橋梁工程超聲回彈法檢測(cè)技術(shù)分析

 【摘要】為實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁工程的快速檢測(cè)，并保證檢測(cè)的準(zhǔn)確性，以驗(yàn)證混凝土強(qiáng)度，目前多采用超聲回彈技術(shù)進(jìn)行此項(xiàng)工作。檢測(cè)橋梁工程的混凝土強(qiáng)度，主要包括靜載試驗(yàn)、動(dòng)力試驗(yàn)以及無(wú)損檢測(cè)三個(gè)方面，其中回彈檢測(cè)法具有無(wú)損的優(yōu)勢(shì)。為進(jìn)一步說(shuō)明超聲回彈檢測(cè)法的應(yīng)用價(jià)值，本次研究選取某橋梁工程作為案例，對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)要分析。

【關(guān)鍵詞】橋梁工程；超聲回彈；檢測(cè)

我國(guó)目前大多數(shù)橋梁主要采用的都是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因此對(duì)于混凝土強(qiáng)度的監(jiān)測(cè)是分析橋梁施工質(zhì)量水平的重要指標(biāo)�，F(xiàn)在較為常見(jiàn)的橋梁工程檢測(cè)方法包括回彈法、超聲回彈綜合法、鉆芯法等，其中以超聲回彈法最具優(yōu)勢(shì)。我國(guó)自建國(guó)以來(lái)就開(kāi)始大量引用西方國(guó)家的先進(jìn)技術(shù)理念，并根據(jù)橋梁建筑工程的應(yīng)用開(kāi)展了大量研究。自上世紀(jì)末，雷達(dá)技術(shù)、沖擊波技術(shù)、紅外技術(shù)等相繼進(jìn)入工程實(shí)用階段，超聲波檢測(cè)儀的可靠性也逐漸提升。

1.橋梁工程中的超聲回彈技術(shù)原理

超聲回彈技術(shù)和傳統(tǒng)意義上的檢測(cè)技術(shù)存在不同的原理，超聲回彈技術(shù)是基于傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)發(fā)展而來(lái)的，對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)方法作出了完善與發(fā)展。傳統(tǒng)意義上對(duì)橋梁的檢測(cè)主要包括靜載測(cè)試、動(dòng)力測(cè)試和無(wú)損測(cè)試。橋梁混凝土結(jié)構(gòu)在靜載測(cè)試的過(guò)程中，需要測(cè)試橋梁的垂直和側(cè)撓度以及扭轉(zhuǎn)變形量。而橋梁動(dòng)力實(shí)驗(yàn)則主要為了研究橋梁的結(jié)構(gòu)自振特點(diǎn)及車(chē)輛動(dòng)力載荷和橋梁結(jié)構(gòu)的聯(lián)合振動(dòng)特點(diǎn)而進(jìn)行。超聲回彈綜合法是一種采用超聲儀和回彈儀，分別測(cè)試混凝土同一區(qū)域的聲音及回彈值的方法。通過(guò)測(cè)量得到的結(jié)果，運(yùn)用公式和函數(shù)計(jì)算該區(qū)域混凝土的強(qiáng)度。相比于回彈法或超聲法，超聲回彈法能夠有效避免因混凝土齡期長(zhǎng)或含水率高而造成的不利影響，其具有非常高的測(cè)試精度，并且使用范圍廣，能夠?qū)�混凝土的�?shí)際質(zhì)量全面客觀地予以表現(xiàn)［1］。超聲回彈法以超聲波的傳播速度及回彈值與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系為基礎(chǔ)，通過(guò)測(cè)試超聲波的聲速及回彈值，能夠很快計(jì)算混凝土抗壓強(qiáng)度，并且保證計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確，還具有不必破損混凝土的優(yōu)勢(shì)。如果需要檢測(cè)混凝土的強(qiáng)度，可以先采用超聲回彈法進(jìn)行檢測(cè)，得到混凝土的具體強(qiáng)度信息，以此作為處理混凝土質(zhì)量問(wèn)題的重要依據(jù)。如果能夠提供鉆芯試件作為校核使用，可以對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜或齡期很長(zhǎng)的混凝土進(jìn)行檢測(cè)，并得到一個(gè)相對(duì)真實(shí)但有所偏差的結(jié)果，以供參考。超聲回彈法最早由羅馬尼亞的建筑經(jīng)濟(jì)科學(xué)研究院在上世紀(jì)60年代提出，之后開(kāi)始受到世界多國(guó)的廣泛重視。上世紀(jì)70年代，我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)此技術(shù)，并根據(jù)我國(guó)實(shí)際情況，完成了對(duì)超聲回彈法的多項(xiàng)驗(yàn)證工作，并于上世紀(jì)80年代出臺(tái)了相關(guān)規(guī)程［2］。對(duì)于超聲回彈法能夠產(chǎn)生明顯影響的因素包括粗骨料的品種用量、混凝土含水率和測(cè)試面等方面。

