冲击回波法在混凝土梁桥内部缺陷检测及修复上的应用

2018-07-04宋敏芳

福建交通科技 2018年3期

关键词：麻面蜂窝腹板

■ 宋敏芳

（1.福建省交通科学技术研究所；2.福建省公路工程试验检测中心站，福州 350004）

0 引言

截至2016年底，中国已经建成公路桥梁约80.53万座，并且以每年2～3万的数量在不断增加。随着时间的推移，由于自然环境、材料劣化、施工缺陷、超载因素等，桥梁结构会出现不同程度的损伤和病害[1]。

目前在结构内部缺陷检测方法近年来有了较大发展。国内外许多学者基于不同的理论和方法提出了多种检测手段，主要应用的技术诸如：磁通量法、射线法、超声法、电磁波法、热图像识别法、冲击回波法等，有力地推动了桥梁检测技术的发展。

本文针对冲击回波法检测混凝土内部缺陷，结合某桥的案例，阐述冲击回波法在某工程项目中混凝土内部缺陷检测以及修复效果验收上的应用，为混凝土内部缺陷的测试提供一个新的快速检测方法。

1 冲击回波原理

冲击回波法是通过锤击方式产生瞬时冲击弹性波并接收冲击弹性波信号，通过分析冲击弹性波及其回波的波速、波形和频率等参数，判断混凝土结构内部缺陷。

冲击回波法可用于混凝土构件厚度及内部缺陷检测、预应力管道压降密实度检测、结合面密实度检测等方面。其检测原理如图1所示，通过锤击使混凝土结构表面产生P波（纵波）和S波（瑞利波），并传输到混凝土结构内部。P波和S波受内部缺陷（声阻抗差）或外部边界影响而被反射。当反射波返回混凝土结构表面时，接收传感器会测量到二者的位移。当传感器被放置在离冲击点较近位置时，响应主要反应了P波反射波的位移。由于P波在混凝土内部空隙经历多次反射，传感器能够检测到一系列的低振幅震荡波谱，从而反映出混凝土内部缺陷[1]。

图1 冲击回波法基本原理

2 工程概述

某大桥全长189.80m（含两侧梁端至支座中心各0.60m），孔跨类型为（50+90+50）m预应力混凝土双线连续梁。

大桥上部结构为预应力混凝土变截面连续箱梁，横截面为单箱单室直腹板。支点截面中心处梁高6.0m，跨中截面中心处梁高3.0m，梁高按圆曲线变化；全桥箱梁顶板宽9.40m，底板宽6.0m，顶板厚0.30m，腹板厚分别为0.80m、0.65m、0.45m，底板厚度由跨中0.30m按圆曲线变化至支点根部0.80m。

箱梁采用C55标号混凝土，管道压浆采用水泥浆强度等级不低于M55，封锚采用C55补偿收缩混凝土。全桥采用三向预应力体系：纵、横向预应力体系采用抗拉强度标准值为fpk=1860MPa，公称直径为Φj15.20mm高强度、低松弛钢绞线；竖向预应力体系采用Φ32mm预应力混凝土用螺纹钢筋。预应力管道采用内径Φ90mm金属波纹管。

大桥完成1#墩A1、B1节段的施工。在A1、B1节段拆模后，发现箱梁腹板外侧均出现较大面积的混凝土蜂窝、麻面病害情况。事故梁段纵向位置图如图2，横断面布置图如图3。现场病害情况如图4。

图2 事故梁段纵向位置图

图3 横断面布置图

图4 箱梁腹板外侧病害图

3 现场外观检查及无损检测结果

3.1 桥梁外观检查结果

通过现场对腹板外侧混凝土的外观检查，结果如下：

（1）A1节段右腹板：距梁底板0.30m处，1处混凝土蜂窝、麻面，长 3.00m，高 1.90m，面积 S=5.10m2，测得最深内部蜂窝深度为72.0mm（图5右侧腹板）；

（2）A1节段左腹板：距梁底板0.00m处，1处混凝土蜂窝、麻面，长 3.00m，高 2.84m，面积 S=5.51m2，测得最深内部蜂窝深度为32.6mm（图5左侧腹板）；

（3）B1节段左腹板：距梁底板0.00m处，1处混凝土蜂窝、麻面，长 3.00m，高 1.86m，面积 S=5.04m2，测得最深内部蜂窝深度为52.0mm（图6左侧腹板）；

（4）B1节段右腹板：距梁底板0.00m处，1处混凝土蜂窝、麻面，长 3.00m，高 2.00m，面积 S=6.00m2，现场通过凿除表面松散混凝土，测得最深内部蜂窝深度为167.8mm（图6右侧腹板）。

图5 A1段右、左侧腹板外墙病害示意图

图6 B1段右、左侧腹板外墙病害示意图

3.2 桥梁混凝土冲击回波检测结果

本项目采用了美国Olson公司生产的IES扫描式冲击回波测试系统（见图7），对病害区腹板混凝土进行内部缺陷检测，检测结果如下：

图7 IES扫描式冲击回波测试系统

（1）经现场对构件混凝土波速测量，C55标号混凝土实测波速值为3900～4050m/s，略小于实验室得到的强度对应的参考波速（4000～4500m/s）；

（2）采用冲击回波法对腹板混凝土内部缺陷情况进行检测，现场实测结果见表1。

表1 混凝土内部缺陷冲击回波检测结果表

由表1结果表明四扇腹板缺损位置主要区域均存在缺陷反应，主要是深色图像区域，区域较集中于外观检查中表层蜂窝、麻面区域。腹板混凝土表观良好区域未发现明显的内部缺陷。

由表2结果显示，通过冲击回波法能够很好的得到混凝土内部未灌注预应力管道浆液时的“缺陷”反应，图像显示真实。

表2 混凝土内部缺陷冲击回波检测结果表

结论：通过扫描，该测量区域无异常情况。红色区域走向与预留的腹板束F3管道走向一样，主要是受波纹管影响，产生不密实反应，不属于缺陷反应。蓝色区域为小范围表层混凝土蜂窝、麻面。

3.3 桥梁混凝土修复后冲击回波检测结果

本项目现场缺陷经专家会讨论，先对缺陷部位的松散混凝土采用高压水冲法进行清除，清除后涂抹界面剂，再采用C60自密实混凝土进行修复处理。为确保修复区域修复后新混凝土与旧混凝土之间粘结性能和结合面密实度能够满足要求，对修复区域进行检测，冲击回波检测结果见表3。

表3 修复后混凝土冲击回波检测结果表

根据表3中修复后混凝土冲击回波检测测量成像结果表明，修复后的混凝土内部未发现明显缺陷。新旧混凝土之间粘结性能良好和结合面密实度能够满足要求。

3.4 现场检测注意事项

根据本项目的实际检测经验，采用冲击回波法现场检测混凝土内部缺陷时，应注意几个关键因素：①使用IES系统检测混凝土内部缺陷时，检测对象最好是等厚度构件；②测量前，现场需要对构件混凝土波速进行现场标定，并选择合适的测量点数以及采样频率；③由于边界效应的影响，第一条测线的布置距离边界不得小于0.3倍的理论厚度值；④有条件的情况下，现场需要对测线进行表面处理，清除混凝土表面的杂质，排除干扰因素。