无损检测技术在高铁特大桥梁工程中的应用

刘志谋

（中铁十九局集团第七工程有限公司，广东珠海 519000）

0 引言

高铁特大桥普遍采用钢筋混凝土结构，具有施工便捷、强度高等特点，但结构内部存在缺陷时，将严重影响桥梁的正常使用，需准确检测、正确处理。鉴于此，以梅汕高铁特大桥梁工程为背景，重点探讨无损检测技术在结构内部缺陷检测中的应用方法。

1 工程概况

梅汕高铁站前工程MSSG-2 标段，全长45.829 km，主要建设内容为路基（12.99 km）、桥梁（11.8 km）、涵洞（3 233.13 横延米）、隧道（20.22 km）。沿线建设中，梅江特大桥采用挂篮悬臂浇筑连续梁技术，为重点工程，包含桩基350 根、墩台39 座、桥跨38 跨。

2 高铁桥梁的质量问题

高速铁路桥梁的质量问题形式多样，如空隙、蜂窝麻面等，均会严重影响桥梁的通行服务品质以及安全性，且在特大桥梁中体现得更为明显。若未及时采取处理措施，则会导致结构内部的钢筋裸露，持续与潮湿空气等外部环境接触而发生锈蚀。不仅如此，受氧气的影响，钢筋由表及里还会逐步产生氧化铁，且该部分物质被推挤至混凝土中，造成脱落现象。

3 高铁桥梁内部缺陷无损检测技术

高铁桥梁内部缺陷的检测对技术水平提出较高的要求，在无损检测技术范畴中，以超声波CT 法和地质雷达法较为典型，因为这两种无损检测技术可在不影响高铁桥梁内部结构完整性的前提下准确发现问题。

3.1 超声波CT 检测

超声波在传播期间，遇物体时将发生绕射、反射、衰减等现象。因此，超声波检测技术可巧妙地应用到该原理，判断结构内部是否存在缺陷。

施工单位在利用超声波检测时，通常采用的是穿透法。具体来说，就是以发射换能器为核心装置，其发射的超声波可以在混凝土结构中传播，遇结构内部裂缝、空洞等缺陷时，对应的高频成分和振幅均会衰减，且在超声波的反射、绕射现象之下，波形有畸变的情况。为准确判断结构内部的缺陷，应从超声波振幅、声速、频率等方面切入，经综合考虑后，对结构缺陷情况做出准确的判断。

3.1.2 内部缺陷大小的计算方法

桥梁混凝土结构存在缺陷后，还需进一步考虑其发生的位置以及实际大小。结构内部缺陷的大小可采取量化计算与分析的方法：

式中，r 为空洞半径，单位m；l 为测距，单位m；d 为换能器直径，单位cm；tn和tm分别为绕空洞传播的最大声时、无缺陷混凝土平均声时，单位dB。

根据已有数据展开计算，可以确定空洞的具体半径，从而明确缺陷的大小。

3.1.3 数据分析

我们在面对田野资料时，必须考虑这些资料的生产过程。在田野中，无论是各类民间文献还是口述资料，它都有一个生产的过程。在西方人类学领域，production是个非常重要的分析概念。我认为，实践民俗学也特别需要引入这个概念。田野资料的生产过程至少包含着两个层面的内涵：一是作为地方知识的田野资料有一个数十年、数百年的历史生产和积累过程；二是被访谈人或受访者的讲述本身又是对这些地方性知识给予再生产的过程。

数据处理时，应考虑声时、声速及振幅，确保各项数据均具有完整性与准确性，以免出现误判、漏判的情况。具体至本次分析中，重点考虑的是过缝和不过缝两种情况，将各自的数据加以排列统计，若结构存在孔隙、疏松等问题，则该缺陷处将出现连续性脉冲波通过的情况，直接表现为超声波的频率和波幅均显著下降，而声时有略微提高的趋势，根据此类特征，可以对混凝土结构内部是否存在缺陷做出准确的判断。

若测试数据较为离散或数据总量不足（此时缺乏代表性），则可以考虑超声波通过以及不通过结合面各自的波幅值和声速，根据两项指标也可以对桥梁结构内部缺陷情况作出判断。相较于超声波通过结合面的波幅和声速而言，若不通过结合面的两项指标均更大，则说明存在异常测点[1]。

