声波检测技术在混凝土桥梁检测中运用探讨

冯浩宇

【摘要】声波检测是混凝土桥梁检测的一种新型技术手段，以下首先论述了声波检测技术的基本原理，在此基础上论述了几种常用声波检测技术，最后结合工程实例，探讨如何运用声波检测技术评估混凝土桥梁质量，希望能为相关领域工作者提供一定参考。

【关键词】声波检测技术；混凝土桥梁；质量缺陷；检测

伴随着国家的发展，混凝土桥梁的建造规模与数目都在增长，与此同时社会各界对于混凝土桥梁的质量也提出了更高的需求。因此，为保证桥梁中的使用安全，必须开展桥梁检测工作。在混凝土桥梁的检测中，利用声波检测技术，可以在无损的前提下，探查桥梁内部的结构质量，快速地发现结构中的问题，是保障桥梁质量的有效手段。

1 混凝土桥梁声波检测的原理

声波检测是利用人为手段向其混凝土桥梁内部发射特定频率的声波，声波在穿过混凝土结构内部的过程中，会随着内部结构的变化而发生改变，再通过专业设备回收声波信号，通过声波参数的变化来了解混凝土内部情况，判断是否存在质量缺陷。近年来，声学探伤技术日趋完善，与常规探伤方法相比，声学探伤技术能够在无损、低误差的情况下及时发现隐患[1]。同时，利用声波检测技术不仅可以为新建混凝土桥梁工程进行质量检查，还可以为已投入使用的混凝土桥梁的维护维修工作提供参考。声波探伤技术利用声学特征识别出桥梁受损位置，一般来说，在C30-C80的混凝土桥梁中，声波纵波波速应该是3.7-4.8 km/s，其抗压强度应该是16.7-50.2 MPa，可以用这个数据来做一个参照，如果声波波速不在这一范围，则说明桥梁混凝土内部结构有问题。当混凝土强度等级为C15-C25时，其声波波速应该超过3.5 km/s，如果检测出的声波波速低于3.5 km/s，那么提示该区域的混凝土结构疑似有缺陷。

2. 声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用优势

一些混凝土桥梁检测技术会对桥梁结构造成不可逆损害，而声波检测完全不存在此类问题。声波检测技术操作简单、误差较小，可有效避免对桥梁造成的损伤问题。近年来，声波检测技术已取得了较大的发展，相较于常规的检测技术，它不会对混凝土桥梁结构产生破坏，并且能够及时发现问题，无论是在新建工程还是在用工程，都得取得理想的检测结果。几年来，随着声学探测技术的不断进步，进一步提升了探测的精度，甚至在很多环境复杂的情况下，都能有效完成桥梁探伤工作[2]。总体来看，声波检测可以进行无损伤的检测，不会对混凝土桥梁产生任何的干扰及损伤，能够及时发现桥梁中的问题，甚至在内部病害的初期阶段就能及时探查出。而且其在实际应用中，检测费用不高，检测周期短，工作效率高，近年来得到多地混凝土桥梁工程的使用。

3.声波检测技术的常用方法

3. 1 透射波法

在混凝土桥梁探测中，声波透射法是一种非常有效的探测技术，其应用范围很广，特别是对于混凝土灌注桩桩体的完整性探测，近年来展现出了非常显著的应用效果。利用声波在桩身混凝土各个断面中传播，获得声波物的信息以及波形的改变，判断桩身混凝土的完整性、连续性、均匀性状态，并对桩身完整性进行评价。此种检测方法的对波形的干扰小而清晰，利用投射波方法进行探测时，主要是在被测结构两端，一人用发射装置发出声波，穿过桥梁混凝土，由另一侧的工作人员通过接收装置接收声波，并由专业的设备分析声波参数信息及波形变化等，从而判断混凝土的内部质量情况[3]。对于受试混凝土出现较大裂纹或严重损伤而引起的声学衰减系数增大，或者是结构厚度很大，导致发射装置和接收装置的距离很远时，可采用锤击法来进行声波测试。

2.2反射波法

该测试法也是采用发射和接收两个装置来进行桥梁探伤。首先，应该利用发射装置来发送超声波，当超声波在混凝土中进行传播时，会形成一种反射波，再利用接收反射波的装置来接收，再根据对反射波的波速、波长等进行分析，就可以得出混凝土桥梁的质量状况[4]。在这种探测方法的使用中，需要对探测信号的接收与发送信号的间距进行适当的控制，以方便探测信号的跟踪，并保证波形的稳定。同时，在探测区域内，利用反射波法，可以实现对相邻剖面上的反射信号的解析，受到的干扰更小。在观测点靠近发射装置，反射波的波形会更加清晰，检测结果更加准确，甚至会和发射波基本重合，探测精度也得到了进一步的提升。

