桥梁检测中超声回弹技术的应用分析

文/张炜

1 前言

新时期背景下，随着我国科学技术的不断发展，越来越多的新型检测技术应用于桥梁工程检测中。其中，无损检测技术就是常用的一类检测技术策略。由于无损检测技术类型比较多，它包含了脉冲雷达、红外检测、超声回弹法等。超声回弹法的应用能够为桥梁检测工作开展带来便利，该技术具备一定的科学性，能够准确地检测桥梁存在的问题，为后续工作的开展奠定良好的基础，因此本文对超声回弹技术的应用情况进行分析，探寻更为科学有效的检测方法，以此为提高桥梁结构的安全性和稳定性提供非常重要的帮助。

2 工程概况

某桥梁项目的主体结构是钢筋混凝土现浇箱梁拱桥形式，其长度为151m，宽度为15.5m，从东到西按8×20m+1×200m+4×20m 布设，主孔结构采用的是箱室等截面悬链线性五铰拱。在桥梁管理单位对该桥梁进行竖向挠度检测时发现，桥梁主拱支架位置上的木支撑结构发生倾斜，拱架、支架、腹板等多个结构存在裂缝问题，导致桥梁运行安全性无法满足要求。根据实际情况需要，技术人员拟采用超声回弹技术实施混凝土结构强度检测，为桥梁的加固与养护施工提供可靠数据，促进桥梁总体运行效果和质量提升[1]。

3 超声回弹技术检测原理

3.1 测定仪器的选择

针对混凝土的桥梁结构形式，在实际操作中应用超声回弹检测技术进行，主要的检测设备是指针直读式混凝土回弹仪装置。在水平弹击环节，弹击锤脱钩瞬间回弹仪能量标准值为2.207J。如果混凝土结构硬度较高，则需要在顶住回弹仪后盖时增加压力，让弹击杆直接压入回弹仪外壳之后开始移动重锤，在特定弹力的影响下开始将重锤脱钩弹出来，击打弹击杆，受到外力作用，弹击杆会直接弹击到混凝土表面。弹性势能连续性作用，重锤回弹带动指针划片在电阻杆上划线，逐步减小压力，最终重锤回归到初始位置上[2]。

3.2 超声回弹检测技术原理

超声回弹技术的目标是测定混凝土表面结构的硬度，然后明确具体的抗压强度，确定桥梁的承载性能。混凝土结构强度与表面强度存在直接关系，回弹仪设备内的重锤在待检测的混凝土表面撞击，测定的回弹值就是混凝土结构的强度参数，利用测量重锤回弹之后的运动距离，可以计算确定混凝土的强度。经过试验检测后，将回弹值与混凝土强度建立函数关系，计算确定得到抗压强度参数，最终可以得到桥梁混凝土结构的稳定性数值。应用超声回弹技术进行桥梁混凝土强度检测时容易受到很多因素的影响，比如水泥类型、水泥加入比例、砂石集料、外加剂的类型与加入比例、材料含水量参数、碳化程度等方面，因此相关工作人员需要综合分析实际情况，消除不利因素的干扰和影响，保证测量精度，满足工程质量分析和控制的需要[3]。

4 超声回弹技术的应用

根据本次桥梁的测量需要，应用穿透力较高的低频超声仪进行检测，以确定精确的混凝土强度性。该设备所产生的冲击能量为2.25N·m，是HT225 型中型回弹仪，测量环境处于10～30℃之间，以保证检测的质量和效果，测量范围内需要检测的混凝土侧面应用回弹仪明确具体的水平位置。根据测量工艺要求，测量范围面积为0.04m2，间隔距离一般不会超过2m，测量范围与施工缝隙、混凝土结构边缘部位的距离控制在0.2～0.5m。任何混凝土测量结构都要至少确定10 个测量区，每个测量结构内设定的测量点设定间距为3cm。如果空气环境中存在二氧化碳，其和水发生反应，并且直接和混凝土结构内的Ca(OH)2 发生反应，然后形成碳酸钙，就会导致混凝土材料的碱性下降，进而出现碳化反应。通过该桥梁工程的结构性能分析发现，其碳化反应的速度相对较为缓慢，试验选取的混凝土块的碳化深度比较小，进行必要的分析之后，不考虑碳化反应对超声回弹结果产生的不利影响，检测后数据达到精度的要求，完全满足桥梁质量检查和标准的要求[4]。

