公路桥梁裂缝检测技术分析

任江、刘进

（贵州宏信创达工程检测咨询有限公司，贵州贵阳 550014）

0 引言

随着我国现代社会高速发展，桥梁建设数量逐步增多，对交通通行水平的提升有着非常重要的作用。桥梁是现代社会发展重要的基础设施，能让交通运输变得更加便利，所以人们非常重视桥梁工程的建设。在进入全新的发展阶段，公路桥梁建设水平日益提升，但是在投入使用之后，因为多方面因素的影响，造成裂缝问题出现，给整个桥梁的正常使用带来很大影响。本文重点分析公路桥梁裂缝检测技术，提升检测水平，为公路桥梁运行效果的提升奠定基础。

1 桥梁常见裂缝

1.1 混凝土强度存在问题而引发裂缝

公路桥梁的混凝土浇筑施工完成之后，需要经过一定时间沉淀才会达到强度要求，而强度性能会受周边自然环境的影响，所以很多混凝土结构会出现收缩裂缝和温度裂缝的问题。混凝土强度不足是导致桥梁裂缝的主要原因之一。在施工过程中，如果混凝土的配合比例不合理或施工技术不当，混凝土的强度可能无法达到设计要求。当桥梁受到荷载作用时，强度不足的混凝土会出现变形和应力集中，导致裂缝的产生。此外，混凝土强度也可能受到材料质量、固化过程中的温度和湿度等因素影响。混凝土裂缝对桥梁结构产生的影响是多方面的。首先，裂缝会破坏混凝土的连续性和整体性，导致桥梁结构的强度和刚度下降，从而影响桥梁的承载能力。其次，裂缝还会导致水分和有害物质的渗透，加速混凝土的老化和腐蚀，进一步降低桥梁的耐久性和使用寿命。

1.2 后续施工和使用阶段出现裂缝

桥梁工程在投入使用后的较长时期内，会受到不同方向弯矩的作用，如果预应力较大则会产生很大弯矩，这时就会导致桥梁出现弯曲裂缝。此外，桥梁受到较大载荷时，也会出现弯曲裂缝。剪切裂缝是桥梁受到剪应力而形成的，多数是在支撑结构点位的附近出现。扭曲裂缝是在扭转和弯曲的影响之下出现的，这种裂缝发生率比较高。还有一种裂缝是局部应力裂缝，是因为桥梁的某个部位出现局部应力过大，长期较大荷载作用而出现强度降低、表层脱落，从而形成裂缝[1]。

2 桥梁裂缝的检测方法

公路桥梁出现裂缝会对桥梁的结构和性能造成很大影响，所以需要加强裂缝检测，分析裂缝问题，才能采取有效的应对措施，预防病害发生。

2.1 超声检测

超声波检测技术是一种常用的桥梁裂缝检测方法，它利用超声波在材料中传播和反射的原理来获取材料的内部信息。通过对超声波的传播速度、幅度和反射信号的分析，可以确定材料的缺陷位置、形态和尺寸，包括裂缝、空洞、腐蚀等问题。通常，一个超声波发射器会向待测材料发送高频声波脉冲，当这些声波遇到材料中的缺陷或界面时，部分声波会被反射回来，并被一个接收器接收。通过测量超声波的传播时间和幅度，可以计算出缺陷的深度和尺寸，所以当前应用非常广泛[2]。

2.2 声发射检测

在桥梁裂缝检测过程中，声发射检测技术是一种常用的桥梁裂缝检测方法，它通过监听材料内部的声波信号来检测和评估材料中的裂缝、断裂和变形等缺陷。该技术基于声波的能量释放和传播过程，能够实时监测桥梁结构的健康状态，并及时发现潜在问题。声发射检测技术的基本原理是在材料内部存在缺陷时，材料会释放出由微小裂纹扩展或物质移动引起的应力波，这些应力波以超声速度传播，并在材料表面或周围的传感器上产生可测量的声波信号。通过分析和识别这些声波信号的特征，可以确定裂缝的位置、尺寸和活动性，以及评估材料的健康状态。

2.3 应变片式电阻传感器检测

应变片式电阻传感器是使用应变片作为传感器元件，在检测过程中，通过物体对桥梁一侧进行敲击，使桥梁结构产生微小的形变，导体也会随之发生受力变形，导体的电阻值会产生变化，利用转换元件的方式检测信号，从而可以获得公路桥梁裂缝信号，判断桥梁是否存在质量问题。该检测方式具备较高的精度，应用范围比较广，测量结果也具备较高的可靠性，并且操作简单，不需要使用复杂的设备，低温条件下也可以进行测量[3]。

