无损检测技术在道路桥梁检测中的应用

文／郝小龙 青岛城建集团有限公司 山东青岛 266000

引言：

无损检测又可称作非破坏性检测，可以在不将检测对象形态加以改变的前提下，实现对其内部性质的有效检测，迅速、准确的发现问题所处位置，这对发现与处理道桥工程中的各种病害具有重要意义，更是保障工程施工安全，延迟工程使用寿命的一项关键措施。

1.无损检测技术在道路桥梁检测工作中的应用优势

1.1 检测技术更加完善

传统的道桥检测技术通常只针对某一特定问题进行检测，无法全面评估结构的整体状况。无损检测技术则提供了更全面、更细致的检测手段，可以同时评估结构的各个方面，如裂缝、腐蚀、疲劳等，从而更准确地识别潜在的问题和缺陷。通过使用多种无损检测方法的组合，工程师可以获取更全面的结构信息，为修复和维护提供更有针对性的方案。

1.2 拓展空间较大

不论是城市交通枢纽还是跨海大桥，无损检测技术都能适应其特殊的检测需求。例如，超声波检测可用于评估混凝土结构的质量，红外热像仪可用于检测温度变化引起的热应力等。由于无损检测技术的丰富性和灵活性，它能够根据不同工程的特点实现定制化应用，进一步提高检测的准确性和可靠性。

1.3 对道路桥梁工程的破坏性小

传统的检测方法通常需要对结构进行拆解或取样，这会对道桥工程造成二次破坏，并增加了修复的难度和成本。而无损检测技术通过使用无损手段，如超声波、磁力等，可以在不破坏结构完整性的情况下获取结构信息。这种非破坏性的检测方法不仅能够避免进一步损害已建成的道路桥梁，还能减少维修和修复所需的时间和费用。同时，非破坏性的检测方法也符合工程建设的可持续发展要求，对环境影响更小，能够实现资源的节约和循环利用。

2.无损检测技术在道桥检测中的应用对象

2.1 内在缺陷

道路桥梁的内在缺陷是指材料质量存在不连续现象、性能参数发生了明显改变，如此会对结构的承载能力、使用安全性带来一定的影响。即使道路桥梁的路面强度符合设计规定，若存在内在缺陷，依旧有可能引起其承载性能的严重下降，并对结构耐久性造成问题。在实行工程检测时，需要首先检测内在缺陷的具体性质以及分布范围，以便快速采取有效的处理对策，消除潜在的工程内部隐患[1]。道桥工程的内在缺陷一般包括空洞、输送和断层等类型，对于不同类型的道路桥梁内在缺陷，需要采取相应的技术手段进行检测。如声波检测、红外热成像、地基雷达等，可以用于发现空洞和输送等问题；而断层可以通过应力应变测试、超声波检测等手段进行评估。这些技术检测方法可以帮助工作人员准确判断道路桥梁内部缺陷的程度和范围，为后续的维修和加固工作提供依据。

2.2 强度检测

在道桥施工的过程中，混凝土质量可能会受到诸多因素的干扰和影响，例如施工管理不善、意外事故等。这些因素都可能导致混凝土的强度存在变化或潜在问题。这时，通过无损检测方法，工作人员可以及时获得砼结构当前的强度信息，从而作为判断砼结构是否合格和最终验收的重要根据，无损检测为混凝土质量的控制和评估提供了一种快速、可靠的手段。同时，在整个施工过程中，砼的强度会随着时间的推移而发生变化。通过定期进行无损检测，可以掌握砼结构在具体使用环境中的强度增长情况，从而采取必要的措施，保证道桥结构的安全稳定。这对于一些需要吊装等操作的工程来说尤为重要，因为施工期间的混凝土强度必须要能够承受相应的荷载。此外，无损检测方法还可以用于评估现有道路结构的强度状况。随着时间的推移和外部环境的变化，一些旧有的道路结构可能无法满足当今的交通荷载需求，或者因自然环境、施工失误等原因而发生不同程度的损伤[2]。通过无损检测，可以准确测出混凝土的当前强度，为道路的加固与改建提供基础数据和依据。除了以上方面的检测，无损检测方法还具备测定其他性能的能力。例如，其可以用来测定保护层的厚度，这对于防止混凝土内部钢筋被腐蚀具有重要意义。同时，还可以测定混凝土中碳化的深度，以评估结构材料的老化程度，这些方面的测定能够更全面地评估道桥结构的状况和性能。

