□郝 放 □崔紅婭 □崔振華

（1 河南省水利科學(xué)研究院；2 河南科源水利建設(shè)工程檢測有限公司）

0 前言

鋼管混凝土由于其抗壓能力大、自重小而被廣泛的應(yīng)用于拱橋中。但由于鋼管混凝土在澆注過程中常會(huì)存在空洞、脫層、脫空和混凝土強(qiáng)度低等缺陷。而這些缺陷的存在往往會(huì)影響橋梁的承載能力。因此，檢測鋼管混凝土內(nèi)部混凝土是否存在缺陷十分必要。目前人們常采用局部開孔、人工敲擊和無損等方法對鋼管混凝土進(jìn)行評。局部開孔檢查由于開孔小、測點(diǎn)少，代表范圍小，因此很難說明橋梁的整體澆注質(zhì)量；人工敲擊鋼管從聲音回響僅能夠定性判斷鋼管壁與混凝土的粘結(jié)狀況，且與操作人員的經(jīng)驗(yàn)與主觀判斷有很大關(guān)系；而超聲檢測避免了上述檢測手段的不足，并且由于其無損、簡便、快捷，且能大致定量的識別存在的缺陷等優(yōu)點(diǎn)，被廣發(fā)的應(yīng)用于鋼管混凝土的質(zhì)量檢測中。

1 超聲波檢測原理

硬化的鋼管混凝土中如果存在缺陷，那么利用超聲脈沖波對其進(jìn)行檢測與檢測沒有缺陷的相比，從波形圖中在檢測有缺陷的時(shí)候首波將會(huì)發(fā)生畸變，在沒有缺陷的混凝土中超聲波的聲速值偏大，在檢測有缺陷的時(shí)候超聲波的能量衰減大，并且超聲波接收信號的頻率小，我們在檢測試件的時(shí)候就是綜合這些聲學(xué)參量，對混凝土的澆注質(zhì)量進(jìn)行評定的。

對于鋼管混凝土缺陷判斷的依據(jù)，可作如下解釋:

1.1 接收信號能量衰減

由于混凝土內(nèi)部存在有缺陷，不連續(xù)的介質(zhì)面則構(gòu)成了固—液、固—?dú)獾慕缑?，使投射的聲波在遇到這些界面的時(shí)候產(chǎn)生不規(guī)則的散射，相對于無缺陷密實(shí)的混凝土而言，接收信號的首波幅度下降，反映了聲能的衰減。對于任何介質(zhì)的界面，聲波垂直入射時(shí)，聲壓或聲強(qiáng)的反射率分別為:

或

式中：ρ1c1——第一種介質(zhì)的聲阻抗；ρ2c2——第二種介質(zhì)的聲阻抗。

可見，所謂全透射就是當(dāng)二種介質(zhì)的聲阻抗相等（ρ1c1=ρ2c）2，即γ 或k 均為0。而當(dāng)或∞。則γ 或k 等于1，即全反射。

1.2 “聲時(shí)”或聲速變化

當(dāng)混凝土內(nèi)部或表層存在缺陷時(shí)，在超聲波發(fā)—收通路上形成了不連續(xù)的介質(zhì)面（缺陷的孔、縫或疏松的空間），當(dāng)超聲波傳播通路上遇到這些缺陷時(shí)，將繞過缺陷向前繼續(xù)傳播，在探測的距離內(nèi)，超聲縱波在密實(shí)的混凝土中直接傳播所需要的“聲時(shí)”要比在復(fù)合介質(zhì)中傳播的平均“聲時(shí)”大，這反映了存在缺陷的混凝土的超聲波傳播的聲速要比在密實(shí)混凝土中的聲速小。

1.3 信號波形變化

由于超聲波在傳播過程中遇到缺陷的界面將會(huì)發(fā)生反射、折射、散射等現(xiàn)象，使得聲波傳播的相位發(fā)生了差異，迭加的結(jié)果導(dǎo)致了接收首波波形發(fā)生畸變，同質(zhì)量正常的鋼管混凝土比較，信號波形變化具有很強(qiáng)的可比性。因此利用檢測的波形圖也可以作為判斷的鋼管混凝土質(zhì)量的依據(jù)之一。

