有关道路桥梁的检测技术的探讨

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  【摘 要】 目前,为适应道路运输载重量迅猛发展的需要,道路桥梁安全上升到相当高的地位,对安全要求也日益提到议事日程。必须充分到加强对桥梁工程的各个环节质量问题的鉴定与检测的重要性。本文就桥梁检测工作的主要内容、道路桥梁的检测技术要求及方法进行了分析,对于提升桥梁的检测技术水平有一定的参考价值。
  【关键词】 道路;桥梁;检测;技术
  1.桥梁检测工作的主要内容
  1.1桥梁检测工作的阶段划分
  第一阶段:准备阶段。其包括收集资料、现场勘察以及编制桥梁检测方案等内容。第二阶段:外业检测阶段。主要是设备安装和数据采集。第三阶段:分析报告阶段。即根据外业采集的数据,进行统计分析和计算,并编写桥检报告。
  1.2桥梁检测的具体项目
  依据交通部《公路养护技术规范》及《公路桥梁定期检查技术》对桥梁进行外观病害检查打分,其目的是对桥梁结构的外观损坏状况,有一个初步和基本的了解,并根据桥梁损坏状况打分、评定类别,为下一步桥梁结构材料检测提供依据。桥梁外观检查,检查方法主要是现场人工检测,根据损坏状况打分。检查重点是桥梁主要承重构件的裂缝和破损情况。在桥梁外观病害检查的基础上,对外观损坏较严重的桥梁做进一步的桥梁结构材料检测,其目的是深入了解桥梁结构材料的工作状态及潜在的不利影响,并预测发展趋势,为判断桥梁耐久性和可靠性提供技术依据。桥梁结构材料检测的重点是桥梁结构钢筋锈蚀情况和混凝土强度检测。
  1.2.1混凝土强度检测。主要采用回弹法或超声―回弹法进行。混凝土强度检测是通过用回弹仪检测混凝土表面回弹值,用超声仪检测混凝土内声速,再根据混凝土强度(R)与回弹值和超声波在混凝土中的传播速度(V)之间的相关关系,推算混凝土强度。采用回弹法时,要考虑碳化深度的影响。混凝土强度是进行桥梁结构评定的重要指标。
  1.2.2钢筋锈蚀检测。期检测内容包括钢筋锈蚀电位、混凝土氯离子含量、混凝土电阻率以及混凝土碳化深度。钢筋锈蚀检测是通过对钢筋所处环境情况(如混凝土中氯离子含量、混凝土电阻率和碳化深度等)和钢筋本身自然电位的检测结果,综合评定桥梁结构中钢筋锈蚀状况。其同样是评定桥梁结构的重要参数。
  1.2.3钢筋分布及混凝土保护层厚度检测。结构材料的检测,是用各种专用仪器设备,对桥梁结构的钢筋和混凝土材料,进行现场采样、记录检测数据,再依据桥梁结构材料检测评定标准及桥梁结构材料的工作状态进行评定,同时对其原因进行初步分析。
  2.道路桥梁的检测技术
  2.1检测分类及特点
  一般来说,桥梁检测分为无损检测与有损检测。无损检测技术(NDT)有较大的发展空间,包括超声检测、红外检测、声发射、自然电位检测、冲击回波检测、X射线检测、光干涉、脉冲雷达、振动试验分析等。在公路桥梁结构中应用NDT,可以提高新建结构质量的安全性;可以提供结构损伤的标志,例如,污染程度,钢筋混凝土桥梁的氯侵蚀程度;可以记录支座处的声发射,反映了裂纹或过大的摩擦力或从垫层支座正在扩展的裂纹。无损检测的这些结果可以作为结构评估的辅助。在一些情况下,与侵入检测相比,无损测试更快捷,缩短了测试期间的交通管制时间,从而降低了成本。雷达可以快速扫描潜在的结构空洞,雷达在NDT中的使用证明了NDT的速度和便捷性。声传播的使用进一步说明了调查的有效性。声传播可以用于检测长护栏的潜在腐蚀。随后可对疑似区进行更细致的检测,例如使用钻孔、直接量测和超声技术来确定未腐蚀厚度。NDT间接测量了外形特征,测试结果依赖于信号在结构内非连续区的反射时间。该信号的速度依赖于结构材料的性质,该性质不一定明确。因此,需要专业知识和经验来解释收集的数据,并判断在物理特征或材料性质方面的意义。通常情况下,进行无损测试时,将无损测试设备置于结构附近,正对结构或固定结构表面。无损测试最大的优点在于对结构不会造成损伤,从而避免了对可能已有损伤的结构的削弱。NDT技术并没有确定性的答案,还应该参考其他信息来评估结构的整体情况。
