弹性波检测客运专线桥梁墩台支承垫石密实度方法研究

黎敏

（中铁十一局集团有限公司,湖北 武汉430060）

弹性波检测客运专线桥梁墩台支承垫石密实度方法研究

黎敏

（中铁十一局集团有限公司,湖北 武汉430060）

在客运专线桥梁建设中，支承垫石混凝土的质量对整座桥梁的质量有着举足轻重的影响。判断支承垫石混凝土耐久性好坏的一个重要指标就是混凝土的密实度。混凝土的密实度可通过对混凝土直接取芯进行外观判断，也可以用超声波无损检测或用渗水性测定仪器间接判定，但这些检测方法都有速度慢、效率低的缺点，同时还有造成误判的可能。采用冲击弹性波无损检测方法可以有效避免这些不利影响，能够较为准确地测定混凝土内部密实度质量。阐述冲击弹性波无损检测的原理，介绍弹性波检测的测点布置及编号规则、测试数据及结果。

客运专线；支承垫石；密实度；冲击弹性波；无损检测

0 引言

支承垫石是桥梁结构的重要组成部分，它的好坏直接影响桥梁的使用寿命和结构安全[1]。支承垫石施工具有体积小、受力大、应力集中、分布钢筋密，施工精度要求高的特点。如果在工程施工中支承垫石标高及平面位置控制不好，分布钢筋布置不合理，就会造成支座受力不均匀或脱空等质量问题，从而引起严重的安全和质量隐患[2]。

支承垫石是桥梁结构中传力最为关键的部位，但在施工过程中仍存在一些质量问题。如：因标高控制不准确引起的支承垫石高程偏差过高或过低；因平面位置控制不准确引起的预留锚栓孔位置偏差过大；混凝土振捣过程中因钢筋过密造成漏振引起的混凝土内部空洞；模板跑模引起的支承垫石尺寸偏差过大；预留锚栓孔模具固定不牢引起的孔位倾斜或孔深不够；支承垫石预埋钢筋位置不准确引起的保护层过大或过小；养护不及时引起的收缩裂纹。这些质量通病严重危 害着桥梁的正常使用，如果施工时不注意防止或避免，交付运营后维修会非常困难。这些质量问题应引起施工、质检和验收人员的高度重视。因此，在梁体架设前确保垫石质量显得尤为重要。

1 检测原理

冲击回波法检测原理为:在结构混凝土表面利用瞬时的机械冲击产生低频的应力波，应力波传播到结构内部，遇到声阻抗有差异的界面如构件底面或缺陷表面时将被反射回来，并在构件表面、内部缺陷表面或构件底部之间来回反射产生瞬态共振，其共振频率能在振幅谱中辨别出来，然后通过对反射回来的应力波进行时域分析与频域分析，就能用于确定构件厚度及其内部缺陷位置[3]。

坚硬的物体在冲击混凝土表面时，形成一瞬间应力脉冲（见图1）。该应力脉冲由压缩波（纵波，P波）、剪切波（横波，S波）及瑞利波（R波）组成[4]。P波和S波沿圆形波阵面传入试体，R波沿表面传播[5]。当P、S波在传播过程中遇到缺陷或边界（底面）时，由于两种介质的声阻抗率不同，应力波在这些界面处将发生反射。这样，在表面与界面（缺陷与边界）之间产生多重反射，结果形成瞬时的类谐振条件。当把一个传感器置于冲击点附近时，即可测出该处由于多次反射波引起的表面位移响应。

图1 冲击反射原理

冲击反射测量中，主要关心的是P波，因为由P波所引起的表面位移比S波大得多。在传感器所获得的时间-位移曲线（简称时域曲线，如图2所示）上可看到P波多次反射引起的表面位移变化情况。

图2 测试分析结果

将所得的冲击响应进行快速傅利叶变换(FFI)，即获得该冲击响应中各种频率成分的振幅分布图，称为频谱图（振幅谱）或频域曲线。图2是应用该系统在一块混凝土板上冲击，接收到响应后再进行FFT变换，最后在计算机屏幕上获得的冲击响应（波形）的频谱图。谱图中最高的峰正是由于应力波在顶面与界面（此处为底面）间来回反射形成的振幅加强所致，这时最高峰所对应的频率就是厚度频率。

2 测点布置及编号规则

在测试中对每个螺栓孔布置3条测线，每个测线布置3个测点；测线之间的间距为5 cm，测点之间的间距为15 cm，每个垫石共布置6条测线；每个桥墩有两块支座垫石，即52-1（第52#桥墩北侧）和52-2（第52#桥墩南侧)。图3为测点布置图。

图3 测点布置图

3 测试数据及结果

各垫石螺栓孔检测结果见图4～图7，分析结果见图8～图11，各测点应力波速见表1，检测结果汇总见表2。

图4 52-1测试曲线

图5 52-2测试曲线

图6 53-1测试曲线

图7 53-2测试曲线

图8 52-1分析曲线

图9 52-2分析曲线

图10 53-1分析曲线

图11 53-2分析曲线

表1 各测点应力波波速值

表2 52#～53#桥墩支座垫石螺栓孔应力波法检测结果汇总表

4 结论

由检测结果可知各被检桥墩南北两侧支座垫石现龄期混凝土强度推定值均在50MPa以上；52#南侧垫石存在表层缺陷的情况，但不影响正常使用。综上所述，52#～53#桥墩支座垫石满足设计要求，可以正常使用。因此，利用冲击回波法无损检测结果中的频谱曲线，可以得到被测混凝土构件的内部密实情况，精度较高，完全可以满足实际工程检测精度要求。

[1]刘萌.超声波法在混凝土密实度检测中的应用[J].中国建材科技，2015(3)：20-22.

[2]荣宁.地震CT在混凝土无损检测中的应用研究[D].昆明：昆明理工大学，2008.

[3]肖云风.钢管混凝土拱桥无损检测技术及应用研究[D].长沙：湖南大学，2007.

[4]孙其臣.冲击弹性波技术在水工混凝土结构无损检测中的应用研究[D].北京：中国水利水电科学研究院，2013.

[5]张雪峰.冲击回波法在现浇混凝土箱梁厚度及密实性无损检测中的应用研究[J].2015(5)：232-233.

U443.2

B

1009-7716（2016）12-0156-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.12.046

2016-08-17

黎敏（1984-），男，江西新余人，工程师，从事工程施工技术工作。