桥梁检测中无损检测技术的应用分析

王喜珠

（中铁十六局集团第三工程有限公司，浙江 湖州 313000）

无损检测技术对完成桥梁结构检测不产生任何损伤，既可以获取精准检测结果，也可以减少检测中的危险因素。由此，为进一步推广无损检测技术，探究其在桥梁检测中的应用具有重要现实意义。

1.1 技术优势

应用无损检测技术检测结果具有精准性高、安全性高的特点，以往有损检测因对桥梁结构产生破坏，检测结果精准度也受到影响，但无损检测本身具有不破坏检测对象结构与内部组织的优势，且参数及检测方法可实现标准化，可大幅提高检测精准性；
且由于对检测结构无损害，能减少检测及后续工程运营中的安全隐患，对检测人员也起到良好的保护作用，故安全性较高。

1.2 应用特点

1）非破坏性

无损检测技术原理是利用桥梁内部结构异常或缺陷可以引起热、声、光等发生反应与变化判断有无质量缺陷，其主要采用物理方法或化学方法，可以识别缺陷类型，检测出缺陷的具体分布情况、数量、性质、位置及形状等。

2）互容性

无损检测过程中技术数据具有较高的互容性，主要体现在检测数据全面、检测结果准确上；
且为了验证检测结果，可以利用两种检测方法互相验证，仅需简单的数据转换即可完成，可及时发现偏差与错误。

1.3 检测内容

1）内部缺陷

无损检测主要完成对桥梁结构内部质量缺陷的检测，判断缺陷位置、形状等情况，分析是否会对桥梁结构整体稳定性、耐久性、承载力产生影响。实际检测过程中，考虑到结构内部缺陷成因复杂，往往采用多种技术组合检测，对缺陷程度、危害性进行准确评估。

2）结构强度

结构强度是桥梁工程质量检测的重点，通常利用无损检测技术完成混凝土结构强度的检测，评估材料是否合格，并将检测结果作为验收的重要参考依据。为了准确掌握结构强度，需要通过无损检测技术持续对混凝土强度进行检测，分析其强度变化，及时识别强度下降问题，以便快速分析强度下降原因，并采取对应的加固措施[1]。

2.1 图像处理技术

随着桥梁工程规模的扩大，图像处理技术的应用频率越来越高。应用过程中可以利用激光全息影像技术（如图1所示）或红外成像技术进行桥梁扫描，再将扫描中获取的图像信息利用数字技术转化，从而在显示器上显示出桥梁的内部结构，帮助技术人员快速确定结构内部缺陷的位置。采用激光全息影像技术时可以通过全息摄影高效完成数据检测，获得精度较高的检测结果。采用红外成像技术时，由于材料性质不同、导热性能也存在差异，配合热敏传感器完成红外成像数据采集，方便短时间内确定缺陷情况。

图1 基于全息影像技术扫描桥梁结果（图片来源：https://www.sohu.com/a/323007832_354905）

2.2 磁粉检测技术

磁粉检测技术是利用磁粉作为显示介质完成缺陷检测与观察的方法，目前在桥梁工程检测中也有广泛的应用。检测过程中于待测对象表面施加磁粉，待完全被磁化后展开检测，检测中若发现被测对象存在缺陷时则会形成漏磁场，缺陷面积越大积聚的磁粉量越大、并可以检测出磁痕（如图2所示），从而可以快速确定缺陷的具体位置[2]。通常情况下，利用磁粉检测技术对桥梁结构表面或近表面存在的质量缺陷进行检验，具有检测效率高、检测结果精准的优势；
且磁粉检测技术本身具有相关设备操作简便、体积小，检测灵敏度高、直观显示缺陷等优势，可以利用其快速了解缺陷的位置、形状与长度情况，但无法对缺陷的深度进行确定。

图2 缺陷位置漏磁场和磁痕分布

2.3 探地雷达检测技术

探地雷达技术是一种新兴的无损检测技术，其利用发射天线向地下指定区域内输入高频电磁脉冲，传播过程中当遇到不同介质面时会产生不同的雷达回波，再利用接收天线回收，通过仪器完成数据转换则可以获得检测数据，检测原理如图3所示。但该项技术存在局限，其检测数据来自地下不同介质交界面产生的反射波，通常只能在地下结构浅层或超浅层缺陷检测中发挥作用，目前，多被运用在桥梁结构基层密实度及路面厚度的检测当中，分析检测中获取的结果，可以对工程的质量情况进行反馈。

图3 探地雷达检测技术原理

2.4 回声波检测法

回声波检测法是桥梁检测中应用最广泛的无损检测技术，通过声波触发器向待检测对象传输波长及频率特定的超声波，汇总声波在结构内部传输数据，可以通过对声波散射情况、衰减情况、波形变化情况判断有无缺陷，检测过程如图4所示。声波传输过程中遇到缺陷时或结构表面时均会产生反射波；
且因介质不同，声波的传播速度会发生变化，如果冲击到检测对象表面，会出现传播路线偏移导致波形变化，从而引起声波频率及振幅的变化，此类变化均是判断结构内部缺陷的关键依据[3]。较于其他无损检测技术，回声波检测法具有安全性高的优势，检测过程无风险性因素，因此，常在桥梁管道深度与空洞检测中应用，仅在单面测量下即可精准判断管道缺陷情况。