2.橋梁工程中回彈技術(shù)的應(yīng)用原理

（1）回彈法測(cè)定儀器使回彈儀達(dá)到符合標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)，需要達(dá)到的要求如下：第一，在進(jìn)行水平彈擊時(shí)，當(dāng)彈擊錘脫鉤的同時(shí)，回彈儀所測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)能量值具體為2.2J。第二，在洛氏硬度為60±2的鋼砧上，應(yīng)頂住回彈儀的后蓋，然后對(duì)其施加一定的壓力，促使彈擊桿被壓入儀器的外殼，并且重錘發(fā)生后移；當(dāng)重錘脫鉤之后，就會(huì)彈擊到彈力桿，并且彈擊桿會(huì)對(duì)混凝土的表面進(jìn)行彈擊；產(chǎn)生的彈性會(huì)促使落錘回彈，在回彈的過(guò)程中，指針的滑片會(huì)被帶動(dòng)并使電阻桿產(chǎn)生電阻；當(dāng)壓力被放松之后，彈擊桿會(huì)伸出，重錘最后也會(huì)復(fù)位［3］。第三，當(dāng)彈擊桿與彈擊錘碰撞時(shí)，彈擊的拉簧會(huì)保持自由的狀態(tài)，此時(shí)彈擊錘的起跳點(diǎn)應(yīng)對(duì)應(yīng)指針刻度尺的“0”位置。（2）回彈法原理分析回彈法對(duì)于檢測(cè)混凝土表面的硬度，并據(jù)此推測(cè)混凝土整體強(qiáng)度具有重要意義。按照混凝土強(qiáng)度和表面硬度之間所具有的關(guān)系，只需要檢測(cè)回彈儀中運(yùn)動(dòng)過(guò)后的重錘沖擊彈擊桿所形成的沖擊力即可，具體的檢測(cè)方法是重錘在固定的沖擊力下對(duì)混凝土表面進(jìn)行撞擊，然后回彈至彈擊桿，此時(shí)重錘會(huì)被再次回彈，只需要測(cè)得回彈的距離，就可以計(jì)算出混凝土的強(qiáng)度［4］。這一方法需要通過(guò)試驗(yàn)建立混凝土的強(qiáng)度與回彈距離的關(guān)系公式，以此為數(shù)學(xué)模型，結(jié)合曲線函數(shù)計(jì)算，最終測(cè)得混凝土整體的抗壓強(qiáng)度。（3）回彈檢測(cè)技術(shù)首先，單個(gè)的檢測(cè)方法對(duì)單獨(dú)一種構(gòu)件的檢測(cè)。其次，批量檢測(cè)方法比較適合相同工藝條件下、混凝土具有相同強(qiáng)度等級(jí)時(shí)的測(cè)試工作，其原料、配合比、工藝以及養(yǎng)護(hù)條件基本一致，并且使用時(shí)長(zhǎng)基本相近，在構(gòu)件和結(jié)構(gòu)上幾乎沒(méi)有明顯區(qū)別。對(duì)于批量檢測(cè)的構(gòu)件，其抽檢的數(shù)量必須在同批次構(gòu)件總量的30%以上，并且構(gòu)件的最低數(shù)量必須超過(guò)10件［5］。對(duì)構(gòu)件進(jìn)行抽檢的過(guò)程中，應(yīng)隨機(jī)抽選，并且保證選取的構(gòu)件具有一定代表性。