3.1.4 检测结果

检测后汇总所得数据展开对比分析，从而生成准确的判断结果。肖维勒和格拉布斯法是较为典型的检测结果分析方法，基本思路为：

（1）相同测区内的测点均具有一致的测距，鉴于此特点，可将声时作为重点判断指标，用于确定异常值。

（2）汇总各测点的声时值，按大小关系排序，即t1≤t2≤t3……≤tn，在该关系下，位于后方且偏大的声时值可以视为可疑值，再从中选取最小值，将该数据与前半部分的声时值结合，分别进行标准差统计和平均值统计，根据所得结果确定异常值的临界值（X0），具体计算方法：

若可疑值≤异常值的临界值，此时异常值的选取范围为可疑值及其后方的声时值；在此基础上，按照由后向前的顺序依次判定存在于可疑值之前的声时值，按照此方法操作，直至不存在异常值为止。至此，可以检测出缺陷的发生位置以及实际数量。

3.2 地质雷达检测

3.2.1 检测原理

地质雷达检测是现阶段桥梁结构内部无损检测的重要方法，其原理如图1 所示。雷达发射天线向被测物发送脉冲式高频电磁波，期间经过电性差异（主要指介电常数和电导率均不同）的界面时，则会产生反射波和投射波，可以由接收天线接收，并在电缆的“联系”下传输至主机，从而通过人机交互界面显示时间剖面信息。

图1 地质雷达探测原理

收集反射波相关信息，可以根据到达时间展开计算，已确定电磁波在介质中的传播速度，进而判断界面或目标体的深度。此外，从反射波的形态及强弱等角度来看，可以对目标体的性质做出判断[2]。

3.2.2 地质雷达现场检测及结果

项目验收中发现桥梁第20 孔端部支座周边区域有异常现象，具体表现为敲击空响问题。对此，引入地质雷达法，根据检测需求配置高频天线，组织结构内部的缺陷检测工作，用于判断空响的区域。根据现场作业条件，项目采用的是LTD-2200 型地质雷达+屏蔽天线（900 m）的方法，测线布置如图2 所示。

图2 测线布置示意

经检测后可知结构存在不密实的情况，集中区域为梁底左侧0～0.8 m、右侧4.18～4.98 m。对此，采取注浆整治的方法，并于20 d 后再次检测（此阶段依然采用的是地质雷达法），从而对注浆整治情况做出判断。实测结果表明，雷达图像无异常现象、结构内部的钢筋清晰可辨，表明注浆的方法具有可行性，可取得较佳的整治效果。

3.3 检测应用分析

通过超声波CT 检测方法的应用，可以较为准确且快速地确定桥梁及梁端的结构强度，再根据此方面的数据推断混凝土的密实情况。若采取地质雷达法，则可以更为便捷地完成梁体局部缺陷的检测工作，但在桥梁整体结构或是大规格结构的检测中缺乏可行性。

两种方法各有优劣，因此可以采取两种方法相结合的模式。例如，首先应用超声波CT 法，用于判断桥梁的强度情况，初步界定缺陷部位；随后，利用地质雷达法做进一步的检测，将两项结果对比分析、相互验证，最终准确判断质量情况[3]。

4 注意事项

（1）准备工作。工作人员需深入现场，确定具体的测试面，制定完善的方案，以便后续能够合理应用内部缺陷无损检测技术。期间，应利用细砂纸打磨测试面，使其光滑度满足要求，再结合尺寸情况，按特定的间距布设测点。

（2）数据的分析和处理。一方面，需准确判断声时、声速与振幅；另一方面，准确判断波形。以取得的数据为依据，对混凝土结构内部缺陷情况做出判断，再进一步制定整治方案，快速解决问题。

5 结语

综上所述，在科学技术日新月异的发展背景下，无损检测数字化技术的应用范围逐步扩宽，实践表明，将其应用于桥梁结构内部缺陷检测中具有可行性。现阶段，超声波法和地质雷达法均取得广泛的应用，可作为判断混凝土结构内部质量情况的关键依据。本文对主流无损检测技术的应用要点展开分析，希望可作为类似工程的参考。