桥梁引道诊断中的无损检测技术

张献伟

（广东盈通检测认证有限公司，广东中山 528455）

1 引言

随着社会经济的发展，桥梁建设规模持续扩大，社会各界高度重视桥梁建设质量的提高，但受荷载、自然环境等多因素的作用，桥梁局部结构可能出现裂缝、受损等问题，对桥梁的稳定性和安全性产生不良影响。 为保证桥梁质量，需采用检测技术探明实际状况，进而采取质量管控措施。 其中，无损检测技术颇具代表性，可在不损伤结构完整性的前提下进行检测，对此类技术进行探讨具有必要性。

2 无损检测技术在道路桥梁检测中的应用价值

无损检测技术属于道路桥梁检测中的重要技术形式，具有不损伤桥梁结构的特点。 例如，传统的检测方法主要依靠敲击、钻芯取样等方法判断被测结构的质量，结果直观、准确，但结构的完整性会受到影响。 相较而言，无损检测技术在完成质量检测的同时可充分保证桥梁结构的完整性[1]，综合应用效果良好。 在桥梁检测中应用无损检测技术，可准确判断桥梁结构的质量状况，发现问题后，锁定发生部位，判断质量问题的类型及原因， 采取针对性的修复措施， 使桥梁结构恢复正常状态，为桥梁的安全使用提供保障。

3 工程实例

某道路桥梁工程， 设置气密沥青伸缩缝和单模块防漏伸缩缝，设计长度为5 m、厚度为30 cm 的过渡板。 桥梁运营初期，部分伸缩缝产生横向裂缝，经现场调查可知，裂缝集中在桥头过渡板的支座处和距膨胀装置的钢型材30 cm 位置。 为探明桥梁裂缝的发生部位及具体病害特征， 针对桥梁结构做无损检测。

4 无损检测技术的应用

4.1 探地雷达检测技术的应用

探地雷达检测技术以电脉冲对桥梁结构进行检测， 优势在于检测精度高，检测信息的参考价值丰富，有助于对桥梁结构的断裂情况进行量化分析， 基于入侵检测系统探地雷达装置进行桥梁无损检测，该装置由电池供电，核心组成包含1 台便携式计算机、1 个千赫控制单元、2 个天线及2 个发射-接收器（频率分别为400 MHz、900 MHz）。 天线频率的选择对桥梁结构无损检测结果有明显的影响，随着频率的增加，电磁波穿透深度加大。 在本次分析中，仅考虑400 MHz 频率。 经过检测装置的配置后，在过渡桥板区域，最大荷载车道和临近接缝的紧急车道开展无损检测工作[2]。

以慢车道和紧急车道的桥梁结构纵向探地雷达检测为例，结果如图1 所示。 经过探地雷达检测后，确定连续层的厚度和电磁波信息的反射时间， 在此基础上利用数据处理算法进行计算，评价在整个剖面内的电参数变化特征。介电常数值如表1 所示（其中带 “*” 的部分指的是给定层的平均值相差在20%以上的介电常数）， 此指标的大小主要取决于距桥接头的距离，对于同一类材料，可能由于密度、湿度的变化存在差异。 经过探地雷达检测后可知，过渡板上方的桥接头周边的介电常数有明显的变化， 即距离桥接头4 m 的位置，揭示此部分可能存在压实度不均匀或湿度增加的情况。

表1 分析层的相对介电常数的有效值距桥梁接缝的距离

图1 各部位的纵向探地雷达图

桥梁接缝周边存在异常，具体表现为多次纵向反射、反射信号功率增加和反射信号相位改变， 揭示此部位可能存在空气空洞、湿度增加、结构扰动的情况。 可以发现，由于紧急车道的低交通负荷作用，整个路面的介电常数存在差异。 根据探地雷达检测结果得知，路面各结构层的介电常数不同，其中桥梁接缝周边的介电常数出现变化。 距桥梁接缝4 m 内的介电常数变化，相应被测结构的湿度或孔隙率有加大的变化，随着湿度的增加，水的介电常数高于平均值，孔隙率增加时，表现出空气介电常数低于平均值的关系。 总体来看，推测膨胀带中可能存在不均匀压实带。

