桥梁检测弹性波CT技术应用分析

张海波、龙志辉

（江西省天驰高速科技发展有限公司，江西南昌 330000）

0 引言

连续梁是目前比较常用的桥梁形式，因为连续梁的0#块体积较大，内部分布着较多的预应力束与钢筋材料，所以对于工程的施工质量和性能要求较高。在现场施工环节如果质量控制不严格，就容易发生漏振、漏浆等严重的问题，以及混凝土结构出现蜂窝、麻面、空洞、不密实等情况，导致系统运营的效果变差。为了确保桥梁达到安全稳定的运行，使得交通运输领域科学发展，要加强施工各个方面的检测与评估，为了后续的加固和维修提供基础。对于已经建设完成的桥梁结构部分，为了预防检测环节对桥梁结构造成二次损伤的影响，需要选择无损检测的处理方式，避免造成桥梁的损坏问题，以提高桥梁项目的运行水平。结合实际情况分析，无损检测技术在分析桥梁病害时，往往存在深度不足、检测精度不高等情况，无法真实掌握混凝土结构的性能，这种情况就会导致结构病害无法及时消除，造成桥梁的整体性能受到较大影响，威胁桥梁运行的安全性。寻找到一种先进检测手段，提高检测精度、效率，并量化内部病害问题，是目前科研领域的研究重点[1]。

1 弹性波层析扫描（CT）技术

1.1 工作技术原理

弹性波层析扫描（Computerized Tomography，CT）为目前比较广泛应用的混凝土质量检测技术，检测的结果更加的真实、准确，是一种极为重要的无损检测技术形式，这一技术是通过弹性波（P 波）为理论进行检测。在弹性波处在不同类型的介质内，传播特性存在很大的差异。在弹性波穿越混凝土结构不存在任何质量问题时，比如密实度高、强度高、波速高，能量衰减的速度较慢；在弹性波穿越的混凝土结构内部存在缺陷时，强度与密实度不合格的情况下，波速比较低，能量衰减速度也会比较快[2]。自20世纪40年代末期开始，美国研究学者展开试验研究，总结出各项评定参数，可见表1。

表1 混凝土参考标准 单位：m/s

经过对以上的技术参数分析可以发现项目的混凝土结构有质量问题，所以在施工中地区差异、级配差异、使用骨料差异都会导致弹性波的传播速度存在不同，上述标准只能表示在以往的研究中描述波速与混凝土质量的对应关系。根据工程实际情况分析，检测分析结果之后，通过研究现场检测中波速与受侧混凝土强度相应关系，以掌握波速和被检测混凝土强度的拟合曲线，对后续的分析和研究提供帮助与支持。

1.2 弹性波层析扫描（CT）的检测方法

按照项目的检测标准要求在对立面设置检测点，在激发一侧通过设备直接发射激振源，受信点则能直接获取相关的信息。在发射与接收的中间会形成弹性波射线，进而可以形成符合要求的射线网结构（见图1），这个网络覆盖的区域就是检测剖面。在具体的检测环节，将各个剖面都要布置在需要探测混凝土质量的位置上，并确保其密度符合要求。按照成像的基本原理，将各个条射线的速度函数信号数据投影在网络模型中，通过计算机反演技术获得该剖面点中各点位弹性波波速值，并绘制出波速云图，经过对该云图的分析以确定具体的缺陷部位，得出缺陷的面积。

图1 检测剖面弹性波射线布置（F1～F16 为激振点，S1～S16 为受信点）

1.3 弹性波层析扫描（CT）技术检测流程

连续梁0#块混凝土结构的缺陷检测中，主要存在如下难点：其一，0#块属于大体积混凝土的形式，检测的深度比较大，通常在5m 以上；其二，0#块底部要设置支座上盖板、防落梁等结构，并对混凝土结构进行覆盖处理，这就导致比较多的截面无法进行检测，也就不能准确掌握各点位的质量；其三，0#块内部分布着较多的钢筋与预埋件，导致超声波、电磁波在穿越时影响检测精度。较之以往的检测技术来说，使用弹性波层析扫描（CT）检测技术可以完全应对上述各项问题，不会受到影响。当冲击弹性波从外部激发时，频率可超过4kHz，检测深度可达10m。对剖面结构进行分层检测作业，设置比较灵活，且不会有表面覆盖物。通过经验分析，连续梁0#块的内部缺陷检测精度高、速度快。

具体应该遵循如下流程进行：首先，检查0#块结构外观质量，主要是从麻面、掉角、空洞等方面进行。如果发现存在缺陷，立即进行标记，初步确定具体的病害范围，并快速分析病害的特征。其次，进行弹性波层析扫描（CT）检测时，使用肉眼无法进行检测的外部结构，通过使用该技术可以确定缺陷位置和深度。再次，根据上述检测结论在现场应用钻孔方式复核检测，利用内窥镜掌握内部的情况，分析是否出现损坏。最后，综合分析各方面的结果，对桥梁工程结构病害有足够掌握，为后续的维修以及养护提供基础[3]。

