超声回弹技术在桥梁检测中的应用研究

杨剑创、于凯、徐绍滨

（江西省天驰高速科技发展有限公司，江西南昌330038）

0 引言

随着社会高速发展，很多大型桥梁建设投入运营时间延长，已经开始进入到老化的时期。为了能够保证桥梁运行达到安全性、稳定性的标准，加强桥梁检测工作是必然的。目前，我国的桥梁检测技术与方法相对来说比较先进，在测试的过程中，采取的方法有无损检测技术、动力试验检测技术、静荷试验技术。按照桥梁检测技术的应用范围、技术功能，超声回弹综合检测法应用最为广泛。故而，对超声回弹技术在桥梁检测中的应用要点进行研究，归纳技术措施对测量工作开展有积极作用。

1 桥梁工程中的超声回弹技术原理

超声回弹技术和其他传统检测技术有着很大的差异，该技术是以传统检测技术为出发点进行检测的，进行了检测技术的改进和完善，保证其应用效果与质量。传统意义上的桥梁检测主要包括静载测试、动力测试、无损测试等方面。桥梁混凝土在进行静载检测的过程中，结合实际情况进行桥梁的垂直和挠度检测，确定扭转变形量参数。同时，在动力性试验的过程中，需要考虑车辆动力荷载在与桥梁结构的振动性。超声回弹综合检测方法是应用超声仪与回弹仪，检测确定混凝土相同区域内声音以及回弹值的变化情况。经过测量分析，通过公式和函数计算确定该范围内的混凝土结构强度性能。与回弹法或者超声法进行对比分析，超声回弹法可以有效地防止因为混凝土龄期较长或者含水率较高而产生不利的影响，其检测的精度较高，应用的范围比较大，可以真实地体现出桥梁的质量水平，为桥梁运行安全性的提升奠定基础。超声回弹技术主要是利用超声波的传递速度以及相关的回弹值、混凝土强度之间存在的关系作为基础，采用测试超声波的声速以及回弹值去计算混凝土的抗压强度[1]。

2 工程概况

某桥梁工程为大型箱梁结构类型，该桥梁建设时间较长，至今已有50 多年。该桥梁工程于2018年初进行检测时发现，桥梁相关车道边缘存在渗透、混凝土脱空与钢筋外露腐蚀等问题，故而需要对行车道混凝土强度进行测试，以便在掌握强度值之后，选择维修方案。

3 技术应用

在桥梁检测环节中对于超声回弹技术的应用需要构建出科学的技术方案，并且合理地选择相关的设备，在本项目工程中采取的技术措施主要有以下几个方面内容。

3.1 回弹仪

对于回弹仪来说，根据冲击能力的范围可以将其划分为三种类型：轻型、中型与重型。

一般情况下，当处于C50 强度以下的混凝土测定时，通常采取的是中型仪器进行测量，当强度处于高等级时，则采取重型仪器进行测定[2]。

3.2 回弹法测定仪器

对于回弹测定仪器来说，在应用的环节中主要通过采用指针读式示指系统对回弹仪进行试验。在具体操作环节，需要按照标准的检测回弹要求进行。

3.2.1 在测定的环节中，需要按照规范检测原则对脱钩产生的指标进行评价。

3.2.2 在操作中需要采取相关物体把回弹仪器盖起来，同时为了保证弹击杆能够直接进入仪器外面中，而后逐渐向后移动锤子，并且在弹击杆受到冲击后观察测定参数。最后再将压力放松，将单击杆伸出，随后复锤[3]。

3.2.3 在操作环节中，当弹击处于自由状态以后，需要使其能够同时与弹簧、弹击杆触碰，并且按照刻度标准来确定测定位置。

3.2.4 在回弹仪器应用时，需要使其能够保持在-4～40℃的环境中。

3.3 实际施工检验设备和方法

超声回弹法在操作前，需要做好现场准备工作，应用多功能超声检测系统进行，考虑到混凝土内超声回弹综合法检测的要求，进行桥面车行道强度性能检测。

3.3.1 建立专用测强曲线

在该桥梁建设施工中，应用的是C20 强度混凝土材料，在试验环节选择相同工艺建设进行。在具体设计中，将i 个区域强度转换值设定为fcu.i，MPa；将I 个侧屈修正系数设定为Vcu.i，km/s 进行超声波速值计算；修正第i 个测区后的回弹值为Rcu.i。而后将60 组数据回归线绘制出来，最后按照以下方程进行计算：

