，钢桥焊缝开裂的无损检测技术有很多，如射线照相技术、热成像技术和超声波检测技术。其中，超声波检测技术是应用最广泛的技术方法。超声波检测技术通过向钢结构焊缝发射超声波来获取图像信息，从而揭示焊缝中是否存在影响安全的裂纹;热成像方法主要是利用红外差分来揭示钢结构桥梁的状态，并能在测量钢结构自身热弹性应力的基础上实现对钢结构性能的有效评估;X射线技术主要利用γ射线和X射线透过钢结构材料，通过光敏作用揭示裂纹。超声波检测法是目前最简单、成本最低的检测方法，因此已被纳入国家标准。值得注意的是，超声波检测方法在检测缺陷的形状、材料内部的特定位置以及微小缺陷的检测方面效果不佳^[5]。

3 混凝土公路桥的内部缺陷

在施工过程中，混凝土结构本身需要浇筑和振动。浇筑的时间和高度、振捣的时间和密度都会影响混凝土结构本身的质量。如果施工方法不合理，会导致混凝土结构内部出现空洞或外部出现蜂窝。此类缺陷不仅会影响混凝土的性能，还会导致钢筋锈蚀，对公路桥梁的承载能力和耐久性有很大影响。对于混凝土公路桥梁内部缺陷的无损检测，目前比较完善的技术方法有超声波检测法、冲击回波法、雷达法等^[6]。 其中，详细介绍了超声波检测方法和上述原理，对内部缺陷的检查和分析更为详细。需要分析超声波的首波振幅和主频，判断混凝土结构中是否有孔洞，判断孔洞的具体位置、类型和大小。超声波撞击混凝土结构时，当遇到孔洞、裂缝等缺陷时，会产生散射和反射，从而改变接收器接收到的超声波能量，判断声波的频率和波形。 冲击回波法主要是利用冲击产生的弹性波，如弹性波的波形和波速来分析判断混凝土结构，可以揭示混凝土的厚度和表面密实度。s冲击波和P冲击波直接进入混凝土结构内部。在混凝土内部缺陷的影响下，反射波会有一定程度的变化，传感器可以通过分析反射波的位移来判断混凝土结构的内部缺陷^[7]。 雷达法主要通过电磁脉冲对混凝土结构进行检测，根据电磁脉冲对目标混凝土结构的反射时间确定缺陷状况、缺陷深度和缺陷位置。利用计算机，反射的电磁脉冲可以转换成雷达图像，直接反映混凝土结构的缺陷情况^[8]。

超声波检测法、冲击回波法和雷达法在检测混凝土内部缺陷方面各有优势，其中超声波技术成熟，检测设备携带方便。混凝土公路桥梁裂缝检测和内孔检测精度高，但大体积混凝土结构检测效果差;目前，冲击回波法有比较完善的技术规定。在我国实施的《冲击回波法检测混凝土缺陷技术规范》中，对该技术方法进行了详细的描述，并规定了具体的技术标准。目前，雷达法应用范围较窄，主要用于检测路基缺陷和混凝土结构的配筋率。然而，雷达法的可靠性较差，其探测结构会受到不同加固结构的影响。

4 结语

综上所述，公路桥梁检测技术是在多学科技术方法和理论发展的背景下逐步创新的，各种无损检测技术在实际应用中取得了长足的进步。由于混凝土公路桥和钢结构公路桥的材料具有一定的复杂性，骨料和钢筋会对电磁脉冲等检测介质产生影响，主流无损检测技术仍然是超声波检测技术，而图像检测技术由于不能揭示结构内部缺陷，应用受到限制。今后应倡导以超声波检测技术为基础，辅以其他检测技术的综合检测系统，以保证公路桥梁无损检测的准确性和可靠性。

参考文献：

[1]黄原，廖辉煌.公路桥梁桩基检测中无损检测技术的应用思路[J]. 交通世界，2019（8）：110-111.

[2]王威，易术春，苏三庆，等. 金属磁记忆无损检测的研究现状和关键问题[J]. 中国公路学报，2019，32（9）： 1-21.

[3]王娜丽. 无损检测技术在公路桥梁测量中的应用[J]. 自动化与仪器仪表，2017（10）：166-167.

[4]杨琴. 无损检测技术在阿-喀高速公路桥梁检测中的应用[J]. 北方交通，2017（8）：24-26.