内部缺陷无损检测技术在高铁特大桥梁工程中的应用研究

杨金秋

（成都轨道建设管理有限公司，四川成都 610110）

建设结束交付使用的桥梁，在后期的使用过程中可能发生损坏，留下安全隐患，违背最初的设计目标。特别是桥梁内部出现问题，人为的检查观测不易发觉，不能够通过暴力手段进行判断，需要利用无损检测技术进行相关测试，确保桥梁构造的安全性。

1 无损检测技术的概述

新建高铁桥梁通常会出现梁端底部和支座周围存在缝隙、表面裂纹、蜂窝麻面、不密实等情况，这些问题已经在部分桥梁竣工验收过程中被发现多次。桥梁中存在缺陷，使梁体内部钢筋长期暴露在空气中，受阳光暴晒、风吹雨淋，导致钢筋受腐严重，易出现氧化反应，氧化情况长期积累直接造成混凝土挤压，致使其剥落，最终影响桥梁构件。

无损检测是目前较先进的质量检测技术，能够在保证桥梁整体结构不被破坏的前提下，对桥梁内部质量进行检测。预应力结构在钢筋混凝土桥梁中的应用，有利于桥梁结构的稳定性，需要的钢材较少，节约成本。从钢筋混凝土桥梁自身角度出发，存在自身重、工艺烦琐、施工周期长的问题，加上后期使用后易受风吹雨淋造成腐蚀、孔缝等问题，结构内部的损害直接危害桥梁整体的构造，易出现安全隐患，甚至影响使用，问题亟待解决。桥梁投入使用后，应避免大型的破坏行为，突显无损检测技术的优势。在实际工作中，国家对于钢筋混凝土桥梁的缺损检测有明确的规范和标准，对于桥梁内部损坏检测情况，没有明确的规范约束、统一的标准参照。为了能够使无损检测技术更好地应用在桥梁内部缺损检测中，行业相关部门需要对评定标准、规范等不断进行完善。

2 检测工作

（1）测试前的准备工作。

工作人员在使用无损检测仪检测混凝土试件前明确测试面时，以测点为中心处理工程，使用细砂纸对测试面进行打磨处理，使测试面保持光滑，根据设计尺寸在测试面上进行测点布置，用墨迹进行标记。进行准备工作过程中应保持测试发射和接受换能器时始终在一条直线上[1]。

（2）数据分析与处理。

①判断声时、声速和振幅。

工作人员在处理数据时，应将过缝和不过缝的声时、波幅、频率测量值放在一起，对其进行排列统计。施工过程中会存在部分地方疏松、有孔隙或填进杂物的问题，这些部分的混凝土在失去连续性脉冲波通过时，波幅和频率明显降低，声时存在不同程度的增大。测试数据较少或较离散时，统计法无法对其进行判断，可通过声速、波幅值进行判断，对异常情况进行确定。

②波形判断。

波形是显示屏上显示的接收波的波形，正常情况下混凝土的波形为呈现递减的正弦波，包络线为半圆形。若显示屏中显示的波形呈叠加或不规律等畸变波的现象，说明监察的范围内存在内部问题，可能有裂缝或疏松的情况发生。反射波和绕射波等各类波相继到达接收换能器表现的频率和相位不相同，影响波形的变化，需要技术科研人员加强对波形的研究，能够使工作人员对混凝土内部存在的缺陷和整体质量进行有效判断。以存在的问题为缺口，据此展开研究，制定对应的解决方法予以实施，使混凝土在桥梁中的应用得到安全保障。

3 声波CT桥梁检测

3.1 声波CT原理

声波CT工作原理类似医院的CT。医学CT是依靠X射线，声波CT依靠声波，X射线穿过人体后，射线会产生强弱的变化，声波穿过工程介质也会呈现强弱的变化，根据变化可对比分析媒介所存在的问题。声波的速度在通过介质时会受到介质密度、剪切模量、弹性模量等多种因素影响。介质密度越大、强度越高，其模量越大，声波的波速更高，衰减量较小；若介质破碎疏松，则声波的波速降低，衰减量会增大。