3.道路桥梁检测中无损检测技术的应用

3.1 光纤传感检测技术

此技术是一种基于光纤的先进技术，其应用范围广泛且具有许多优点。通过利用光纤作为媒介，该技术能够把外界物理量转变成光信号进行检测和分析。一旦外界物理量转换为光信号，检测设备就可以立即接收到并进行处理，如此就大大提高了检测的实时性和效率，使得工程人员能够及时掌握工程结构的变化情况。相比其他传感器，光纤传感器更加灵活多样，可以适应不同的检测环境和要求。同时，光纤传感器的体积小巧，便于安装和布置。由于光信号在光纤中传导时的损耗较小，该技术对外部因素的干扰也较小，能够提供准确可靠的检测结果。在国内，该技术已经得到广泛应用，特别是在恶劣气候条件下的道路桥梁项目检测中。无论是面临高压环境还是腐蚀环境，该技术都展现出了出色的实用性和精确度。其通常与其他无损检测技术相结合，共同发挥作用，为工程人员提供全面的信息和数据。然而，此技术在设备采购方面投资较大，从而限制了其在实际应用中的普及。尽管如此，随着技术的不断进步和成本的降低，相信光纤传感检测技术会在未来得到更广泛的应用，并为路桥工程的安全运行提供更加可靠的保障。

3.2 超声波检验技术

该技术的工作原理是，工作人员利用声波触发器向被测物体发射超声波。这些超声波在与物体相互作用后，会产生散射、反射、折射等现象。通过观测超声波在物体内部传播的行为，工作人员能够判断出被测物体有否存在结构缺陷。为了进行超声波检测，首先应当选择适宜的声波触发器。触发器的特点是可以发射出预定频率和波长的超声波，以满足具体检测任务的要求。接下来，利用超声波检测仪来收集和处理由触发器发出的声波信号。这些信号经过处理后，可以识别出异常信号，再根据异常信号的特征来分辨被测物体的内部状况[3]。超声波检测仪会把经过初步处理的信号传输到控制器主机，然后通过精密的计算和分析，得出最终的检测结果。这些结果可以通过终端显示器进行展示和记录，使检测人员能够及时获得检测的结果，并做出相应的判断和决策。超声波检验技术通常适合应用在具有较小内部缺陷的道路桥梁检测中，由于其非破坏性和高效性，在梁、板、柱等结构的检测中得到了广泛应用。然而，对于存在严重缺陷或大面积缺陷的情况，超声波检验技术可能不能提供准确的检测结果，因此在路基检测中不常使用。

3.3 频谱分析检测技术

在实际应用中，频谱分析检测技术多用于路面、桥梁、建筑物等结构的检测。该技术能够快速进行非接触式检测，减少了对被检测体损伤的可能性，并且能可靠地检测出内部分层是否均匀以及不同层之间的纵向接触状态，为后续的维护和修理提供了依据。该技术的操作简单、快速高效，检测时间通常只需数分钟到数小时，比传统的破坏性检测方法更为省时省力，并且能够检测到难以通过其他方法检测的内部缺陷。同时，该技术还可以进行立体分析，帮助检测人员判断不同分层介质之间的力学作用参数，以此更为准确地评估内部结构的状态。需要注意的是，此技术对环境、仪器和技术人员的要求比较高。在实际应用中，需要选择适当的振源和检测器，并在检测前进行系统校准和实验设计，以保证检测结果的准确性和可靠性。

3.4 探地雷达检测技术

这项技术主要是基于高频电磁脉冲来对地下部分进行精确的探测。当高频电磁波发送到地下时，若是碰到不同介质的交界面，部分波将会反射回地面并被天线接收，从而完成了探测任务。在国内，该技术普遍应用于道路厚度以及路基密度的检测工作中，并且取得了显著的效果。相比传统的探测方法，探地雷达具有高效快速的特点，能够迅速获取大量的准确数据。基于对这些数据的分析和处理，检查人员能够全面了解施工的具体状况，方便制定可靠、可行的维护方案[4]。此外，探地雷达还能够对道桥工程的施工质量实行检查，保证工程项目的质量和可靠性。雷达探测的过程为，先利用计算机进行命令的发出，当控制单元收取命令后，会发出信号给天线，并通过天线将高频电磁波辐射到地面。在辐射过程中，电磁波会碰到不同的目标与界面，一些波会反射回地面并被接收天线接收。接收的信号经过处理后，会传输到计算机，并以图像的形式显示出来，以便检查人员对内部状态进行准确分析和检测。

