混凝土无损检测技术应用——以沙特阿美项目为例

陈利 付文金

（1 中交四航局第二工程有限公司；2 中交四航工程研究院有限公司）

根据相关资料及文献，无损检测技术（Non-Destructive Testing）在土木工程领域扮演着至关重要的角色[1-6]，主要体现在以下几个方面：结构健康监测和诊断、质量控制与技术评估、确保强度与耐久性、损害评估以及材料特性分析。这些技术不仅有助于提升建筑结构的安全性和可靠性，还对维护和提高工程质量、延长建筑寿命以及支持可持续发展具有显著作用。

随着科技的发展，混凝土无损检测技术[7-10]从最初的视觉检查和敲击听声法，逐步发展为更先进的方法，如超声波检测、地面穿透雷达（GPR）和电磁波检测等。这些先进技术提升了检测的准确性和效率，能够有效检测混凝土结构内部的裂缝、空洞和腐蚀等问题，对保障建筑和基础设施的安全性至关重要。

本文以中交四航局沙特阿美吉赞项目群为例，介绍两种混凝土无损检测技术的应用实例。第一种是应用于吉赞商业港浮码头浮台的GPR 雷达检测技术，第二种是用于立交桥项目预应力后张法预制I 梁孔道灌浆的相控阵超声成像技术。通过深入研究这两种检测方法，本文旨在为类似的混凝土工程提供检测参考，并探讨混凝土无损检测技术的未来发展方向。两种方法。

1 GPR探地雷达技术

1.1分项工程概况

沙特阿美吉赞商业港拖轮码头采用了浮码头的设计形式，拖轮码头共设置了5 个泊位，每个泊位长40m。每个泊位由两个长20m、宽7.7m、高1.3m 的大型浮台组成，此外还配有一个长10m、宽3.5m、高1.3m 的小型浮台，用于连接登船梯。浮台内部主要由聚苯乙烯泡沫块和钢筋组成。聚苯乙烯泡沫塑料的密度为15kg/m3，是一种敏感而柔软的材料。泡沫块被牢固地放置在浮台的纵向和横向墙之间。泡沫块的尺寸在2m×（3～2.5）m×3.2m 之间，底标高与侧墙底标高相同，底部保持开放状态。泡沫块只被混凝土侧墙包封，以确保浮台的浮力和结构稳定性。基于结构特殊且经验较少，为了掌握浮台浇筑混凝土密实及掌握浇筑后钢筋的位移情况，计划选择无损方法进行检测，经过评估确定采用GPR 雷达技术。

1.2方法介绍

地面穿透雷达（GPR）是一种利用电磁波探测结构的技术。它使用一个天线（包含一个发射器和接收器，二者间隔固定距离），向结构发送电磁波，然后接收不同电性材料界面反射回来的能量。反射的能量被记录为“图案”，即实时显示的雷达图。GPR 数据可以提供3D 和2D视图，对于确定混凝土结构中的钢筋分布、混凝土覆盖层厚度和空洞位置等具有重要作用。GPR 技术已广泛应用于建筑和土木工程中，例如评估桥梁、道路、建筑物的结构完整性。

1.3仪器参数

本项目中使用的GPR 设备型号是德国生产的Hilti PS 1000 如图1 所示，该设备既可以利用雷达定位技术来确定每个位置的钢筋特性，如钢筋间距和覆盖层深度，又能通过三维空间扫描的方法来评估混凝土质量，如空隙、空洞等Hilti PS 1000的技术参数如下：

图1 Hilti PS 1000型设备

最大探测范围：300mm

测量图幅：0.6m×0.6m或1.2m×1.2m

定位精度：± 10mm

深度指示精度：小于100mm 时精度为±10mm；大于100mm时精度为±15%。

1.4试验布置

现场选取浇筑完成的试验大浮台，根据浮台规格和仪器参数，在浮台上按照1.2m×1.2m 图幅选取10 个检测区域，如图2所示：

图2 浮台GPR试验测区布置

检测顺序为先每个图幅对10 个单独区域进行扫描，然后按照图中所示Line1 到Line7 的方向进行断面扫描。

1.5结果分析

根据电脑软件处理，10 个单独图幅区域自动显示为2D和3D视图，以Lot#1为例，如图3所示。

图3 Lot#1 2D及3D视图

7 条测线自动显示为2D 视图，以Line 7 为例，如图4所示。

图4 Line7 2D视图

根据反射波电脑数据处理后，10 个测区的钢筋间距及保护层厚度如表1所示。

表1 Lot#1至Lot#10区钢筋间距和保护层厚度

7条测线的空洞数量及位置如表2所示。

表2 Line 1至Line 7空洞数量及位置

综合分析，钢筋间距及保护层厚度符合相关要求。尽管在方向扫描线中观察到可能与有限空洞相关的反射，但在其他位置未发现明显的高幅度反射，可以判定混凝土结构的完整性较好,为后续成功批量预制浮台提供了理论依据。

