超声回弹综合法在桥梁检测中的应用

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摘要：高速公路，公路桥梁在运行一段时间后会出现各种病害，随着经济的发展，交通量的增加，高速公路基本每三年维修一次，掌握公路破坏程度， 提出有效的维修方案尤为重要。本文介绍了超声回弹法在检测路桥中的运用。

关键字: 高速公路；病害；超声回弹法

0 引言

超声回弹综合法是对混凝土强度进行无损检测的比较常用方法之一, 由于采用了两种非破损检测手段, 在一定程度上可以相互祢补单一检测方法的缺陷和不足, 因此具有较小的误差和较高的检测精度。随着我国的大批既有桥梁相继进入老化时期，桥梁检测与桥梁建设同等重要。超声回弹综合法应用也最广泛。超声回弹综合法借助于混凝上试块的抗压强度和非破损参数间的相关关系建立的曲线，即超声回弹综合法测强曲线，再根据实际回弹和超声结果推断结构混凝上强度。

1 无损检测技术

传统的无损检测技术得到了较大的发展，目前已有超声回弹法检测、红外检测、冲击回波检测、光干涉，脉冲雷达、振动试验分析等。传统的检测方法一般可以对桥梁的外观及部分结构特性进行监测，可以对桥梁局郎关键构件，节点可以进行较为合理的损伤的判断。

回弹法、超声回弹综合法为国内常用的两种无损检测混凝土强度方法。由于采用了两种非破损检测手段, 在一定程度上可以相互祢补单一检测方法的缺陷和不足,具有较小的误差和较高的检测精度，与钻芯法、后装拔出法、贯入阻力法、剥离法和折断法等半破损检测方法相比,无损检测方法最大的优点是对结构或构件不构成物理破坏, 其次还具有成本低、操作简便、工作量小等特点。超声回弹综合法顾名思义, 就是综合两者, 从表面弹性和塑性性能与密实度、孔隙等内部状况两方面综合对构件或结构性能进行评价, 提高了单一物理量无损法检测混凝土强度的精度。

2 试块制作

实验试件采用150mm 标准试件, 钢模振动成型, 强度等级均为C40, 每个实验水平一组试件, 六块标准试件一组, 共15 组90块试件, 全部试件(除养生条件对比试件外)都采取28d标准养生。制作混凝土的原材料采用江苏地区常用的材料, 水泥采用江苏地区的32.5 和42.5 强度等级的普通硅酸盐水泥, 细骨料采用本地河砂, 基本上以中砂为主, 粗骨料采用镇江地区的粒径在5～20mm 之间的碎石, 水采用普通自来水。

本实验以江苏地区为基础, 以镇江市C40混凝土配合比为基础配合比, 各影响因素的不同水平的试件在制备中只改变基础配合比中对应项, 其它各项保持不变。

3 实验结果及分析

本实验共采集15 组90 个试件的超声声速值、回弹值和抗压强度值, 根据CECS02: 2005规定处理数据―每个试件的声速值取平均值；回弹值去掉三个最大值和三个最小值, 剩下10个回弹值取平均值； 抗压强度值换算为MPa。为保证数据均匀准确并具有代表性, 减少异常值和异常组对回归分析和影响因素分析的影响, 采用格拉布斯检测(以下简称G检测)检测异常数据, G检测大于95% 即为高度异常值, 大于99% 应予以剔除；异常数组用CECS: 2005第6.0.8条检测, 实测抗压强度值差异过大的数据组将被剔除。本文采用将影响因素数据代入测强曲线的方法研究各影响因素对测强曲线的影响。课题初步建立的江苏地区测强基本曲线如下

(1)

式中：――第i个测区混凝土强度换算值，MPa；

――第i个测区修正后的超声波声速值，km/s；

――第i个测区修正后的回弹值。

建立测强曲线所用的回归分析就是利用统计学方法确定混凝土试块抗压强度、声速值和回弹值之间相互依赖的定量关系。这种定量关系会随着数据数量与质量的变化产生变化, 不是一成不变的, 随之而来的相对标准误差和相关系数的变化体现出这种变化是向好的方向变化, 还是向坏方向变化。

如果相对误差减小, 同时相关系数增大说明新的数据的加入使测强曲线更加精确, 不需修正, 反之则需要根据具体情况加以修正。

在超声回弹法测试混凝土强度的过程中，为确保一定的精度，同时在同一测区还选择3点，测试它们相应的超声声速值。利用以下公式计算测区声速：

(2)

(3)

式中：――测区声速值，km/s；

――超声测距，mm；

――测区平均声速时值，；

，，――分别为测区中3个测噗的声时值。

由上式计算所得的平均声速值也要根据不同的测试条件进行相关修正值即为该测区的最终超声声速值。

4 工程概况

某大桥建成于1962年，主桥长562m。在2010年对大桥桥面进行维修时，施工方在对大桥进行检测时发现部分行车道板底面边缘处由于桥面雨水的渗漏，出再板底混凝土剥落致使部分钢筋外露，发生外露钢筋腐蚀的情况。因此需要对行车道板混凝土强度进行测定。

4.1检测设备与方法

主要检测设备有同济大学声学研究所研制的多功能超声检测系统；天津建筑仪器；山东乐陵市回弹仪厂生产的ZC3-A型数学回弹仪。根据超声回弹综合法检测混凝土强度的要求，对桥面行车道板的强度进行了检测。

根据所得修正后的回弹值和超声声速值，代入公式(1)，计算结果详见表1。

计算各测区的混凝土板的强度。由于各桥面板可以看作是单个构件，因此，各板的混凝土强度推定值，即为该板各测区最小的混凝土强度换算值。

45块C40行车道板板面强度检测结果见表1。从表1可见，除了001号与039号行车板强度较低外，其余43块行车板板面强度都能较好地满足设计的要求。这说明要求大桥的行车道板施工质量较好，虽然经过近40年的使用，但其板的质量仍基本符合原设计要求，而且直观下板而也无任何横向裂纹，表明该板无疲劳损伤现象，该大桥仍可以继续工作。

表1 大桥行车道板超声回弹检测结果

4 结束语

通过对相应混凝土试块检测数据的回归分析,建立了超声回弹仪检测混凝土强度的综合测强曲线,运用相应曲线进行精确检测。现场检测前应做好仪器设备和构件选择的准备工作，合理布置测区；检测时选择合适的检测方法，认真细致地检测；检测数据处理时应重点注意相关数据的修正；混凝土强度推定时应按照《超声回弹综合法检测混凝土强度技术规程》相关规定进行。只要把好每一步关，才能能到精确的检测效果，为桥梁检测和评定做出科学判断。

参考文献：

[1]JGJ/ T23- 2001回弹法检测混凝土抗压强度技术规程[S].

[2]徐明, 黎俊, 石平府. 超声回弹综合法测强规程( CECS02: 2005 )在南京地区适用性的验证[J].江苏建筑,2008，(2) .

[3]张志峰.采用超声回弹综合法检测混凝土构件强度[J].公路,1998.