3.5 射线检测

该技术通过向建筑内部发射射线，观察射线的衰减情况来检测缺陷的存在、大小和特征。与声波检测相比，射线检测技术可以避免一些声波检测的缺点，例如受到材料密度不同而产生干扰，不能穿透太厚的物质等。射线检测技术的原理在于不同物质对射线的衰减系数是不同的，因此当射线穿越建筑时，不同材料所产生的衰减特性会存在不同，从而就会存在区别。观察射线在荧光屏或胶片上的不同强度，可以确定缺陷的分布位置、具体大小以及特征。在进行射线检测前，预先了解建筑体内部结构是非常重要的，通过知晓建筑物内部构造，能对射线图像实行预判性的猜测，从而在大多数情况下可以准确地确定缺陷的位置。射线检测技术广泛应用于需要高精度的局部缺陷或者是小型建筑的检测。在建筑的日常维护和安全检查中，这项技术可以帮助工程师找出可能存在的隐患，及时采取措施进行修复，从而保证建筑物的安全性。在国内，立交桥复兴门桥就有使用射线检测技术进行检测。由于该桥身结构相对较小，射线检测技术可以提供充分的检测信息，并且不会使桥身受到破坏。

3.6 声发射检测

声发射检测是一种利用材料内部能量释放来探测缺陷的技术。通过声发射传感器，可以捕捉到材料内部由于局部能量释放速度过快而形成的弹性波，并通过截取、成像以及判断来分析缺陷情况。此技术广泛适用于道桥、坝体、隧道等结构的检测领域，具有快速检测的特点，可以快速而准确地探测出各种缺陷，如裂缝、变形等，并迅速采取修复措施，确保结构的安全性。

3.7 红外检测

此技术利用红外热像仪、红外点温仪等设备，捕捉物体散发的红外辐射能量，从而绘制出清晰准确的温度场。这项技术非常直观，可以清晰地展示出温度的高低变化，尤其是对于火灾隐患的检测，红外检测具有很高的敏感性。无论是火灾引起的高温区域，还是其他问题导致的温度异常，都可以在红外图像中得以清晰显示。通过红外检测，工作人员可以获取缺陷的大小、分布位置和温度等关键信息，为后续的防控、排查以及施救工作提供了重要依据。

3.8 激光检测技术

激光检测技术是一种高精度、非接触式的测量技术，主要利用激光束与物体间的相互作用，通过测量激光束的传播特性等参数来获得目标物体的物理参数信息。其中，激光干涉测长技术是一种通过激光干涉原理来测量物体长度的技术，主要应用于微小尺度下的物体长度测量，如MEMS 器件和光学元件等；激光测距技术则主要利用激光束的光程扫描或时间飞行等方式来实现非接触式的距离测量，广泛应用于工业制造、建筑物自动化、环境监测等领域；而激光光谱分析技术则是一种通过对样品激光的反射、透射或散射光谱进行分析，从而得出样品成分和结构信息的技术。这些技术都具有高精度、高速度、非接触式等重要特点，在许多领域得到了广泛应用。在桥梁工程中，激光检测技术也得到了广泛的应用。例如，激光测振仪是一种应用较为普遍的桥梁检测装置，可以实现对桥梁等构件的振动情况进行测量。通过将此设备设置在桥面上，激光束可以达到拉索等构件上，从而实现对有关构件振动量的测量，一般被用于拉索型桥梁的检测中。