3.超聲回彈法的應(yīng)用案例

（1）工程概況本次研究所選橋梁為省道橋梁，橋型為上承式現(xiàn)澆C30混凝土等截面懸鏈線箱型拱橋，長(zhǎng)度在140m左右，拱箱高在1.5m，主拱箱的寬度在7.5m左右，拱軸系數(shù)為2.511。正拱斜置，矢岸比是1/6，兩岸起拱線的設(shè)計(jì)高差在3.1m左右。施工技術(shù)為鋼管拱架現(xiàn)澆施工方法，在跨中處設(shè)置了一個(gè)井字形的支架，在主拱架和支拱架之間預(yù)留出5cm空隙。監(jiān)測(cè)單位在2010年對(duì)主拱架的豎向撓度進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)，主拱架和支拱架發(fā)生接觸，在支架的頂端上30cm高處的木支撐發(fā)生傾斜的現(xiàn)象，拱架的頂出現(xiàn)下?lián)希�腹板處能夠發(fā)現(xiàn)多處肉眼可見(jiàn)的裂縫，因此工程施工活動(dòng)當(dāng)即停止。之后，有關(guān)部門(mén)開(kāi)始對(duì)此事進(jìn)行調(diào)查分析，并進(jìn)行了多次質(zhì)量檢測(cè)工作，檢測(cè)的主要項(xiàng)目就包括混凝土的抗壓強(qiáng)度。（2）檢測(cè)混凝土強(qiáng)度首先，通過(guò)超聲回彈檢測(cè)法檢測(cè)取樣處，并且在其它各不相同的部位總共增添了20個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，對(duì)其均進(jìn)行了超聲回彈檢測(cè)。其次，對(duì)每個(gè)檢測(cè)點(diǎn)布置16個(gè)超聲回彈點(diǎn)及3條超聲測(cè)線，每條測(cè)線都布置了聲源發(fā)射點(diǎn)及聲波接收點(diǎn)。最后分析超聲回彈測(cè)得結(jié)果，包括回彈值、超聲聲速值，推算被測(cè)區(qū)域的混凝土抗壓強(qiáng)度以及芯樣修正系統(tǒng)。（3）結(jié)果及結(jié)論在對(duì)上述案例進(jìn)行介紹后發(fā)現(xiàn)，超聲回彈方法的顯著優(yōu)勢(shì)如下：所需成本不高，不會(huì)對(duì)工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生任何損傷，并且超聲回彈法所使用的儀器大多比較輕便，能夠進(jìn)行快速測(cè)試，有助于準(zhǔn)確表現(xiàn)出混凝土的抗壓強(qiáng)度相關(guān)規(guī)律。當(dāng)然，回彈的數(shù)值僅僅將表面質(zhì)量表現(xiàn)出來(lái)，至于混凝土內(nèi)部的具體情況，回彈法就無(wú)能為力了，其準(zhǔn)確度會(huì)受到很多因素的影響，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不可靠。并且，回彈法僅僅對(duì)剛建成不久的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)試時(shí)能夠達(dá)到最佳效果，必須保證混凝土的齡期在1000d以下，而且只能用來(lái)檢測(cè)常規(guī)混凝土。實(shí)際的橋梁工程檢測(cè)工作，需要采用多種無(wú)損檢測(cè)的方法，并綜合使用，從而提升對(duì)橋梁工程檢測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性。結(jié)束語(yǔ)超聲回彈法在檢測(cè)橋梁工程方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，因此得以廣泛應(yīng)用。但超聲回彈檢測(cè)得到的結(jié)果也容易受環(huán)境影響，因此其得到的結(jié)果并不能作為最后結(jié)果而得出結(jié)論，僅僅只能作為參考值進(jìn)行判斷。

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