1.4 信號頻率變化

由于混凝土內(nèi)部存在缺陷加上其自身組織結(jié)構(gòu)的非均質(zhì)性，使探測脈沖在傳播的過程中發(fā)生反射、折射、散射等現(xiàn)象，高頻部分的能量衰減比低頻的快，也就是說，在探測的過程中高頻部分消失的比較快，因此，在應(yīng)用超聲檢測時(shí)接收信號的頻率要調(diào)的很低，因此，通過測定接收信號頻率的變化或作頻譜分析用來判斷混凝土質(zhì)量情況是個(gè)有效的參量。

綜上所述，采用諸超聲參量綜合評定鋼管混凝土的澆注質(zhì)量，無疑比任何單一指標(biāo)的分析更為精確和有效。以上諸參量，由于受人為、耦合狀況以及檢測面平整度等隨機(jī)性的影響，聲能衰減和波形變化尚只能作定性和經(jīng)驗(yàn)性的判別，但其有效性是勿庸置疑的。通過檢測的超聲聲速或聲時(shí)，接收信號頻率變化可以作量化的檢測判斷。

2 工程實(shí)例

為了檢測與評價(jià)南水北調(diào)中線工程焦作2 段一標(biāo)解放路公路拱橋主拱肋鋼管混凝土拱橋澆筑質(zhì)量，本文運(yùn)用上述超聲波檢測方法對其進(jìn)行了無損檢測。

2.1 檢測目的

檢測鋼管混凝土是否存在有空洞、脫層、脫空和混凝土強(qiáng)度低等缺陷。

2.2 測點(diǎn)布設(shè)

為了能對澆注的混凝土質(zhì)量作出準(zhǔn)確的評價(jià)，根據(jù)無損檢測的目的與要求，對鋼管混凝土的拱肋按照0.50m 一個(gè)斷面進(jìn)行布點(diǎn)測試。對于可能產(chǎn)生缺陷的部位，如拱腳和拱頂應(yīng)適當(dāng)增加斷面的數(shù)量，以便于進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。斷面布點(diǎn)如圖1所示：

圖1 斷面測點(diǎn)布置圖

2.3 檢測結(jié)果分析

檢測共檢測了260 個(gè)截面，檢測的測點(diǎn)波速都在3500～4200 之間。在檢測過程中沒有發(fā)現(xiàn)有空洞、空管等現(xiàn)象，說明混凝土整體的澆注質(zhì)量良好。部分檢測結(jié)果如表1所示：

表1 部分管混凝土澆筑質(zhì)量檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)語

文章以南水北調(diào)中線工程焦作2 段一標(biāo)解放路公路拱橋主拱肋鋼管混凝土拱橋澆筑質(zhì)量的檢測為例，介紹了超聲波法在鋼管拱橋檢測中的應(yīng)用，通過對局部區(qū)域的鉆孔對比，表明超聲波法檢測的準(zhǔn)確性。通過對此次檢測數(shù)據(jù)的分析發(fā)現(xiàn)，鋼管混凝土拱橋缺陷部位主要集中在拱頂和1/4 拱頂處，因此在鋼管混凝土澆注混凝土的時(shí)候應(yīng)當(dāng)對易出現(xiàn)缺陷的部位進(jìn)行特別注意。

[1]陳寶春.鋼答混凝上拱橋設(shè)計(jì)與施工.北京:人民交通出版社，2000.

[2]童壽興，商濤平.拱橋拱肋鋼答混凝上質(zhì)量的超聲波檢測[J].無損檢測,2002,11:464-466.

[3]雷運(yùn)波,丁睿，劉浩昔.鋼答混凝上拱橋超聲檢測技術(shù)研究[J]無損檢測,2005,27(2):80-82.