4.2 激光扫描检测技术

路面测量采用激光扫描仪进行，此仪器的精度在50 m 内为2 mm，具有较高的精度，且能够快速收集扫描对象的信息。为保证扫描数据处理结果的有效性， 采用用于扫描位置对准的算法，再根据扫描到的结果进行提取和降噪处理。 在获取数据后，进行平面拟合，用最小二乘法估计平面。 经过扫描后，生成路面的横截面，如图2 所示。 路面测量主要集中在接缝周边最大荷载车道（慢车道）和紧急车道，经过扫描后可以发现，右侧负载较重的车道相对于参考面降低约1 cm， 按照此规律可进一步得知， 左车道的边缘约在参考部位上方1 cm 的位置。相较于参考位置，桥梁接缝周边左侧车道、右侧车道分别降低约2~3 mm、0.5~1.5 cm，并在临近桥接缝（A-A）的部位穿过车道，距接缝10 m（B-B）穿过道路（部分），沿右车道的右边缘（C-C）。 纵截面，考虑研究边缘的两个点，即分别在位于10 m外的部位和桥梁接缝部位；横截面，考虑伸缩缝的点。 对于临近接缝的车道，参考平面至真实状态的测量距离约为1.5 cm，路面相对于参考平面的高程，其高程值为5 mm（以快速车道的左车道为例）。 对于距接缝10 m 的横截面，左侧车道边缘呈现出面积略微增加的变化，不同的是，右侧车道未出现此类变化，即仍然维持原状。 纵向横截面，接缝部位降低至1.5 cm。 将参考值作为参照基准时，距桥梁接缝约10 m 部位的表面高度有所波动，并表现出在参考值附近波动的变化特征。

图2 扫描路面的横截面

根据扫描结果可知， 最大荷载的慢车道的桥梁接缝周边路面存在变形现象，且程度明显，经过与理论参考水平的对比分析可知，路面变形的最大值达到1.7 cm。 进一步根据变形值分析异常部位， 可以发现物体入口的表面表现出不均匀沉降现象[3]。

5 侵入参考检测

以破坏性试验的方式进行侵入性测试， 目的在于检验非破坏性方法（无损检测）观察到的不均匀压实区域的实际状况，将破坏性试验结果作为无损检测结果的参考，经对比分析后获得真实、可靠的检验结果。 在侵入性测试中，岩芯用于确定沥青层的空隙含量以及判断裂纹的分布特征， 例如裂纹在结构中的覆盖范围， 并根据岩芯的相关信息判断各结构层的厚度。 侵入性测试结果如图3 所示。

图3 侵入性测试结果

取样部位选取的是裂缝周边的接缝区域， 取芯样进行分析后可知： 相比于距离桥梁接缝约15 m 部位的空隙含量，结合层和基层2 个提升层的空隙含量约为该值的2~3 倍， 可见桥梁周边的结构层的压实状态逊色于常规路段的压实状态，样品自身的压实程度也证实了局部压实状况较差的事实。 因此，岩芯的测试结果有力论证了无损检测产生的结论，从侧面说明无损检测技术的检测结果具有可靠性。

6 结语

在本文中，以某道路桥梁工程为例，用探地雷达和激光扫描两项无损检测技术进行桥梁接缝部位横向裂缝的引道路面的检测， 并用侵入性检测的方法对路面无损检测结果进行验证，经过分析后，得出如下结论。

1）经过探地雷达检测后，生成雷达图，结合图中信息对纵向反射情况进行分析， 据此对被测范围内的单个结构层的相对磁导率值进行判断。 分析发现， 该参数沿扫描长度有所变化，表明特定层内各部分的压实度不尽相同，存在不均匀压实的情况。

2）对于负载最重的慢车道，经过无损检测后发现渗透率值更大， 且此车道上的桥梁接缝周边存在较为明显的路面变形现象，经过无损检测实测结果与理论参考水平（约1.7 cm）的对比分析发现，路面变形现象较为严重。

3）破坏性试验结果可用于检验无损检测技术获得的检测结果，判断无损检测结果的可靠性。 根据破坏性试验的岩芯检测结果可知，相比于桥梁接缝15 m 处样品的空隙含量，桥梁接缝部位样品的空隙含量更大， 破坏性试验结果与无损检测结果具有一致性。

4）实践表明，探地雷达和激光扫描两项无损检测技术在道路桥梁检测中具有可行性，检测结果可靠，且未对被测结构的完整性产生影响，诸如此类无损检测技术的应用效果良好，有推广的价值。