  2.2超声检测技术
  科学技术的发展使得超声检测仪器从最初笨重的电子管单示波显示型转变为现在的半导体集成化、数字化甚至智能化的轻便仪器。同时,测量参数也更加多元化,从当初的单一声速参数检测发展为现在的声速、波幅以及频率等多参数检测;其检测效果也有了质的龟跃,从最早的定性检测发展为现在的定量检测。在进行道路桥粱检测时,超声波能够穿透混凝土结构并在其中传播较远的距离,并且使用安全,操作简便。使用超卢仪器最为常用的方法就是穿透测法。但是利用该方法进行检测时要求两个相对测试面。因此,这限制了超声检测的应用范围,例如,超声检测技术不适用于隧道中的衬砌、喷射混凝土等结构或者在墙体、路面、跑道、护坡、护坦以及底板等方面。
  2.3声发射法检测技术
  声发射法的具体原理是,由于材料内部微观构造不均匀或者存在性质不同的缺陷,局部的应力集中会致使应力分布的不稳定;材料的塑性变形、产生裂缝、裂缝扩展、失稳断裂等一系列过程能够有效完成不稳定高能状态向稳定的低能状态的转化;在整个应力松弛释放的过程中,所释放的部分应变能将会以应力波的形式想四周发射,我们称之为声发射。以道路桥梁中的混凝土结构为例,它在高负荷的作用下会发生变形。当这种变形超出了设计的要求,混凝土结构便会出现裂缝,并通过弹性波的形式释放出鹿变能(例声能、热能或者光能等)。在对其进行测试的时候。我们可以将声发射感应器放置在待检测部位,通过确定不同位置收到聲音的时间差,我们可以明确发生源(即裂缝部位)的具体位置。
  2.4地质雷达检测技术
  地质雷达检测技术是一种高精度、连续无损、经济快速、图像直观的高科技检测技术。它是通过地质雷达向物体内部发射高频电磁波并接收相应的反射波来判断物体内部异常情况。作为目前精度较高的一种物理探测技术。地质雷达检测技术已广泛应用于工程地质、岩土工程、地基工程、道路桥梁、文物考古、混凝土结构探伤等领域。   地质雷达仪器的构成部分主要包括:发射天线以及接收天线、控制中心和控制单元。探地雷达的工作流程为:首先,检测人员利用笔记本电脑能够对控制单元发出各种指令;其次,控制单元在接收到指令之后,可以同时向发射天线与接收天线发出触发信号;然后,在发射天线触发之后,它能够向地面发射高频脉冲电磁波(通常其频率在几十至几千兆赫之间);最后,电磁波在向下传播的过程中会遇到不同电性的目标和界面等,或者当被探位置局域介质不均匀体的时候,部分电磁波便Ⅱ丁以被反射回地面,并由接收天线进行接收,接收到的信号会以数据的形式被输送到控制单元,并最终传回到笔记本电脑,以图像的方式显示出来。
  2.5光纤传感检测技术
  光纤对一些特定的物理量具有敏感性,光纤传感检测技术就是利用这一特性,对外界物理量进行转换,使之成为能够直接测量的光信号,完成检测工作。在桥梁检测中使用光纤传感检测技术,能够使监测桥梁钢索索力的工作得以实现;还可以实现光纤智能桥梁,实现测量、监测预应力连续混凝土梁内部的应变特性和应力。
  3.桥梁损伤的识别与检测
  3.1桥梁损伤识别方法
  (1)动力指纹法:通过分析与结构动力特性相关的动力指纹法的变化来判断结构的真实情况。(2)模型修正法:主要利用直接或间接测得的资料,通过条件优化约束,不断的修正结构模型的刚度分布,从而得到结构刚度变化的信息,实现结构的损伤判别与定位。(3)人工神经网格法:是在研究神经网格中对人脑神经网格的某种简化、抽象和模拟。它具有集体运算能力、自适应的学习能力,还有较强的容错性、鲁棒性,能进行联想、综合和推广。
  3.2桥梁损伤检测方法