2.4 红外检测

红外检测是以红外理论为基础，通过红外辐射特性的方法进行分析，该方法属于无损检测的类型，对于检测效果和质量的提升具有积极作用。在公路桥梁裂缝检测过程中，通过红外检测的方式能够及时发现缺陷的位置。经过实际应用效果分析，红外检测与其他检测技术相比更安全，且检测过程中不会与桥梁直接接触，具备较高的灵敏度，检测效率也非常高，能够测量出0.1℃的温度差。但是该设备的生产成本比较高，所以目前并未广泛地应用到公路桥梁裂缝检测中。

3 超声波检测桥梁裂缝的步骤

使用超声波进行公路桥梁裂缝深度的检测时，既能检测出脉冲波在混凝土中的传播时间，还能检测出接收波的振幅以及接收波的频率信息，能够直接通过各种参数的变化情况准确地判断出混凝土结构内部是否存在裂缝，并且能够掌握裂缝的位置、尺寸以及裂缝性质等信息。对于桥梁某个部位进行检测时，如果只有一个表面可供测量，可以采用单面测量，可以使用平测法，该方法需要布置测量点位，应避开在钢筋的位置，测量点的设置要结合不同的测量距离进行设定，测量方法包含跨缝测量和不跨缝测量[4]。

3.1 跨缝测量和不跨缝测量

在不跨缝测量时，发射器与接收器应安装在同一侧，距离设置要符合测量的要求。以某桥梁为案例进行分析，发射与接收按照120mm、170mm、220mm、270mm 的距离数据布置，做好各个距离位置的测量结果记录。在测量结束后，使用回归分析方法掌握数据信息，绘制传播时间和距离的回归直线方程。在进行跨缝测量时，发射器与接收器应分别设置在裂缝两侧，采取对称布置方式。

3.2 深度的确定

裂缝深度按照公式（1）进行计算。

式（1）中：li为在不跨缝测量中i点的超声波测量距离（mm）；hci为i点的裂缝深度（mm）；t o i为跨缝平测时声音的传递时间（μs）。

在跨缝测量环节，如果某个测量没有出现首波反向的情况，就要对距离和相邻测量值展开分析，并且利用公式（1）计算确定裂缝深度，得出平均深度参数。该方法测量过程中，需要掌握不同测距之下裂缝深度、平均裂缝深度参数，之后需要与平均裂缝深度进行对比分析，倘若存在小于平均裂缝深度或者大于平均裂缝深度的3 倍情况，就需要把该数据清除，而后把余下的裂缝深度值重新平均计算，而后选取最终结果。

4 桥梁裂缝的超声波现场检测

4.1 现场检测桥梁裂缝

将某公路桥梁的墩台结构裂缝检测作为案例进行分析，经过对现场调查分析发现，该桥梁的墩台结构已经涂抹防火涂料，厚度在1.2cm 左右，桥梁墩台的表面存在凹凸不平的情况，因此探头的耦合操作有一定难度，并且防火材料会导致超声波的穿透力下降。为了使检测更加符合要求，现场工作人员将部分防火材料清理掉，去除裂缝上下各20cm 的厚度。在换能器的表面涂抹一层耦合剂，这样可以使换能器和混凝土表面有良好的耦合状态。对该部位进行裂缝分布检测，并且在延伸线上间隔40cm 位置设置一个测量点位，使用粉笔进行标记，通过直尺对每个测量点位的边沟盖距离测量，掌握边沟盖的高度，确定测点的具体位置[5]。

4.2 现场检测桥梁裂缝的结果分析

经过对测量结果的分析，可以发现该桥梁在两个测点的位置上都出现信号减弱的情况，并且对数据分析之后发现，该部位的裂缝深度比较大，通过超声波平测法只能检测60cm 以下深度的裂缝。因此，这两个位置上存在的裂缝是否会进一步扩展，需要使用其他方式进行辅助检测确定。检测结果显示，整个检测部位的裂缝已经完全贯通，并且某些特殊位置无法检测，所以不能作出准确判断，综合分析该桥梁的运行状态，并不能达到良好的运行条件。

