市政桥梁混凝土结构检测要点分析

李陆锋

（漳州高新区市政公用服务有限公司，福建 漳州 363000）

近年来，随着我国城市建设的加速，市政桥梁数量、规模不断增加，日益成为城市道路系统中的重要组成部分。在桥梁工程施工中，混凝土桩极易产生缩径、空洞、混凝土离析和强度降低等问题。在工程项目竣工验收后，在长期的交通荷载、摩擦和自然环境的影响下，桥梁混凝土桩基与土体发生摩擦、地质结构，容易出现结构缺陷，因此，有必要加强市政桥梁混凝土结构检测，并根据检测结果对桥梁混凝土结构安全性进行评定，并制定切实有效的加固措施，以此提高桥梁工程结构安全性、可靠性，预防桥梁工程事故的发生。

1 桥梁混凝土结构检测技术研究

在市政桥梁工程检测中，常见的检测方法包括低应变、高应变、静荷载试验和超声波检测等。相较于其它检测技术而言，超声波检测技术具有无损、快速、经济性高等特点，是目前应用最为广泛的桥梁混凝土施工技术。超声波检测技术原理是借助超声波在介质中弹性振动传播的原理，由测试仪器产生脉冲信号，并通过发射探头将脉冲能量转换为机械振动（如图1所示）；接收探头在接收到机械振动后将其转换为电磁振动能量，并通过分析仪器显示混凝土结构变化曲线，以此判断混凝土结构的均匀性、缺陷性质和缺陷位置等。

超声波在混凝土结构中传输速度与混凝土介质密实程度有关。对于介质相同且距离相同的混凝土结构而言，波速越高则表明混凝土结构越密实，反之，则表明混凝土结构密实度较差。如混凝土结构中存在断层、孔洞、缝隙等问题，超声波经孔洞和缝隙时会发生变化，进而影响超声波波峰，导致可见波幅显著降低，检测曲线出现畸变。

图1：超声波检测原理示意图

2 超声波检测技术要点

2.1 超声测管埋设技术要点

在超声波检测中，声测管是实现超声波透射换能的通道，其埋设数量直接影响混凝土结构剖面检测数量和检测精度，因此，埋设声测管数量越多，其检测精度越高，从而能够全方位检测混凝土结构病害情况。但是，声测管埋设数量越多，其检测成本越高，并一定程度上影响混凝土结构监测效率，因此，在声测管埋设中，应综合考虑检测精度和检测成本两方面因素，合理布设声测管。以混凝土桩为例，一般直径小于800mm的混凝土桩可埋设2个声测管；直径大于800mm且小于2000mm的混凝土桩应埋设3个声测管，并按等边三角形布设；当混凝土桩直径超过2000mm时，应按正方形布设4根声测管。在实际应用中，声测管可采用焊接或绑扎的方式固定在混凝土桩钢筋笼内侧通道中，并按平行布置的方法埋设。由于声测管埋设质量直接影响混凝土检测结果的准确性，因此，在混凝土桩预制或浇筑施工中，必须加强对声测管埋设质量的管理和控制。此外，在声测管的选择方面，由于不同材质的声测管其透声系数存在一定的差异，超声波脉冲经换能器发出后，经声测管管壁转换至混凝土界面，经混凝土介质后由另一侧声测管返回，从而完成整个超声波检测过程。

2.2 检测过程注意事项

在混凝土桩检测中，应在成桩28d以后进行检查。检测前应对桩头部位进行开挖和清理，及时清除表面灰尘和污物，必要时可将表面混凝土磨平，确保检测混凝土介质保持一致，在桩头开挖和磨平过程中，应注意保护预埋的声测管，以免影响声测管密封性，必要时可采用相应的技术措施加以处理。同时，为确保检测信号质量，应对超声波检测仪进行律定试验，以波形清晰、声时准确为标准，改善检测仪因素对检测结果的影响。此外，根据检测混凝土桩桩径、桩长等因素，应合理选择适宜的换能器，优先选择重量较大的换能器，实现超声波信号收、发同步，确保检测结果准确性、可靠性。

2.3 检测结果分析要点

超声波频谱检测结果主要通过各频率的分量幅度解析获得，通过从中找出幅度最大的主频率，得到不同的频谱曲线，从而实现对混凝土桩结构病害的分析。在频谱分析中，应充分考虑检测仪分辨率、漏波、叠加波对检测精度的影响。

3 混凝土结构缺陷判定方法

在桥梁混凝土结构缺陷判定中，其关键在于对现场检测数据的分析。根据超声波检测技术原理，超声波声速、声时和声幅是反应混凝土结构病害情况的重要因素，依据三项重要参数，可采用声速概率法和PSD判定法对混凝土结构进行评定。

3.1 声速概率法应用要点

在混凝土结构良好的情况下，其超声波曲线应呈正态分布，如检测仪器存在误差，也应当呈正态分布规律。如混凝土结构因施工质量原因存在缺陷，其超声波曲线必然偏离正态分布，进而造成超声波声学参数产生偏离，因此，以声速作为混凝土结构病害检测依据时，应当对检测值是否符合正态分布进行计算，并正确区分异常值和正常值的标准差，从而准确找出异常值，并进行进一步的检测。根据该原理，声速概率法是依据测点声速与平均声速值的偏离程度进行判定的一种方法。声速及平均值计算方式如下：

式中：t为声时值（μs）；

l为两根声测管外壁的距离（mm）；

n为测点数量；

Vi为第i个测点的声速值（km/s）；

Vm为混凝土声速平均值（km/s）

当混凝土结构声速值显著低于平均声速临界值时，应将该区域标记为可疑区域（如图2所示），即Vi＜VD，VD为声速临界值。在桥梁混凝土结构检测中，可按声速平均值与2倍声速的标准差的差值计算声速临界值，以此找出声速异常值。在桥梁混凝土结构检测中，当检测面声速离性较小且标准差较小时，可能导致无法采用临界值方法找出异常值，进而造成声速概率法失效。针对该问题，可采用声速底限值作为混凝土结构可疑区域检测依据。声速底限值应结合混凝土结构设计强度和试件声速试验结果确定，避免出现误判。

图2：声速概率法判定混凝土结构缺陷

3.2 PSD评价法应用要点

在桥梁混凝土结构预制或浇筑过程中，由于客观因素的影响，混凝土结构均匀性存在一定的差异，因此，在超声波检测时可能出现声波离散的情况，同时，受声测管埋设、绑扎角度因素的影响，可能存在声测管扭曲的情况，进而造成声时检测值与理论值差异较大。针对该问题，可采用PSD评定法进行检测和评定。

PSD评定法是在声时概率法的基础上运用数理统计方法进行深层次分析，借助声时参数—深度曲线之间的斜率和声时差之间的乘积计算混凝土结构异常值，从而实现混凝土结构缺陷位置和缺陷程度的判定。相较于声时概率法而言，声测管倾斜、混凝土介质不均匀等问题对PSD评定法影响不显著，能够提高声时概率法的检测准确性。

4 结语

在混凝土结构检测中，不同的检测技术原理和检查方法存在较大的差异，可能影响混凝土结构检测准确性。超声波检测是一种应用较为广泛的混凝土结构检测方法，具有无损、检测方法简单、施工效率高等特点，广泛应用于各类混凝土工程中。在桥梁混凝土结构检测中，应结合混凝土设计强度等级、使用环境、荷载情况进行综合性分析，加强声测管埋设质量、检测过程质量控制，确保检测数据完整、可靠。混凝土检测完成后，应合理选择判定方法，确保数据分析准确，为桥梁工程加固提供有效依据。