超声回弹法在检测桥梁中的技术应用研究

杨允泉

(黔南州交通试验检测中心)

超声回弹法在检测桥梁中的技术应用研究

杨允泉

(黔南州交通试验检测中心)

当前国内外在桥梁检测方面有许多技术和方法，在桥梁检测中经常使用的试验方法有静载试验、动力试验、无损试验等等。其中，无损检测、超声回弹综合检测应用范围最为广泛。超声回弹综合法是通过混凝土试块的抗压强度和非破损参数间的相关管理建立曲线，也就是超声回弹综合法测强曲线，再根据实际的回弹以及超声结果判断结构混凝土的强度。根据实际的工程实例简述超声回弹法的应用。

超声回弹法;桥梁;检测;应用

1 工程概况

该工程包括路基土石方149万方，中桥四座(I、II号桥为1～20 m的简支空心板桥，III、IV号桥为3～20 m的简支空心板)。本项目路基宽度采用双车道二级公路进行设计，一般路段路基宽度12.0 m，断面布置为:0.5 m土路肩+ 2.0 m硬路肩+2×3.5 m行车道+2.0 m硬路肩+0.5 m土路肩。对该工程进行声波透射法检测，目的是检测桩身混凝土结构完整性，根据国家和省市有关规范、规程和规定，并考虑本工程的具体情况，经有关单位研究协商，确定本工程共检测4根桩。

2 超声回弹法检测概述

2.1 仪器设备

检测仪器设备采用武汉岩海RS－ST06D(D)跨孔超声检测仪，包括双孔换能器、孔口深度滑轮。数据自动连续采集。

2.2 基本原理

超声波透射法检测桩身结构完整性的基本原理是:由超声脉冲发射源在混凝土内激发高频弹性脉冲波，并用高精度的接收系统记录该脉冲波在混凝土内传播过程中表现的波动特性;当混凝土内存在不连续或破损界面时，缺陷面形成波阻抗界面，波到达该界面时，产生波的透射和反射，使接收到的透射波能量明显降低;当混凝土内存在松散、蜂窝、孔洞等严重缺陷时，将产生波的散射和绕射;根据波的初至到达时间和波的能量衰减特性、频率变化及波形畸变程度等特征，可以获得测区范围内混凝土的密实度参数。测试记录不同侧面、不同高度上的超声波动特征，经过处理分析就能判别测区内部存在缺陷的性质、大小及空间位置。

在基桩施工前，根据桩直径的大小预埋一定数量的声测管，作为换能器的通道。测试的每两根声测管为一组，通过水的耦合，超声脉冲信号从一根声测管中的换能器中发射出去，在另一根声测管中的换能器接收信号，超声仪测定有关参数并采集存储。换能器由桩底同步往上提升，检测遍及整个截面。

2.3 对超声回弹综合法的影响因素

如表1所示。

表1 各因素对超声回弹综合法的影响及处理方法

3 超声回弹法在检测桥梁中的技术应用

3.1 专用测强曲线的建立

测强曲线的建立有两种方法，一种是标准混凝土法，即采用标准曲线，再使用多个系数进行修正以确定该桥梁当前的混凝土强度;另一种是常用的最佳配合比法，即根据所采用的配合比、原材料等制作多组测强曲线，确定混凝土的强度。测强曲线的数学模型如下

模型的复相关系数为0.9310，相对误差为6.84%，完全满足检测精度的要求。

需要注意的是:(1)要选择合适的测试仪器;(2)要做好试块的制作和养护工作;(3)试块的测试，主要包括声时值的测量及声速计算、回弹值的测量及计算、抗压强度试验; (4)建立测强曲线。

3.2 回弹测试及回弹值计算

回弹测试的过程中，始终都要保持回弹仪的轴线垂直于混凝土测试面。应该首先选择混凝土浇筑方向的侧面进行水平方向的测试。如果不具备浇筑方向侧面水平测试的条件，可采用费水平状态测试，或者是测试混凝土浇筑的顶面或地面。测试回弹值应该在构件测区内超声波的发射和接受面各弹击8点;当超声波单面平测时，可在超声波的发射和接受测点之间弹击16点;每一测点的回弹值，测度精确到1。测点在测区范围内宜均匀布置，但不得布置在气孔或外露石子上;相邻两侧点的间距不宜小于30 mm;测点距构件边缘或者是外露钢筋、铁件的距离不应该小于50 mm，同一测点只允许弹击一次。

桥梁部分测区回弹代表值应该是从该测区的16个回弹值中去除3各较大值和3各较小值，剩下的10个回弹值按照下式计算

式中:R为测区平均回弹值，精确至0.1;Ri为第i各测点的回弹值。

3.3 超声测试及声速指计算

超声测点应该不止在回弹测试的同一个区域之内，每个测区布置3各测点，超声测试的方法分为对测、角测和单面平测;测试应该优先选用对测或者是角测，当被测构件不具备被测量的条件时，可采用单面平测。

超声波角测法就是指当桥梁结构和构件被测部分只有两个相邻的表面可以被检测，这时就可以选用角测方法测量混凝土中声速。在该工程中，选择角测法，每个测区布置了3各测点。

需要注意的是，布置超声角测点的过程中，换能器中心和构件的边缘距离不能小于200 mm。在检测时，如果一个表面比较窄，另一个表面较宽时，测点布置时可不相等，但二者相差不能大于两倍。

角测时超声测距计算如下

式中:li为角测第i个测点换能器的超声测距，mm;l1、l2为角测第i个测点换能器与构件边缘的距离，mm。

4 检测结果计算与分析

表2 该工程测量结果

续表2

本次检测的4根桩，其中:Ⅰ类桩4根，占所测桩数的100%;Ⅱ类桩0根，占所测桩数的0%;Ⅲ类桩0根，占所测桩数的0%。Ⅳ类桩0根，占所测桩数的0%。

5 结束语

综上所述，超声回弹综合法优势明显，在桥梁构件混凝土强度检测中的运用取得了较为显著的效果。在现场检测之前需要做好充分的准备工作，如仪器设备和构件的选择，对测区进行合理规划。在检测的过程中，需要选择合适的检查方法，对桥梁做全面和深入的检查。在分析和处理检测数据时，严格按照相关要求进行。然后，超声回弹综合法虽然是非破损法的一种，但是属于间接检测，其检测结果会受到多种因素的影响，检测精度也较低。所以，通过超声回弹综合法所得的构件混凝土抗压强度推定值只能被当做混凝土强度评估的参考值，当出现误差或者是争议时，要以破损法的检测结果为准。

［1］ 孙万洋.超声回弹法在检测桥梁中的技术应用研究［J］.四川建材，2010，(6):81－82.

［2］ 石为斌.超声回弹综合法检测桥梁结构混凝土强度的应用研究［J］.交通世界，2010，(7):116－117.

［3］ 孙全国，赵丽蓉.分析在检测桥梁中超声回弹法的应用［J］.门窗，2012，(5):34－35.

U442

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1008－3383(2015)10－0082－02

2015－03－26

杨允泉(1978－)，男，贵州都匀人，工程师，研究方向:公路工程试验检测。