淺談道路橋梁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用
2015-12-29
一、道路橋梁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的意義
傳統(tǒng)的方法是對(duì)公路橋梁隨機(jī)選點(diǎn)，鉆孔取樣，在室內(nèi)對(duì)所取樣本進(jìn)行分析和處理，從中獲取各種有價(jià)值的工程參數(shù)。這種方法的局限性表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：1）因被測(cè)點(diǎn)是操作人員隨機(jī)選擇的，所以檢測(cè)結(jié)果很難具有代表性。2）由于檢測(cè)點(diǎn)有限，覆蓋面密度較小，使某些存在缺陷的不良區(qū)段反而被漏檢，從而埋下質(zhì)量隱患。3）雖然鉆孔取樣精度高，但其會(huì)對(duì)路面造成破壞，且修補(bǔ)時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力。無(wú)損檢測(cè)技術(shù)作為快速、直觀，且能夠顯示道路橋梁內(nèi)部狀態(tài)的檢測(cè)設(shè)備和技術(shù)手段，能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法的不足，它在開展道路橋梁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)研究、建立科學(xué)的評(píng)價(jià)體系、改善路面設(shè)計(jì)等方面具有重要的意義，也必將帶來(lái)道路橋梁改造方案的優(yōu)化和道路橋梁管養(yǎng)水平的提高。
橋梁的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)(NDT)有較大的發(fā)展空間，包括超聲檢測(cè)、紅外檢測(cè)、聲發(fā)射、自然電位檢測(cè)、沖擊回波檢測(cè)、X射線檢測(cè)、光干涉、脈沖雷達(dá)、振動(dòng)試驗(yàn)分析等。在公路橋梁結(jié)構(gòu)中應(yīng)用NDT，可以提高新建結(jié)構(gòu)質(zhì)量的安全性；可以提供結(jié)構(gòu)損傷的標(biāo)志，例如，污染程度，鋼筋混凝土橋梁的氯侵蝕程度；可以記錄支座處的聲發(fā)射，反映了裂紋或過(guò)大的摩擦力或從墊層支座正在擴(kuò)展的裂紋。無(wú)損檢測(cè)的這些結(jié)果可以作為結(jié)構(gòu)評(píng)估的輔助。
在一些情況下，與侵入檢測(cè)相比，無(wú)損測(cè)試更快捷，縮短了測(cè)試期間的交通管制時(shí)間，從而降低了成本。雷達(dá)可以快速掃描潛在的結(jié)構(gòu)空洞，雷達(dá)在NDT 中的使用證明了NDT 的速度和便捷性。聲傳播的使用進(jìn)一步說(shuō)明了調(diào)查的有效性。聲傳播可以用于檢測(cè)長(zhǎng)護(hù)欄的潛在腐蝕。隨后可對(duì)疑似區(qū)進(jìn)行更細(xì)致的檢測(cè)，例如使用鉆孔、直接量測(cè)和超聲技術(shù)來(lái)確定未腐蝕厚度。NDT 間接測(cè)量了外形特征，測(cè)試結(jié)果依賴于信號(hào)在結(jié)構(gòu)內(nèi)非連續(xù)區(qū)的反射時(shí)間。該信號(hào)的速度依賴于結(jié)構(gòu)材料的性質(zhì)，該性質(zhì)不一定明確。因此，需要專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)解釋收集的數(shù)據(jù)，并判斷在物理特征或材料性質(zhì)方面的意義。
二、無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在道路橋梁中的應(yīng)用
1.頻譜分析技術(shù)
波在不同介質(zhì)中傳播時(shí)，其頻率不同，根據(jù)頻率特性對(duì)介質(zhì)進(jìn)行分析的技術(shù)即為頻譜分析檢測(cè)技術(shù)。在路面結(jié)構(gòu)表面，用力錘施加一個(gè)瞬時(shí)垂直的沖擊力，可以得到一組瑞雷面波，這種波是以振源為中心的，具有各種不同頻率，在一定地表深度上向四周傳播。施加力時(shí)，改用錘頭不同的力錘或者對(duì)力錘的重量進(jìn)行調(diào)整，得到瑞雷面波信號(hào)頻率成分會(huì)與之對(duì)應(yīng)，在不同的位置設(shè)置傳感器，可以檢測(cè)到傳播頻率不同的的波。頻譜分析技術(shù)可以用來(lái)分析檢測(cè)路面不同分層介質(zhì)的均勻性以及厚度，還可以檢測(cè)路面各層間的接觸情況。
2.圖像技術(shù)
圖像技術(shù)主要有兩種，一種是激光全息圖像攝影技術(shù)，另一種是紅外成像技術(shù)。激光全息技術(shù)的原理是對(duì)材料進(jìn)行全息攝影，然后對(duì)得到的圖像進(jìn)行分析，從而得出相關(guān)的力學(xué)量，它除了能夠?qū)θ珗?chǎng)情況進(jìn)行觀測(cè)外，還具有直觀和精度高的優(yōu)點(diǎn)。紅外成像技術(shù)是根據(jù)不同的介質(zhì)導(dǎo)熱性能不同進(jìn)行檢測(cè)的方法，熱敏傳感器上呈現(xiàn)出的是結(jié)構(gòu)物內(nèi)部的溫度場(chǎng)分布狀況和熱傳導(dǎo)規(guī)律，檢測(cè)數(shù)據(jù)以圖像的形式顯示出來(lái)，反映出結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部狀況。
3.光纖傳感檢測(cè)技術(shù)
光纖對(duì)某些特定的物理參數(shù)比較敏感，利用光纖的這種特性，外界物理量會(huì)被轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，直接對(duì)光信號(hào)進(jìn)行測(cè)量的技術(shù)即光纖傳感檢測(cè)技術(shù)。在橋梁檢測(cè)過(guò)程中應(yīng)用光纖傳感檢測(cè)技術(shù)，能夠監(jiān)測(cè)橋梁鋼索索力，對(duì)于預(yù)應(yīng)力連續(xù)混凝土梁，還可以科學(xué)測(cè)量和監(jiān)測(cè)其內(nèi)部應(yīng)力以及應(yīng)變特性，構(gòu)成光纖智能橋梁。