混凝土的强度和缺陷可通过声波波速此项指标进行评价，根据弹性理论，弹性模量E与纵波速度VP平方成正比，剪切模量μ与横波速度VS平方成正比：

式中：ρ——介质密度（kg/m3）；VP——纵波速度（m/s）；E——弹性模量（MPa）；μ——剪切模量（Pa）；VS——横波速度（m/s）。

对于纵、横波速与混凝土抗压强度之间的关系，应安排专业部门开展多次试验。经过大量的研究和试验表明，抗压强度与波速呈幂指数存在一定关系。每个地区所出产的骨料和砂不同，幂指数中待定常数数值有所不同，但差异不大。根据铁路、公路、水利系统等的大量实验测试得出，西南地区混凝土抗压强度与波速的回归关系为：

式中：Rb——混凝土抗压强度（MPa）；VP——纵波速度（km/s）。

评价混凝土抗压强度、缺陷及整体浇筑质量可通过波速指标确定。声波CT具有分辨率高、可靠性好、图像直观等特点，适合对工程介质力学强度的分布进行研究，常被用于工程检测中混凝土空洞、强度、不密实区等结构缺陷探查，目前已在工程结构检测和工程病害诊断中广泛应用[2]。

3.2 声波CT桥梁现场检测

某新建高铁线路在工程验收时，检测到大桥区域内某孔端部支座周围留有一定的问题需要采取补救措施。补治完毕后20 d进行声波CT检测，检测该范围内是否还存在问题，以此判断补治的效果。对该孔梁端部分两层进行检测，第一层和第二层目标深度均为30 cm，检波器沿梁体末端横向布置，间距50 cm，激发点间距50 cm，形成闭合观测面[3]。

3.3 声波CT桥梁检测结果

速度分布、波速分布如图1、图2所示。

图1 速度分布云图

图2 波速分布直方图

由图1、图2可知，两层波速均为4 500 m/s，平均波速为4 737.12 m/s。强度在C50以上的面积占82%，C40～C50强度面积占18%，波速较低区域共9～10处，最大面积为0.41 m2。三个区域内速度明显放慢，尤其右边的范围集中处于速度较低处，上部速度较低区域为梁的端部，左边区域观测到不密实范围，经桥梁声波CT检测，确认检测结果与实际情况相符。

4 地质雷达桥梁检测

4.1 地质雷达法基本原理

地质雷达检测的工作原理是雷达发射天线向地下连续发射脉冲式高频电磁波，遇到有电性差异的界面或目标体时即发生反射波和透射波。接收天线接收到反射波后，通过电缆传输给主机，将时间剖面实时显示在主机显示屏上。工作人员可结合系统中收到信号的时间之和，求出电磁波在介质中的传播速度，得出目标深度，利用信息的变化、强弱等可以判断出目标体的本质。

4.2 地质雷达现场检测及结果

在某高铁线工程某桥梁区域施工场地，对其进行完工验收，对桥梁某孔端支架周围处进行敲击检测时，声音有空响现象时，需要利用雷达等检测技术进行复查，确定此区域存在问题。

现场采用LTD—2200型地质雷达，配置900 m屏蔽天线进行检测。通过分析检测数据得出梁底左侧0～0.8 m、右侧4.18～4.98 m内存在漏空现象。此范围必须采取注浆作业，作业20 d后重新进行检测，判断修补效果。若检测注浆范围内清晰可辨无异常，符合施工要求，说明注浆修补成功。

注浆修补后雷达检测剖面如图3所示。

图3 注浆修补后雷达检测剖面

5 结语

综上所述，桥梁检测工作中使用声波CT和地质雷达法的频率较高。本文对内部缺陷无损检测技术在高铁特大桥梁工程中的应用进行分析，为相关工程的施工及施工人员的日常工作、经验积累提供借鉴和参考。