2 相控阵超声波成像技术

2.1分项工程概况

沙特阿美吉赞立交桥项目主要工程为IC2与IC3两座互通立交，项目位置较为平坦。含有桥梁4 座，跨度最大29.4m，设计采用后张预应力I梁结构，本工程桥梁预制共计I 型梁92 榀，其中29.4m 梁24 片、梁高1.6m，28.4m 梁24 片、梁高1.6m，19.6m 梁24 片、梁高1.6m，20.45m 梁20 片、梁 高1.145m。I 梁 预 应 力 管 道 采 用HDPE管成孔，HDPE管道从厂家订制，安装时HDPE管接头处用胶带包裹，保证接缝完好，防止管道漏浆。单片梁张拉全部完成后，进行孔道压浆，孔道灌浆的质量决定预应力混凝土结构安全、可靠和经久耐用的关键步骤。技术规格书要求承包商在试验梁施工时需要把预制梁切开观察孔道压浆质量，会造成工期增加，成本增加等风险，经过与咨工沟通，拟采用无损检测技术进行。

关于预应力管道压浆的无损检测技术，主要包括冲击回波法、超声波探测法、电磁波探测法（如GPR），以及红外热成像检测法，经过对比评估与研究，采用相控阵超声波成像技术进行无损检测。

2.2方法介绍

相控阵超声成像技术是一种适用于混凝土结构检测的先进无损检测方法。它以其高效性、灵活性和快速性而著称，尤其在识别混凝土结构中的缺陷方面表现出色。该技术的核心在于它使用由多个元件构成的换能器阵列，结合多声束扫描成像技术。通过对超声波的相位进行精确控制，相控阵技术能够在特定的声域内集中超声波束，从而提高了对细微缺陷的检测能力。此外，相控阵超声成像技术通过改变阵列的激励时序，可以在声场中形成不同的空间聚焦点，实现更广泛区域的探测。这一特点使得它成为检测混凝土结构缺陷的理想选择。在实际应用中，例如在装配式建筑项目中，该技术已成功用于检测钢筋混凝土叠合板构件的内部缺陷，如胶结不良、内部空洞等问题。

2.3仪器参数

本项目中使用的是Proceq Pundit 250 Array 仪器，这款设备是一种8 通道剪切波换能器阵列，一个通道用于发送声波脉冲，其余7 个通道接收。Pundit 250 Array的技术参数如下：

增益：0～80dB

模拟带宽：15kHz～100kHz

标称换能器频率：50kHz剪切波

范围/分辨率：0～1000µs/1µs

脉冲电压：±150V

脉冲形状：方波

脉冲延迟：8ms～200ms

通道数：8

2.4试验布置

在G36-284 试验梁上根据孔道压浆位置选取10 个测区，每个测区长度2m～3m长，如图5所示：

图5 测区布置图

2.5结果分析

试验后经过计算机软件处理，显示超声波信号视图，以Lot #5号为例，如图6所示。

图6 Lot#5 成像图

根据超声波信号图显示，反射信号在80cm 左右清晰可见，钢筋保护层厚度50mm～60mm，灌浆波纹管位置在25cm 左右，均与图纸一致，波纹管管内灌浆信号微弱，无明显信号，可以判定孔道压浆完整、饱满，灌浆质量良好，在后续正式施工时同时用此方法进行抽查试验，节约成本，不影响施工工期，为立交桥项目的按时完工奠定了条件，获得了阿美业主的一致好评。

3 结语

本文深入分析了沙特阿美吉赞项目群中应用的两种混凝土无损检测技术：地质雷达（GPR）技术和相控阵超声成像技术。地质雷达（GPR）技术在吉赞商业港浮码头分项中准确地识别了混凝土结构内部的钢筋布局和潜在缺陷，判定了浮台混凝土结构的完整性；相控阵超声成像技术在立交桥项目中有效地评估了预应力后张法预制I 梁的孔道灌浆质量，判定孔道压浆完整、饱满，灌浆质量良好，并为项目节约了成本和缩短工期。证明了在复杂和挑战性的工程环境中，无损检测技术的有效性和可靠性，而且为国内外的工程检测专业人员提供参考和启示。随着科技的不断进步和人工智能技术的发展，期望未来无损检测技术能在更多领域发挥其独特的价值，为工程安全和质量保障作出更大的贡献。