声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用

邢振华

摘要：混凝土桥梁受环境温度、气候、雨水和大气腐蚀的影响，桥梁的荷载和使用频率不断增加，导致桥梁耐久性的测试。随着耦合效应的增强，材料和结构的疲劳寿命将加速和衰减，桥梁将逐渐产生病害，这是一个不可逆的过程。对运营中的钢结构桥梁进行检测和评估，生成检测结果和评估报告，并根据现阶段桥梁病害的类型和程度，制定适合桥梁的加固措施和方案，对保护桥梁结构、提高桥梁承载力具有重要作用。

关键词：声波检测技术；混凝土；桥梁检测；应用

1声波检测法

1.1声波检测法的定义

声波检测法又被称为超声波透射法或声波测定法，实质是利用超声波发生仪向被检测物体发射超声波，利用测得的似波速度和横改速度计算得到动弹性模数。在高铁桩基检测中，声波在桩基中的传播长度大于直径的5～10倍，超声波的速度计算为

1.2声波检测法的优势

郑吉铁路二段聊城市东昌府区正线全长46公里。在短短的46公里内有7000多个桩基。如此大量的桩基需要进行检测，而声学检测方法的优势非常明显。

首先，声学检测方法非常有效。它是目前所有桩基检测方法中效率最高、速度最快的检测方法。在施工和浇筑期间，检测环境可用。桩基的数量惊人，检测的速度和效率尤为重要。其次，声学检测方法不会破坏桩基的物理和化学结构，不会影响桩基的质量和高速铁路的运营稳定性。此外，目前我国高速铁路桩基施工采用钻孔灌注法，而声波检测法只需预留检测孔，因此采用这种方法进行检测具有先天优势。

1.3声学检测法的原理和方法

高速铁路桩基由钢筋混凝土制成。声波检测法利用超声波穿透能力强的特点，以及超声波在穿透高速铁路桩基过程中遇到缺陷时波形、主频和振幅变化的特点，分析高速铁路桩基是否断桩，截面局部夹泥或缩颈、混凝土离析、分散的泥团和蜂窝缺陷、集中的气孔、桩底沉积物和桩头强度低影响桩基的质量和承载力。通常，在高速铁路桩基施工和浇筑之前，会在桩体内嵌入几根声学测量管，作为超声波接收和发射换能器的通道。

当使用声学检测方法时，将接收超声波的探头放在每个检测管中，探头从下到上同步上升。仪器记录探头所在检测管之间桩基段的超声波声学特性。根据声波到达时间、振幅和频率的变化，可以分析判断检测到的高速铁路桩基钢筋混凝土结构是否存在一系列质量问题。

2声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用优势

2.1技术成熟

声学检测技术的实际操作难度系数并不是太大，但对于混凝土公路桥梁本身来说，会出现一些不可逆转的损伤，而且人体检测存在很大偏差，因此一些潜在问题无法及时处理。声探测技术在整个使用过程中趋于完善。与传统检测技术相比，它不破坏混凝土简支梁桥的基础，并能发现潜在的问题。无论是在预防性维护还是以后的应用检测中，实际效果都很好。当技术趋于成熟时，确保测试结果的准确性，并在复杂的自然环境中成功完成测试工作。

2.2无损

整个检测过程不能对混凝土公路桥梁造成所有不可逆转的损坏，也可以及时处理不确定的问题，在病虫害早期进行预防性养护。在整个使用过程中，检测成本低，检测时间缩短，工作效率显著提高。

2.3应用广泛

传统的检测技术已不能满足当今公路桥梁检测的要求。工程建筑的声学检测技术可以完善，其他高质量的检测技术可以互利共赢，从而提高工程项目检测的准确性。随着交通基础设施建设行业的发展，混凝土公路桥梁检测的市场前景广阔，声学检测技术也成为主要的发展方向。

3声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用

3.1声波检测技术在混凝土桥梁顶板检测中的应用

桥梁顶板面积为1310㎡，测速4.69km/s，表明其混凝土强度不低于C45，顶板处和混凝土强度之间的波速较高，当其应用到的波速大于4.81km/s时，最终呈现出一种均匀连续的分布。采集顶板两翼的波速值较低，其低波速带比较明显，达到了2m～3m的宽度，其波速主要分布在2.3km/s～4.1km/s，对于此类的问题主要是受到非主要受力的作用影响，而且位置也并非桥梁主要的荷载区域，因此并不会影响到桥梁的稳定性。

3.2声学检测技术在混凝土桥面检测中的应用

桥梁底板检测面积为540㎡,平均波速为4.10km/s，检测过程中底板波速分布不均匀，中高两侧低。可以看出，底板上存在一个低波速区，这也可以确定底板的强度不高。检测过程中，底板右侧波速小于2km/s，宽度为2m~3M，左侧波速小于3km/s，检测宽度为1m~1.5m。根据最终检测数据可知，混凝土桥梁存在裂缝，裂缝位置为底板。

3.3声学检测技术在混凝土桥梁左腹板检测中的应用

左腹板的面积为324㎡结构强度需大于C50。试验中的波速保持在4.5km/s，从试验结果来看，施工质量良好。但是，受高低速区的影响，左腹板下方的振幅相对较小，不会对整体开发的稳定性产生较大的变化。

3.4声学检测技术在混凝土桥梁右腹板检测中的应用

腹板样本的面积为324㎡.对于此类检查，其强度需要设置为C60。在实际检测过程中，其平均值为4.70km/s，数据分布相对均匀。与左网相比，其强度和波速不断提高，具有更好的服务质量。然而，在比较下部的过程中，上部的波速相对较低。在这个过程中，上部有一个低速的异常区域。检测宽度为1m，检测波速值为4.1km/s，下部波速值一般大于4.6km/s，故检测未发现病害，强度较高。

4检测结果分析

本文通过相关研究的开展，该结构的其他在实际使用过程中有着比较好的连续性与质量，没有显示出结构缺陷。但是在底板的测量中，其数值是低于其他部位并且分布不均匀，在腹部连接处数值为3.1km/s，呈现出的波速是比较低的，所以存在着一定的质量问题。经过相关的检查工作开展，该区域是低速条带区域内的裂缝为发育状态，需要今后加以治理。

想要进一步地加强对混凝土结构中存在的质量问题加以分析，需要工作人员在实际的工作开展中制定出不同强度的试验板，同时开展声波检测工作。在制作试验板时，需要使用到20mm与8mm直径的钢筋，针对不同试验板展开检测。试验本身的缺陷极为清晰，为了声波检测技术的应用效果，针对不同的试验板展开检测分析，判断声波检测技术准确地检验出试验板中存在的缺陷。

对试验板开展CT剖面波速图的检测分析，可以在震荡与非震荡区得出，传播速度是比较低的，都是小于4.1km/s，但是声波在轻微震荡区中波速是比较大的都要高于4.1km/s。当施工中混凝土的标准为C50时，波速达到最大值5.2km/s,C30时，波速为最低值为3.5m～-4.4km/s。

结论

综上所述，在混凝土桥梁检测过程中，声学无损检测技术具有广阔的应用前景。该技术可以进一步提高桥梁波纹管灌浆位置、缺陷尺寸和梁板浇筑质量的检测精度，为今后桥梁工程施工提供参考。

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