声波在混凝土中传输时，会受波阵面的阻尼、凝滞、发射作用的影响，以及其内部被压缩段与稀疏段间的热传递效应影响，会使入射波在反射回来时振幅按一定规律衰减。同时，由于混凝土裂缝长度和宽度、破碎程度，界面曲率，层理和节理等因素，也会造成波幅的衰减，所以，在计算的时候，检测人员应该考虑这些因素，从而进一步提高检测精度。

3. 声波检测技术的应用实例分析

位于我国南方某地的建桥梁工程其总长度为550米，在进行桥梁合拢的施工时，中跨及边跨的混凝土底板发生了崩裂，对其进行了加固后，仍然有裂缝存在，及时处理后，为保证其施工质量，本工程决定采用声波投射法进行探测，找到潜在的质量缺陷问题及时加以处理，保障工程质量。

3.1声波检测技术在顶板探伤中的应用

上部结构的整体面积为1310平方米，经声波检测实测的波速4.69km/秒，表明其上部结构的混凝土强度超过C45。从观测结果可以看出，在顶板中部，波速比较高，达到了4.81 km/s，并且具有均匀、连续的特征，而在顶板两翼，波速值比较小，表现出了一个比较显著的低波速区，波宽在2-3 m范围内，波速在2.3-4.1 km/s之间，在正常值范围，又因为这一部分并不是主要荷载区，竣工后使用也不会受到太大的荷载，因此这部分没有质量缺陷。

3.2声波检测技术在底板探伤中的应用

对桥梁底板通过声波探测的面积为540平方米，测试得到的声波平均速度为4.10kn/s。利用声波检测对其底板进行检测时，根据观察，可以看出该桥梁底板呈中间高、两侧低的分布，波速分布不均匀，并且有显著的低波速区域，因此可以看出其底板强度相对较低。同时，根据对探测结果的分析，可以看出，在底部的左边有一个具有1-1.5米宽的低波速区，其速度低于3km/秒；结果表明，基底右边有一个2-3米宽的低频声波传播区，声波传播速度低于2km/秒，判定桥梁底部存在质量缺陷结合现场的施工状况，发现该桥的底部部位出现了裂纹，为了确保大桥的使用品质和安全，需要对这一部分进行返修。

3.3声波检测技术在左腹板探伤中的应用

对大桥的左腹板进行检测，这部分共探测的面积为324m2，其混凝土的强度级别应该高于C50，从测试结果可以看出，左腹板的平均波速为4.5 km/s，满足了混凝土的强度级别。从检测结果可以看出，其左腹板整体施工质量较好，未探出质量缺陷。

3.4声波检测技术在右侧腹壁探伤中的应用

对大桥右侧腹板进行了声波检测，实测的总面积为324m2，其混凝土的强度级别应在C60以上。从检测结果可以看出，右腹板的平均波速为4.70 km/s，并且分布比较均匀，和左腹板相比，波速和强度则会更高，质量较好。然而，其上部出现了一个1 m左右宽度的低速异常区，这部分的波速是4.1 km/s，故决定对其进行再次检测，但未发现病变，可能是由于操作失误所致，再次检测表明该处强度符合要求，由此可以看出，该桥梁右腹板没有质量缺陷。

3.4.结果分析

从对桥梁上、下、右腹板和左腹板进行声波探测可以看出，桥梁的左右腹板和顶板并无显著的构造问题。然而，在对底板进行检测时，发现其波速分布不均，并有比较显著的低速区，经深入分析，发现该桥底板处有一条裂缝，并且这条裂缝正处于发展之中。为保证大桥的建设质量，进一步提升大桥的运营安全，检验机构必须对桥面的开裂采取及时修补处理。

4.结束语

与其它物质探伤方法相比，声波检测技术操作简单、使用灵活、适用范围广，是一种很好的探伤方法，因此这些优势使得近年来它在混凝土桥梁探伤中得到了广泛的应用。在利用声波检测技术进行检测时，检测人员要根据实际施工条件，对混凝土桥梁的各部件进行测试，并根据声波检测的结果，对混凝土桥梁中的潜在缺陷做出正确的判定。同时，为进一步提升检测结果的精度，并基于试验板检测结果，对混凝土桥梁缺陷的原因及特征展开分析，保证桥梁的施工质量，进一步提升桥梁的使用安全性，总之，通过声波检测技术进行混凝土桥梁探伤的结果可靠，值得推广。

【参考文献】

[1]付伟良.混凝土桥梁检测中声波无损技术研究[J].运输经理世界,2022(09):116-118.

[2]王鸿志.声波检测法在郑济高铁桩基检测中的应用[J].工程质量,2022,40(03):17-21.

[3]钟媛霞.桩基声波检测操作要点及常见质量类型分析[J].山西建筑,2015,41(17):32-33.

[4]杨树春.声波检测技术在混凝土桥梁检测中的应用[J].工程技术研究,2021,6(07):113-114.