2 工程实例分析

2.1 层析扫描剖面设置

某桥梁采用弹性波层析扫描（CT）检测后，得出的0#块剖面位置图（见图2），其脱模后底部结构存在混凝土松散离析的问题。为了能够准确地掌握0#块底部混凝土质量情况，按照弹性波层析扫描（CT）的检测方法先进行外观检测，初步确定病害问题部位，了解病害特征，底部外观检测结果可见图3。

图2 检测剖面设置示意图

图3 外观检查成果图（0 号块底板混凝土缺陷展开图）

从外观检测结果分析发现，0#块底板肉眼可见存在缺陷，包含3 个，其中A 区1.55m2，B 区1.83m2，C 区0.95m2。按照项目检测标准设置剖面，并根据要求进行点位的部位，以确保整个底板都能处于监测范围内，以便掌握全部信息。

2.2 层析扫描检测结果及综合分析

经过对层析扫描后，此次检测得出256 条检测线。对检测进行标记并确保强度达到C50 后，弹性波波速在4200m/s 以上，方能获得各项检测数据信息。经过软件分析，在每个深度剖面中应该获得一幅CT 波速图像，即图4 至图6,经过对图内情况分析，颜色从深灰到黑色代表波速从3.0km/s 到6.0km/s。经过对之前的经验分析发现，波速云图内的浅灰到黑色区域内低速异常范围就是混凝土结构存在缺陷的部位，说明该位置上的混凝土结构强度、密实度不能满足要求。经过对各剖面部位的波速分布图进行分析，得出如下的结论。

图4 剖面1 混凝土波速分布图

图6 剖面3 混凝土波速分布图

在剖面1 位置，与底板有8m 距离的部位上混凝土结构的平均波速相对较低，说明该部位上的质量性能不合格。在该深度范围内确定有3 个低速异常区域，缺陷涉及的范围中覆盖底板表面混凝土缺陷，即图内回想包围的范围，并且侵入支座中的座板和防落梁的覆盖范围。经过测量后确定A、B、C 的部位缺陷面积分别是1.3m2、2.6m2、1.0m2。

在剖面2 位置，与底板有16cm 的距离部位上，混凝土平均波速一般，说明该部位上的混凝土结构质量不合格，强度以及密实度方面存在问题。对于该混凝土结构部位上依然有3 个低速异常区域，并且缺陷处在混凝土缺陷的范围之内，但面积相对较小。经过测量后确定A、B、C 的部位缺陷面积分别是0.1m2、0.4m2、0.5m2。

在剖面3 位置，与底板解耦股存在25cn 的距离部位上，发现该结构内部的平均波速相对较好，且波速保持均匀性传播，表示该位置的混凝土结构质量合格，强度与密实度均满足要求。因此，在该深度范围内没有低速异常区域，整体结构性能合格[4]。

图5 剖面2 混凝土波速分布图

对现场各个波速不正常的范围内进行再次钻孔分析确定，加强深度控制，符合密实度标准。通过使用内窥镜的方式展开内部结构的检查，直观地反映出整个工程结构的病害以及缺损的问题。经过对钻孔结果进行分析，发现A 区缺陷深度最大21cm，B 区最大缺陷深度20cm，C 区最大缺陷深度19cm。综合外观、层析扫描结果以及内窥镜方面的分析，得出如下结论：A 区在出现的离析问题上，混凝土内部以锥形分布的形式存在，临近底板的位置上缺陷问题更加严重，面积也更大，最大部位的缺陷面积达1.55m2，深度在21cm 左右；B 区发生松散的部位上，内部以锥形的形式存在，临近底板的部位上缺陷面积比较大，达到2.6m2，深度在20cm 左右；C 区内松散部位以锥形的形式存在，与底板接近的部位上病害问题比较严重，面积达到1.0m2，深度在19cm 左右[5]。

2.3 检测结论验证

经过对此次检验结果分析可以发现，缺陷问题比较严重，现场作业人员应考虑现场的施工需要，加强各个环节的控制，保证梁体顶升、支座盖板拆除等有效开展进行，对缺陷的部位进行凿除处理，然后进行必要的加固维修和处理，从而保证结构性能合格。经过对凿除缺陷部位展开分析，了解缺陷结构部位的面积、深度、形状等方面的信息，发现实际测量的结果与弹性波检测结果是相同的。

3 结语

结合工程案例进行深入分析发现，应用弹性波层析扫描（CT）技术进行连续梁结构内部质量检查，其检测优势比较明显，可以覆盖较大的检测范围，不会发生遗漏的问题；能够快速掌握被检测区域内的混凝土强度、密实度方面的性能；根据检测结果可以绘制波速云图，及时发现内部的缺陷问题，并准确描述病害问题。由此可见，应用弹性波层析扫描（CT）检测技术可快速进行桥梁内部缺陷的检测，结论更加的稳定、可靠、真实。未来研究不断深入，现代化检测技术不断投入工程中应用，使检测效果全面提高，并发挥桥梁工程质量方面的控制作用。