  (1)实验模态分析方法(振动模态测量方法):通过桥梁动态特性的测试,检测损伤造成的结构参数变化,来评估损伤。检测的要素为:合适的激振方法、传感器及振动测点网络、数据采集系统和模态分析软件。常用的激振方法大概有自振法、共振法和随机激励法,即利用行驶在桥上的车辆引起的振动,或是风及环境因素形成的脉动使桥跨结构产生振动。(2)应变模态测量:对应于每一阶位移模态,则必有其对应的固有应变分布状态,这种与位移模态相对应的固有应变分布状态称之为应变模态,也反映了结构的固有特征。针对桥梁结构损伤,振动模态测量方法是一种比较好的测量评估方法,而采用应力应变参数作为结构损伤敏感参数是目前桥梁结构损伤检测的一种趋势。用应变模态方法进行实桥结构损伤评估虽然还是存在一定的困难,但不失为一个值得探索的方向。采用振动位移检测确定桥梁力学状态的方法,克服了应变测量系统的弊病,为桥梁结构损伤提供了一种新的途径。
  4.基桩检测中常见问题及处理
  4.1检测方法的选择
  基于理论基础的差异和技术的不同,每种检测方法都有不同的检测能力,适用范围也不一样,如果随意扩大其应用范围,极易导致产生误判,甚至是错判。为了得到更准确可靠的实验结果,必须采用两种甚至以上多种方法互相补充、验证进行检测。检测桥梁工程基桩时,要对多方面因素进行综合考虑,不同的桩型及地质情况对检测方法的要求不同,要因地制宜,选择合适的检测方法,确保基桩质量达标。对某些特定的桩型检测前要进行声测管的埋设,例如,嵌岩桩、特长桩,检测这两种桩型时均需用超声波透射法,这种方法可以使桩身完整性的判释精度得到有效提高。低应变检测具有快速简便的优点,但是适用范围有一定的局限性,例如,不能准确对缺陷进行定性,定量分析效果也很差,有效检测长度受一些因素(缺陷信号干扰、桩土刚度比大小、应力波衰减)的制约,当桩为浅部缺陷桩或者长桩的长径比超过一定限度时,不能够判别整桩的完整性。
  4.2激振方式的选择
  低应变检测需要用到各种材质和重量的力棒或力锤,选择时要根据检测目的和桩型的不同进行选用。对于长桩的检测,可以采用锤击头为尼龙质的重型力棒,增大锤击力度,同时提高锤击的速度,可以使脉冲宽度增大,这种激振方式能够使检测长度显著提高。北京特大桥的钻孔灌注桩直径1.5米,桩长60.0米,是京沪高速铁路的试桩工程,采用合适的激发方式进行检测,桩底反射在很小的放大指数下就清晰可见。当桩身有浅部缺陷时,需要了解其其缺陷程度,激发时需采用硬质材料,這样激发出的高频脉冲波会使缺陷分辨率明显提高。
  4.3嵌岩桩的检测问题
  目前,桥梁基桩广泛采用的是嵌岩桩,为达到建设标准的要求,嵌岩段一般比较长,在一些特殊的地质条件下,长度甚至达到二十几米。此时,不能采用低应变法进行检测,岩层阻力会影响桩周的应力波,使其衰减或者发生扩散,减小有效的测试范围,因此,该方法不能客观评价整桩的桩底沉渣情况以及成桩的质量。
  5.检测现场前期准备
  5.1做好相关的准备工作等待现场检测。低应变检测方法前期准备较多,要求桩顶至设计标高的混凝土无浮浆、裂纹,还要新鲜、松动等。有效信号的采集受多种因素的影响,例如,桩头清理不干净、处理不到位、出露钢筋过长、有浮浆或者开裂等。检测时应保证干扰因素越少越好,安装传感器时,需提前打磨平整测试点以及激振点。顺直通畅的声测管是保证声波法进行正常检测的前提条件,此外,在全程范围内能够顺畅升降的换能器探头也是必要的。应采用刚度和强度较高的材质作为声测管,采用套管焊接或者丝扣连接的方式进行安装,保证声测管是相互平行的,同时还要保证焊接或者连接的质量。在灌筑混凝土和安装钢筋笼的过程中,采取一定的措施对声测管进行保护。保证得到真实有效的检测数据。
  5.2数据的分析与判断
  基桩的相关参数需要在现场检测前进行详细了解和收集,检测时要求能够对发现的问题进行初步判断,加密或者重复性的检测工作要按时完成。一致的采集数据以及可靠检测原始数据作为基础资料,能够保证综合分析判断的正确性及准确性。另外,对比验证也很重要,可以提高对单桩检测结果的判断准确度。
  6.结语
  随着科学技术的发展,道路桥梁检测技术也越来越成熟、越来越科学,不断加强探索,切实提升道路桥梁检测技术水平。
  参考文献:
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