3.9 GPS 桥梁三维位移检测技术

GPS 桥梁三维位移检测技术是一种凭借先进的导航卫星技术来测定桥梁站点三维坐标的高精度测量技术，该技术的应用要点如下。为了实现对桥梁位移的准确监测，需要在桥梁结构上设置一系列的监测站点。这些站点要进行均匀分布，以覆盖整个桥梁的各个部位，从而确保能够全面地捕捉到桥梁的位移情况。在该技术中，还需要设置一个作为参考点的GPS 基准站。这个GPS 基准站必须要安置在管理中心位置，其可以接收到卫星信号，并精确地计算出桥梁的基准坐标，作为后续测量的参考。针对每个监测站点，需要安设相应的GPS 接收设备，并与管理中心的计算机系统进行连接。这样，监测站点的GPS 接收设备就可以实时接收到基准站发出的差分数据。随后，在数据传输阶段，基准站会基于接收到的卫星信号，通过无线通信或有线传输，将得到的差分数据发送给各个监测站点。监测站点接收到差分数据后，会利用这些数据进行坐标计算，再将测量结果传送回控制中心的计算机系统之中进行进一步的数据分析与计算。在这个阶段，计算机系统会利用先进的算法和模型，对接收到的数据进行处理，以得到更加准确和可靠的桥梁位移信息。该技术具有实时性高、采样数据量大的特点，能够持续工作24 小时，对桥梁在风荷载、地震以及车辆行驶等外界因素的影响下的位移状态进行监控。

4.道路桥梁无损检测的主要方法

4.1 机敏混凝土检测法

对于道桥工程而言，混凝土占有重要地位，因为它是支撑桥梁和道路结构的基础材料。然而，在常规的施工过程中，混凝土的质量和结构可能存在隐患，这对于保证道路桥梁的安全性和耐久性是不容忽视的。机敏混凝土检测法通过应用无损检测技术，提高了传统检测方法的水平，并且能够降低由人为因素引起的误差。这种方法的核心原理是利用纳米粒子或短切碳纤维来改变砼结构，从而提升其力学性能以及压敏性。通过添加这些材料，砼的强度和韧性得到了增强，使其能够更好地应对外部受力和变形。当受到外力作用时，混凝土中的电阻值会发生变化，通过检测混凝土中有关电阻的变化，可以测得混凝土发生的应变以及应力。再结合准确的预测分析，可以及时了解砼结构的健康状况，有助于及早发现潜在的问题并采取相应的维修措施。机敏混凝土检测方法还可利用变力传感器来监测混凝土结构的受力情况。这些传感器根据砼的压敏原理设计，能够实时记录和反馈结构所受的力的大小和方向。通过对这些传感器的应用，工程师可以对砼结构的受力状态进行实时监测，进而评估结构的健康状态和承载能力。

4.2 电化学检测方法

伴随国内社会以及科技的飞速发展，道桥建设进入了一个全新时期。城市化进程加快，交通需求日益增长，为了适应大规模的人流和车流量，桥梁的建设呈现出蓬勃发展的态势。然而，大规模建设也给桥梁检测带来了更大的挑战。为了保证桥梁的质量和安全，各地开始采用先进的检测方法，其中电化学检测方法备受关注。电化学方法是一种有效的桥梁腐蚀检测手段。在混凝土结构中，钢筋是承担荷载的主要部件，但由于环境因素和使用年限的增长，钢筋容易发生腐蚀现象。该方法基于钢筋腐蚀过程中产生的化学反应，通过测量电位差来评估钢筋的腐蚀程度。此方法具有灵敏度高、非破坏性、可重复性好等特点，能够准确地判断钢筋腐蚀的情况，并提供有力的依据进行维修和加固工作。例如，甘肃省作为一个十分注重道桥建设和维护的地区，充分认识到电化学检测法在保障桥梁安全方面的重要性。从2014 年起，该省便结合相关标准和规定，对全省一千多个大中型桥梁和74 条隧道展开全方位的质量检测。在这个过程中，技术人员广泛应用无损检测技术和电化学检测方法，通过对桥梁的各个部位实行仔细的检测与评估，确保桥梁结构的可靠性与安全性。

结语：

综上可知，在目前的道桥检测过程中，无损检测技术有着较高的应用价值，基于对此技术的合理使用，能够准确获取桥梁建筑结构的质量情况，发现潜在的病害风险，基于采集到的信息数据，工作人员可以制定科学有效的治理方案，以此提高道桥工程的总体质量与安全性，延长其使用寿命。