5 桥梁裂缝检测中混凝土超声波检测技术的有效应用

5.1 执行技术标准制作声测管

超声波检测方法应用过程中，声测管是重要的材料，所以在制作过程中要加强质量控制，确保厚度、接头焊接质量等完全符合要求，严格执行设计方案，使声测管的内部有足够的空间，达到柔性要求。根据桥梁的具体情况和设计要求，确定声测管的尺寸。明确声测管的长度、直径和壁厚等参数。制作过程中做好切割材料、弯曲、焊接和连接等工艺控制，确保制作过程符合标准要求，以保证声测管的质量和性能。此外，根据桥梁的结构和监测要求，确定声测管的安装位置和布置方式。安装时应注意保持声测管与桥梁结构的紧密接触，确保裂缝活动能够准确传递到声测管中，一般来说，沿着桩体长度间隔3m 连接一次。同时，安装过程中应遵循相应的施工规范和安全操作要求。

5.2 校正换能器精度

声波检测的装置中包含换能器、数据采集装置等组成部分，每个部分对检测的效果和质量都会产生直接影响。在设备投入使用之前，要对设备的性能和参数进行检测，确保符合现场测量的要求。检测过程中，工作人员要通过调速器试验检测声音和波形的精度，然后按照设计要求调整换能器的精度。如果现场无法满足使用要求，应该更换换能器，以达到检测标准。

5.3 科学选择采样频率

在公路桥梁的桩体结构质量进行检测的过程中，要确定合适的采样频率，对波谱特性展开综合性分析，提高波谱信号的精度水平，以免受到频域和时域的影响。

6 预应力混凝土桥梁裂缝加固方法

对于公路桥梁的裂缝来说，影响程度受到类型、宽度、深度等各方面因素的影响，但是每种裂缝都会损害桥梁的性能，所以在检测到裂缝后，应该进行裂缝加固。

6.1 预应力钢束加固

在公路桥梁加固过程中，主要加固方式是在梁体截面的位置上使用钢束增强和提高公路桥梁结构的整体承载性能。预应力钢束加固技术是目前比较常见的一种加固技术，应用的时间已经超过100 年，可以有效解决桥梁承载性能不足的问题。这一技术不仅可以提升桥梁的承载能力，还能预防结构变形，延长桥梁的使用寿命。但该方法也有一定缺陷，在现场加固过程中，该方法的工艺流程比较复杂，并且加固成本相对较高，对于原桥梁结构也会产生很大影响。因此，在预应力钢束加固施工应用环节，要分析现场是否满足加固要求，综合考虑各个方面因素之后再选择确定。

6.2 粘贴钢板加固

该加固技术主要是将抗拉强度相对较高的材料直接粘贴在桥梁结构表面，与桥梁结构形成整体，以提升结构的强度和抗弯性能。相比预应力钢束加固技术，该加固技术的施工工期相对较短，成本也比较低，不会给原有的桥梁结构造成过大影响，还能避免裂缝的扩大，提升结构承载性能，是目前比较理想的一种加固施工方式。

6.3 碳纤维材料加固

碳纤维是一种强度非常高的复合材料，最初应用在航天领域，后来经过全面的研发和改进，使用范围不断扩大，如今对于工程领域有着非常重要的意义。在公路桥梁加固过程中应用的碳纤维材料包含碳纤维布和碳纤维板两种，应当根据公路桥梁的加固施工需要，选择合适的黏结剂，将碳纤维材料和桥梁形成整体的结构，以提升结构整体承载性能，使桥梁具备较高的承受能力和抗裂性。

6.4 裂缝处置

公路桥梁的裂缝处置是一种综合性的技术，需要将多种加固技术融合起来，从裂缝的实际情况出发，分析形成裂缝的原因，并且掌握裂缝的宽度、深度等尺寸，选择合适的修补技术，才能有效地预防裂缝扩展。与前几种加固技术不同的是，裂缝处置对桥梁的外观有着较高的要求，所以应该做好现场的处理工作，分析桥梁的具体情况，选择合适的处置方式，才能提高公路桥梁的性能水平。

7 结语

综上所述，公路桥梁在施工以及运营环节容易发生裂缝，这会对桥梁结构的性能和质量产生很大影响。因此，需要对公路桥梁裂缝进行全面的检测，凭借各项无损检测的优势，及时掌握桥梁裂缝的相关信息，并且根据裂缝的实际情况，选择合适的加固处理措施，才能有序地恢复公路桥梁的承载性能，提高道路交通的安全性，实现桥梁事业的全面发展。