图4 回声波检测过程

2.5 射线探伤无损检测技术

射线探伤无损检测是常规无损检测技术之一，在桥梁检测中的应用也相对广泛，检测中可以将底片放置在待检测结构的要求位置上，利用敏感底片完成探伤，其可以对结构中空洞位置与程度、钢筋断裂位置进行精准识别。具体检测中，利用x、γ等射线穿透待检测物体，对表面无损坏，获取射线穿透物体后的图像数据，直观地评估质量缺陷情况。但在技术应用期间保证探测源量充足、射线发射强度达到要求才能获得真实可靠的结果，否则射线探测强度不足，将无法获取清晰图像，影响对缺陷情况的判断，以常用的γ射线源检测钢结构为例不同射线源能量及适宜厚度见表1；
且射线对人体有一定危害，检测过程中操作人员必须认真做好隔离防护。鉴于射线探伤无损检测技术的操作具有复杂性、特殊性，要求检测操作前对应用该技术的必要性与可行性进行全面分析，形成可靠实施方案，避免技术应用中出现麻烦与危险。

表1 γ射线源在钢结构检测中的特性

2.6 锚杆无损检测技术

锚杆无损检测技术是应用于锚杆锚固质量无损检测中的方法，近年来在桥梁工程检测中的应用也相对频繁。其主要对锚杆长与注浆密实度进行无损检测，采用方法有：声波反射法、应力波反射法。声波反射法是利用波在锚杆中传播的运动学特性，反应砂浆饱和度情况，于锚杆顶端施加瞬态激振力后，将传感器接收反射信号装置布设在锚杆顶端（如图5所示），反射信号的时域及频域变化则可以反映锚杆长度及砂浆饱和度情况，也可以提供极限承载能力、工作荷载等参数作为辅助判断依据；
应力波反射法在低应变检测法基础上形成，以一维波动理论为核心，检测中将锚杆及周围注浆看作一维弹性杆件，从锚杆顶部激发可以向下传播的应力波，当应力波遇到阻抗后发生变化，回收变化后产生的反射波，通过对其性质的判断分析锚杆的质量情况[4]。

图5 锚杆声波反射法操作示意图

2.7 光纤传感检测技术

光纤传感检测技术是目前新兴的一种无损检测技术，在实际中应用的时间较短，处于研究与应用并重阶段。光纤是一种玻璃纤维，其主要成分为石英，是目前信号传输的主要介质，利用经过特殊处理的或普通光纤制成的敏感器件作为传感器的重要组成部分，可以检测光波频率、幅度、偏振、相位调制等信息，检测流程如图6所示；
在无损检测中利用普通光纤中的瑞利散射、菲涅尔反射、拉曼散射、布里渊散射完成传感。也可以利用光纤光栅传感器，其将经过特殊处理后的光纤作为传感介质，利用布拉格反射波长对温度、应变敏感的特性完成检测。

图6 光纤传感检测流程示意图

3.1 工程概况

某地5跨预应力混凝土连续刚构桥，目前使用年限超过15年，曾进行3次集中整治，在近期检测中发现桥面存在多处坑槽，有竖向预应力钢筋露头情况。该桥梁箱梁顶宽为15 m、梁高4.3 m～13.8 m、梁宽7 m，经现场勘查及对地震烈度、荷载的设计要求展开分析，确定本次采用锚杆无损检测技术对钢筋病害进行检测。

3.2 无损检测过程

1）检测设备

本次检测采用MC-5320锚杆检测仪（如图7所示）完成竖向预应力露头钢筋的灌浆饱满度无损检测，其检测长度可达30 m，能量可以调节，收发同步、余震短，可利用程控一体式超磁震源提高检测效率。检测过程中若出现管道内注浆不密实情况，复合杆件截面积会发生改变，波阻抗也会有所变化，并产生反射应力波，其能量强度则可以反馈出注浆密实度，密实度高则能量强、衰减慢，反之密实度低则能量弱、衰减快。

图7 MC-5320锚杆检测仪

2）检测方案

检测过程中先进行标定试验，标定杆体速度，用于测算实际杆长；
模拟钢筋中间机械接头的不同状态，对机械接头及杆底信号的具体位置进行标定。根据标定内容设置5种不同工况（如图8所示），工况1为杆体波速标定，工况2～工况5为对接头（套筒）状况的模拟。标定试验结束后可以确定杆体波速为5 200 m/s；
当中间套筒接头处于密实状态时，可以测量出钢筋的完整杆长，接头位置在信号中并无反应；
在工况4中未发现有杆底扩径情况的反应信号；
当中间套筒接头处于不密实状态时，仪器仅能反馈第1段钢筋反射信号，第二段仍为无信号。

图8 试验工况设置（m）

3.3 检测结果分析

经过无损检测，对5根竖向预应力露头钢筋情况有所了解，其中4根位于墩顶位置的长预应力钢筋受自身机械接头的影响，不具备准确判断质量的条件；
1根短预应力钢筋质量合格。

无损检测技术应用中为避免对检测结果可靠性造成影响，检测单位需要全面汇总国家质量体系标准，以此作为检测工作的基础与前提，并根据规定内容与本次检测对象编制好无损检测质量体系文件，对于检测的质量标准、目标等做出明确要求，以此为依据正式开始检测。同时，检测过程中要根据检测对象的特点制定管理制度，对检测过程、技术操作加以规范与约束，且制度中应重点对检测内容、对象、技术要求作出明确说明，确定检测的具体流程及报告、委托等工序。此外，在构建质量管理体系的初期，需要对工艺规程、装备等进行深入且全面的研究，认真了解相关规定的具体要求，均在制度中有所体现，使无损检测技术的实施有可靠与坚实的基础做保障。

综上所述，无损检测在桥梁检测中应用具有提高检测可靠性、精准性的作用，可规避检测技术对桥梁结构造成的破坏，但在实际应用中，由于技术原理不同，操作上也有着不同的注意事项或对环境条件、应用范围的特殊要求，应充分了解每项无损检测技术的特点，在实际应用中选择适合的技术手段，并加强技术管理，落实操作规范，确保利用无损检测技术获取精准、可靠的检测结果，从而准确掌握桥梁工程的质量缺陷情况。

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