4.1 构建测强曲线

超声回弹检测技术在进行混凝土结构部件强度曲线分析确定时，主要有如下两种类型：通过标准曲线进行设置，然后依据多种校正系数来明确混凝土结构强度的参数，这是标准混凝土检测的方式；结合原材料的加入比例创建多组强度曲线，然后分析确定混凝土结构的强度性能，这是最佳匹配率法。利用最佳匹配率法所测定的混凝土强度参数有着较高的准确性，可以达到检测精度的标准和要求，所以采用这种方法测量区域内抗压强度和超声声速值与超声回弹值函数关系，能够为各项数据的分析与判断提供精准的数据。另外需要注意的是，在进行曲线构建的阶段中，为了保证曲线的真实性达到实际需要，工作人员还需要根据桥梁的检测要求做好数据的核对工作，确保每一次的检测参数都一致，以此给后续工程的开展奠定基础[5]。

4.2 回弹测试

针对具体的桥梁混凝土结构超声回弹检测，首先需要进行各个结构部件的浇筑方向侧面水平测试，如果该结构部分无法进行水平测试，则需要采取非水平方式进行检测。具体检测环节，应该保证超声回弹仪的轴线和被检测的混凝土表面是垂直的。利用超声回弹仪重锤进行测量，所确定的超声波与接收面总计需要弹击8 个点，然后开展单面的超声波测试工作，测试区域内发出、接收的超声波弹面总计有16 个点。这些测量点需要均匀地设置到被检测的混凝土表面，并且没有设置在气孔、露筋等位置上，测点与混凝土结构边缘、露筋、气孔、砂石等结构要保持有50mm 以上的距离，并保证测量的精度符合要求。

4.3 超声测试

超声波测试点选择和设定，一般来说可以超出回弹检测的范围。通常来说，每个检测区域范围都要布置3 个测点。如果被检测的混凝土结构只有两个相邻的表面，则可以通过超声波角测法的方式实施测量，也能够得到较为准确的测量数据信息。具体的角测点的布置环节，保证换能器的中心和混凝土结构边缘间隔距离不能小于200mm。测量进行时，如果两侧被测量表面的尺寸不同，或者并不是对称设置的方式，测点布置的间距距离可以有所差异，但是绝对不能超出国家标准的规定要求。另外，综合分析测量曲线精确度与可靠性方面的要求，应该在相同测量区域范围内选择使用混凝土取芯的方式进行混凝土结构强度参数的修正处理，具体的修正系数要按照当前国家规范标准要求确定。

4.4 桥板强度测评

桥梁混凝土结构的检测过程中，通过超声波回弹法进行桥板强度的检测是比较重要的一项工作，它能够反映出桥梁结构性能的重要技术参数。桥板强度检测环节，首先要保证桥板结构测量数据精度符合要求，考虑到不同桥面的位置情况，把桥板结构分为多个分区，不同的分区位置要选择合适的测量方式，以符合实际测量的需要。在每一个测量区域都检测完回弹值后，为了缩小数据偏差，将全部回弹值的最大值、最小值去除掉，然后计算剩余回弹值的参数，得到平均回弹值数据。本次桥梁工程进行桥板各个部位的测量时，只有比较少的行车道板的强度性能较低，其他绝大部分结构的行车道板的强度都能够达到设计标准要求，完全符合正常使用的需要。综合分析后发现，该桥梁的行车道板的结构质量性能高，即使投入运营的时间比较长，受到车辆碾压、自然环境侵蚀等多方面的影响，行车道板的强度依然能够达到最初设计的标准，并未因为长期的运营而产生裂缝等不良问题，同时也没有出现疲劳损坏的问题，经过必要的修复处理后，可以达到桥梁通行质量要求。

5 结语

综上所述，在桥梁检测中，通过应用超声回弹技术展开桥梁结构混凝土强度的检测，属于无损检测技术的范畴，其设备成本较低、检测效率高、数据精度高，能够真实、准确地反映出混凝土结构的抗压强度，能够对桥梁管理和控制起到一定的促进作用。但是，超声回弹检测只能体现出混凝土结构表面的质量，无法实现内部结构质量的检测，并且受到水泥种类、水泥加入比例、砂石材料特性、外加剂类型和比例等方面的影响，数据有一定的偏差，所以只能作为桥梁混凝土抗压强度检测的参考。此外，超声回弹检测技术应用范围较大，一般会联合其他技术同时进行桥梁混凝土检测，以达到检测标准要求，为桥梁通行质量提升奠定基础。