基于桥梁无损检测技术分析及其技术发展

基于桥梁无损检测技术分析及其技术发展张家圣张成（江苏省交通科学研究院）摘要：文章仅对桥梁检测中混凝土强度检测、基桩质量检测、混凝土钢筋锈蚀检测、桥梁静荷载试验检测四部分的关键技术进行概括性的对比、分析、总结，为相关领域的技术人员提供参考，来满足日益发展的公路管理部门、试验检测部门的更高需求。关键词：桥梁；无损；检测技术1引言桥梁的检测是保证桥梁正常使用、进行维修加固的重要依据。桥梁检测的目的在于随时掌握桥梁的技术状况和安全状况。通过对桥梁的无损检测，对桥梁的损伤情况和程度进行诊断，对桥梁的可靠性、耐久性和承载能力进行评估。为桥梁的维修、养护与管理决策提供依据。2混凝土强度检测技术在工程实践中，我们在很多情况下需要利用无损检测方法推定构件混凝土强度值，如对施工质量有怀疑、对施工过程、构件强度增长的必要的监控或对既有桥梁的资料无法收集完整时。因此，混凝土强度的无损检测技术也成为桥梁检测技术中的重要环节。2．1目前主要的无损检测方法当前，混凝土强度测定的无损检测方法主要有回弹法、超声法（应用较少）、超声回弹综合法、射线吸收与散射法等，其它方法如探针法、拉拔、拉脱法、钻芯法等均属于半破损、破损法，在此仅对应用较多的回弹法和超声回弹综合法进行分析比较。2．2检测原理回弹法的检测原理是采用弹击杆弹击混凝土表面，以重锤反弹回来的距离作为回弹值，即回弹值是重锤冲击过程中能量的一种反映。超声回弹综合法的原理就是在回弹法检测基础上，对混凝土内部质量用超声波波速给予测定，它的强度指标由超声波速、回弹值两项参数控制，从而使构件内部、外部质量得以全面反映。2．3两种常用方法技术分析表1混凝土强度无损检测主要方法的比较分析2．4分析及发展这两种混凝土强度无损检测方法均属于工程中最常用、最主要的检测方法，回弹法在一定程度上更以其简单实用而被广泛采用。比较分析两种方法的检测结果，在一定程度上较为接近，即在规程规定的龄期内不会对构件评定产生较大分歧。但是，在应用中也发现，在旧桥工程检测中，无论是回弹法还是超声回弹综合法，因龄期原因，对长龄期混凝土构件均难以得到准确的强度检测结果，尤其是针对不易取芯修正的预应力梁强度推定。结合实践应用和混凝土强度检测技术的发展，我们有理由相信，在短期内无损检测以实现准确、快速、涵盖长龄期检测目标体为主要任务，同时相关规程、规范有必要及时根据工程使用材料的特性给予附加、更新。而长期研究目标必然是在仪器研究中提高硬件的性能和质量，排除相关干扰因素、对引起强度变化的多项理论参数进一步研究。3基桩质量检测由于桩基础已经成为我国工程建设的重要基础形式，为了保证桩基础的质量安全可靠，隐蔽性工程的检测技术水平也就至关重要。但是，桩基的检测又是一项复杂的系统工程，无论在理论中还是实践中均存在很多问题尚在进一步研究过程中，传统的静荷载又需花费大量的时间和费用。在此，仅就基桩动测技术中声波透射法、低应变法、高应变法三种主要方法进行分析比较。3．1检测原理声波透射法（CSL）：以能量脉冲的方式沿桩身横向传播的波动来检测桩身完整性。低应变法（LST）：利用低能量的激振力产生纵向振动或沿桩身纵向传播的波动检测桩身完整性，包括反射波法和振动法。高应变法（HST）：利用高能量的冲击力产生沿桩身纵向传播的波动检测基桩承载力和桩身完整性。可分为凯司法和实测曲线拟合法。3．2技术分析首先，声波透射法适用于大直径灌注桩，目前许多国家对基桩质量检测采用了这种方法。它的设备使用性能、参数也得到了不断提高和改善，数据分析软件功能研发也得到了极快地发展。但制约它被国内广泛应用的因素是在检测前需预埋声测管，且因准备工作繁锁检测数量不宜过多，无法检测基桩承载力。低应变法虽然目前尚只提供桩身完整性检测指标，但它操作简单，易学易用，可经济、快速、大范围、无损的普检，在公路工程中得以充分地利用。但它的缺点则是检测定性分析，难以达到定量化，且存在一定程度的误判和不确定性，承载力检测尚处于不断完善和研究阶段。高应变法则是以节省人力、物力、财力为目标的快速检测桩基质量方法，虽然它可检测完整性和承载力，但它的检测准确度、可靠性，尤其是理论体系研究以及必须与静态荷载检测结果比较校验后方可使用等一系列问题使其在检测推广中存在一定的局限性。3．