经过分析结果发现，模型的负相系数与相对误差值分别为0.9310、6.84%，结构达到精度的要求。

3.3.2 回弹测试

桥梁混凝土超声回弹检测工作的过程中，首先需要做好混凝土结构部件的侧向水平力计算分析，对于无法实施侧面水平检测的部位，进行非水平方向检测，此时可以通过回弹仪测量，保证被测部位处于垂直的状态。利用回弹仪重锤测量区域内发射超声波接收面分别弹击8 个点，单面测试的超声波区域内，需要设置16 个点进行测量。保证各个测量点均匀分布到被测的位置上，同时还不能设置到外露的砂石、钢筋等位置上。同时，在回弹测试操作时对取得的检测参数要及时记录，若发现检测数据存在偏差问题时，需要马上进行复测，一直到测试数据一致为止[4]。

3.3.3 超声测试

超声波测试点布置在可以超出回弹测试的位置上，单个区域内至少布置2 个测量点，进行检测和控制。对于桥梁混凝土测量时只有两个相邻面的情况，通过超声波角测法进行混凝土声速的测量。超声波角测法应用中，换能器中心和混凝土结构部件的距离超过200mm，在测量环节，如果两个测量表面是不对称的，或者尺寸不合格，测点布置有明显差异，但是也要符合国家标准的要求[5]。

3.3.4 计算过程及检测结果分析

在进行桥梁部位测量时，主要是采取超声回弹测量强度的方法进行。首先需要根据8 等分测区的要求确定每个桥面板，然后在8 个测量区域内选择10 个点进行回弹值的测量，去除测量的最大值和最小值，并且根据下式（2）中选取剩下的8 个回弹值平均数据。设测区平均回弹值为Rm；有效回弹值为n；第i 个测点的回弹值为Ri。但是要注意，在不同测试条件下，根据要求进行回弹值的修正处理。

式(2)中：设测区声速值为V，km/s；超声测距为L，mm；测区平均声速时值为tm；测区中三个测点的声速值为t1、t2、t3。

同时，在相关测试区域中，针对超声声速的计算，需要按照计算要求对测量值计算，计算方法按照公式（3）、公式（4）进行计算。

通过这两个方式进行计算，能够对平均声速进行计算后，则得到修正值与超声声速值。最后将修正以后获取的回弹值与最终的超声值套入到式（1）中，如此可以得到车道面板强度检测的参数值。

按照0.1us 和1mm 的精度参数做好各个超声声速与测距数据的控制，在测量误差控制中误差值需要达到1%范围内。此外，在混凝土测量环节中，需要按照测量区域中的测点能够反馈出混凝土的声速。在顶面或者地面测量时，按照规定参数确定。在测试环节中需要考虑修正后的最小声值以及最小回弹值，并且在了解强度参数的基础上，对相关的误差值得进行分析，保证获取的参数值得满足测定标准见表1。

表1 桥梁行车道板超声回弹检测结

通过分析表1 可知，在本次测试的45 块C20 行车道板块中达到设计需求的43 块，其中1 号以及39 号强度不足。由此结果可知，在历经了40年的使用以后，桥梁车辆通行道板强度依然良好，且在下板面检测发现并无裂缝问题出现，这就代表此板块不存在疲劳损伤问题。通过超声回弹技术的应用，在掌握科学检测参数同时，还能为桥梁承载力的评定奠定基础。

4 结语

从上述实际案例分析发现，超声回弹方法有下述优势：成本较低，不会对结构产生损坏或者不利的影响，且超声回弹法应用的仪器比较便捷，操作方便，可以立即进行检测，准确地掌握混凝土结构的抗压强度性能参数。当然，回弹数据的确定只能从表面质量方面分析确定，对于其内部的实际情况，回弹法就难以满足应用的要求，并且有很多因素会对准确性产生影响，容易导致测量精度变差。回弹法也可以对刚建设完成的混凝土结构进行检测，并产生很好的效果，但是要保证混凝土龄期不超过1000d，且只能检测常规混凝土材料。在具体的桥梁检测时，可以选择多种合适的无损检测方法，综合利用多种方法，发挥出检测的效果，提高检测精度和准确性。