4.激光檢測(cè)技術(shù)
激光具有高亮度的特點(diǎn)，因此它具有較好的方向性、衍射性以及相干性。光電流隨激光的光強(qiáng)變化，光強(qiáng)越強(qiáng)，光電流越強(qiáng)，這正是路面檢測(cè)的原理。在檢測(cè)路基和路面的過(guò)程中，彎沉測(cè)定、距離測(cè)定、平整度測(cè)定以及紋理深度測(cè)定都主要靠激光檢測(cè)技術(shù)。激光的光電流隨光強(qiáng)發(fā)生變化而變化，可以得到光電流的位移數(shù)據(jù)，根據(jù)得到的數(shù)據(jù)反算彎沉位移的變化量。
5.超聲波檢測(cè)技術(shù)
超聲波檢測(cè)技術(shù)是根據(jù)瞬間應(yīng)力波原理對(duì)橋梁內(nèi)的空隙之處進(jìn)行檢測(cè)。該技術(shù)采用小鋼球?qū)炷帘韺舆M(jìn)行敲擊，以較為短暫的機(jī)械撞擊造成低頻應(yīng)力波，并傳至道路橋梁結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，從斷裂面處反射出來(lái)，通過(guò)分析反射波形態(tài)對(duì)路橋的空隙處進(jìn)行判斷。該技術(shù)是通過(guò)利用來(lái)自多個(gè)方面的超聲波而引起瞬間共振，一直對(duì)路橋裂隙、結(jié)構(gòu)完整性進(jìn)行檢測(cè)，并且可從信號(hào)記錄情況中了解空隙的位置。
在道路橋梁的檢測(cè)工作中應(yīng)用超聲波檢測(cè)技術(shù)，一來(lái)可檢測(cè)橋梁在樁、板、梁等方面的結(jié)構(gòu)情況，二來(lái)可檢測(cè)管道中有無(wú)空隙存在，如此一來(lái)便可對(duì)存在問(wèn)題的道路橋梁及時(shí)采取維修措施。然而，該項(xiàng)技術(shù)仍存在需要改進(jìn)的不足之處，該技術(shù)的檢查結(jié)果比較容易受到多種因素的影響。以管道為例，管道內(nèi)部若存在空氣、水分或是蜂窩體均會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，管道處于相交或相鄰的狀態(tài)下會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，管道所采用材料的不同也會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果。此外，超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)于道路橋梁在密實(shí)性方面的檢測(cè)也仍舊需要采取深入研究。
6.探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)
探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)借助10～1000 MHz(或更高)的高頻電磁脈沖波，采用寬頻帶短脈沖的方式，從發(fā)射天線被送到地下，雷達(dá)脈沖波在地下傳播期間，若遇到的介質(zhì)交界面電性存在差異，則會(huì)有部分雷達(dá)脈沖波的能量由地下反射到地面，并由接受天線所接受。探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)可對(duì)缺陷區(qū)域的深度、大小以及形狀方面進(jìn)行精確測(cè)定，具備操作簡(jiǎn)單、效率高、節(jié)省人力資源等優(yōu)勢(shì)，且其檢測(cè)范圍較大，不因周邊環(huán)境而影響檢測(cè)結(jié)果。
探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)是通過(guò)研究在地下介質(zhì)的交界面處所返回的反射波，對(duì)反射波的波幅情況以及到達(dá)地面所需要的時(shí)間進(jìn)行記錄，通過(guò)反射波記錄結(jié)果分析道路橋梁地下介質(zhì)具體分布情況，該技術(shù)以其高分辨率使之在淺層、超淺層等方面的檢測(cè)工作中備受青睞。
三、道路橋梁無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用前景
無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在道橋工程中應(yīng)用，與其他技術(shù)一樣需要進(jìn)行研究、開發(fā)、利用。因此對(duì)于道橋工程無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究開發(fā)應(yīng)用是一個(gè)較新的領(lǐng)域，需要我們?cè)谄鋺?yīng)用領(lǐng)域不斷開拓，解決許多急待解決的問(wèn)題。
近年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛提升，道路橋梁建設(shè)也得到了快速發(fā)展。因此關(guān)于道橋的檢測(cè)，傳統(tǒng)的檢測(cè)手段已經(jīng)很難滿足新時(shí)期的要求，目前，無(wú)損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為了道路橋梁檢測(cè)中的重要方法。
總結(jié):
無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是一門多學(xué)科的綜合應(yīng)用技術(shù)，是建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上的，因此首先要加強(qiáng)各相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科的研究，不斷吸取精華，促使無(wú)損檢測(cè)技術(shù)不斷完善和發(fā)展。在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究中，應(yīng)善于把基礎(chǔ)理論與工程實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，建立起理論研究與工程應(yīng)用聯(lián)系的橋梁，開辟新的應(yīng)用領(lǐng)域和檢測(cè)內(nèi)容，不斷拓展到道橋的路線勘測(cè)設(shè)計(jì)、路線的橫斷面設(shè)計(jì)以及橋梁的設(shè)計(jì)中來(lái)。