3分析及发展三种基桩检测方法在公路工程中均较为常用，但在技术应用中也都存在各自的问题，其中，高应变法因其影响采集信号的干扰因素较多，对检测的准确性影响较大,很难大范围地推广应用，低应变法则具有完整性难以定量化、浅部缺陷不易判定、第二缺陷不易判定、渐变缺陷不易判定等很多问题需要解决。声波透射法虽只能检测桩身质量，但相对来说是可信度高，操作繁简程度适中，应是更具有发展前途的检测手段。因此，桩身完整性检测提倡更多地采用声波透射法，而承载力的检测方法除静态荷载法以外，动测法可能需在理论和方法进行较长时期的研究或结合其它测试理论方法联合进行才可能有所技术突破。4混凝土钢筋锈蚀检测正常情况下，混凝土材料呈弱碱性并使得钢筋表面形成钝化膜来保护钢筋使用寿命。但是，复杂的交变荷载作用和材料施工、温度应力等影响，往往在桥梁安全评估时需要进行钢筋锈蚀检测。目前，常用的方法分为直接评定法（如线性极化电流测量、半电池电位测量等）和间接评定法（如氯离子含量测量、保护层测量、透气性测量、电阻率测量等），无损检测中以半电池电位测量和混凝土电阻率测量较为常见。4．1技术原理半电池电位测量方法原理为将钢筋锈蚀仪以硫酸铜溶液为电解液，与钢筋连接开成通路后，输入高阻抗，记录电位差并绘出等位图，从而判定腐蚀发生区域。它在应用时方法简单，易学易用。但它的缺点也较多，如只能判定钢筋发生锈蚀的可能，不能判定锈蚀速度，对中性化的构件可能产生误判，对水下结构物测试不够准确等现象。而混凝土电阻率的测量方法属间接测量方法的一种，它的原理是根据锈蚀后的混凝土阻抗变化量来间接推定锈蚀程度，由于其结论同数理统计分析密切相关，因此建议作为锈蚀检测参考方法。4．2分析及发展钢筋锈蚀是桥梁安全评估的一项较为重要指标，但现阶段我们在实际无损检测工作中还不能够得到较为准确的和直接的数据，因此多数情况下配以有损方法的验证，检测中必要时可以将多项无损检测技术混合使用加以判定。但在未来的技术发展应用中，我们认为雷达电磁波法、化学试验渗透法可能会使得这项检测内容由定性化向定量化发展，得到真正的实质性的技术突破，并能快速准确得出结论。5桥梁静荷载试验检测桥梁的荷载试验分为静载和动载两种方式，考虑到最能够直接有效评定桥梁的工作状态和应用范围，我们仅探讨静力荷载试验，因为它在设计和施工质量的检验，判断承载力、验证设计理论和设计方法等方面更为准确和可靠。5．1技术原理静荷载试验基本原理就是在不同的桥梁荷载组合方式下，验证控制截面的应变、位移或裂缝，进而分析桥梁的承载能力和病害程度，一般情况下以反映桥梁结构的最不利受力状态为目标，用结构校验系数和相对残余变形等参数对结构的可靠性、刚度、安全度或强度储备等给予判定。而在试验数据的获取中，也不断的发展了各种形式的传感器技术，如应变的测量从箔式应变片、应变计、晶振式应变计、光纤式应变计到无线应变计等新技术，但是结构的性能评定参数仍然以上述指标为主。5．2分析及发展可以看出，静载试验是桥梁安全评定的重要技术手段，它是一项复杂并细致的工作，技术含量高，涉及面也相对较广，需要考虑的各种影响因素多。目前在国内许多科研机构和检测机构也具备了这种检测能力，但也可以看出其不足之处，主要为：桥梁病害本身对荷载试验影响考虑不足，不同的结构组合在有限元法的计算中可能有一定的偏差，特殊的桥梁设计结构或关键部件可能对静载试验带来影响及试验可能需较长时间的封闭交通等等。未来的检测方法必将改进当前的费时费力的复杂手段，且随着电子技术、通信技术和有限元分析水平的提高，取而代之的一定是快速评定技术方法。据资料显示美国桥梁诊断公司的BDI桥梁结构测试系统已完成可用于公路桥梁和铁路桥梁荷载测试的快速现场测试系统，同时网络化的发展也为远程数据传输、桥梁结构监控提供了可供想象的平台。将来的技术突破将最有可能在更准确模型算法、更好的硬件性能、更快的检测时间上进行研究。6小结以上仅对当前桥梁检测技术中的混凝土强度检测、基桩质量检测、混凝土钢筋锈蚀检测、桥梁静荷载试验检测四部分无损检测方法进行了概括性的现状分析，然而实际应用工作中还有更多的可研究内容和技术难题需要解决，总之，桥梁检测是集合多项专业技术的检测领域，它包含桥梁设计、结构力学、电子技术、计算机技术、材料试验等各方面的知识，建议对该相关领域的检测技术工作进行更全面更系统更深入的研究，对关键技术不断积累总结，让其发挥最大的经济效益和社会效益。参考文献：[1]张宇峰,朱晓文.桥梁工程试验检测技术手册.人民交通出版社.[2]王建华,孙胜江.桥涵工程试验检测技术.人民交通出版社.