柳　斌

(新疆立弓交通勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆　烏魯木齊　831401)

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超聲平測法在箱梁混凝土強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用

柳斌

(新疆立弓交通勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆烏魯木齊831401)

摘要：超聲平測法能夠有效地對混凝土中存在的裂縫、損傷層等缺陷進(jìn)行檢測，因而在橋梁混凝土質(zhì)量檢測中應(yīng)用廣泛。文章結(jié)合預(yù)應(yīng)力箱梁工程實(shí)例，探討超聲平測法在預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：超聲平測法；預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土；強(qiáng)度檢測

0引言

超聲波是用于檢測結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)部缺陷的一種無損檢測方法，在我國的建筑工程中具有非常廣泛的應(yīng)用。超聲回彈綜合法是采用超聲儀對混凝土構(gòu)件的聲速值進(jìn)行測量，同時(shí)采用回彈儀對同一測區(qū)的回彈值進(jìn)行測量，將兩種檢測結(jié)果進(jìn)行對比，并通過有關(guān)的強(qiáng)度曲線對混凝土的強(qiáng)度等級進(jìn)行評價(jià)。對于混凝土結(jié)構(gòu)中所存在的裂縫和損傷問題，通過超聲平測法即可測量得到。因此在橋梁混凝土質(zhì)量檢測中具有非常廣泛的應(yīng)用。本文將結(jié)合具體的預(yù)應(yīng)力箱梁工程項(xiàng)目，簡要探討超聲平測法在預(yù)應(yīng)力箱梁混凝土強(qiáng)度檢測中的應(yīng)用。

1超聲平測法的原理

對混凝土強(qiáng)度的檢測，一般采用超聲回彈法，這種方法又可以分為三類：對測法、角測法以及平測法。當(dāng)采用對測法對混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測，需要將測點(diǎn)布置在混凝土表面的兩個(gè)側(cè)面上，這兩個(gè)側(cè)面相對要對稱。采用平測法時(shí)，需要將測量點(diǎn)放在其中一個(gè)側(cè)面上。采用角測法時(shí)，需要將測量點(diǎn)放在混凝土結(jié)構(gòu)相鄰的兩個(gè)側(cè)面上。因此對于混凝土結(jié)構(gòu)的檢測，其目的無論是檢測強(qiáng)度還是檢測缺陷，檢測方法是首先應(yīng)該考慮的。

超聲波平測法主要是采用平測法進(jìn)行測量，脈沖發(fā)射源和接受系統(tǒng)均在混凝土的同一個(gè)面上[1]?；炷羶?nèi)部受到損壞，則在該界面處會形成波阻抗界面。當(dāng)超聲波在混凝土穿行達(dá)到該波阻抗界面時(shí)，會產(chǎn)生透射波和反射波，接受系統(tǒng)接收得到的反射波明顯會比入射波的能量降低較多。假如混凝土內(nèi)部有裂縫或者其他的缺陷，超聲波在經(jīng)過混凝土內(nèi)部時(shí)會出現(xiàn)散射和繞射。如果沒有缺陷。超聲波即可在混凝土內(nèi)部順利傳播，直至到達(dá)接收系統(tǒng)中。

2工程概況

本工程為某一橋梁施工建設(shè)項(xiàng)目。該橋梁的總長度為185 m，總寬度為9 m。橋梁的上部結(jié)構(gòu)為懸鏈線箱型梁，跨徑為70 m。橋梁兩岸的引橋采用13 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁，如表1所示為預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁的設(shè)計(jì)參數(shù)。本工程中一共有90塊空心板。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，該空心板為預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件。根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，需要對結(jié)構(gòu)實(shí)體強(qiáng)度進(jìn)行檢測，以此為工程施工提供科學(xué)的依據(jù)。

表1　預(yù)應(yīng)力混凝土簡支空心板梁的設(shè)計(jì)參數(shù)表

3檢測方法的選取

根據(jù)相關(guān)的規(guī)范要求可以知道，對于結(jié)構(gòu)實(shí)體混凝土強(qiáng)度的檢測，可以采取的無損檢測方法包括回彈法、超聲回彈綜合法、后裝拔出法以及鉆芯法等。在規(guī)程中，測強(qiáng)曲線的范圍在10～60 MPa之間，但是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，本工程的混凝土強(qiáng)度換算值有很大可能會超過該范圍，因此不適合采用回彈法。在后裝拔出法的規(guī)程中，只是給出了測強(qiáng)曲線，但未給出相應(yīng)的系數(shù)，這就要制定專用測強(qiáng)曲線，因此同樣不適合采用后裝拔出法。鉆芯法需要對梁體造成一定的損壞，雖然是一種精度較高的檢測方法，但是不適合在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。因此，經(jīng)過綜合分析考慮，采用超聲回彈綜合法對結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行檢測比較合適。

由于在本工程中，梁體為空心板，其兩側(cè)的平面并不平行，因此對于本工程空心板混凝土進(jìn)行檢測需要采用超聲平測法。

4抽檢數(shù)量和測區(qū)布置

依據(jù)有關(guān)規(guī)范，復(fù)檢根據(jù)C類進(jìn)行抽檢，抽檢20根構(gòu)件。本工程梁的長度和相鄰兩個(gè)測區(qū)之間的距離應(yīng)控制在2 m以上，因此在每個(gè)梁上一共布置了10個(gè)測區(qū)。如圖1所示為本工程平測法測點(diǎn)的布置示意圖。

圖1　平測法測點(diǎn)的布置示意圖

5回彈測試及回彈值計(jì)算

采用回彈儀對梁體的側(cè)面進(jìn)行回彈測試，確保回彈儀的軸線垂直于梁體側(cè)面。對于每個(gè)測區(qū)，彈擊點(diǎn)應(yīng)控制在16點(diǎn)。根據(jù)檢測結(jié)果，應(yīng)將其中較大的3個(gè)值和較小的3個(gè)值去除，剩余的10個(gè)回彈值作為有效回彈，并取平均回彈值作為測區(qū)的回彈值[2]。

6超聲測試及聲速值的計(jì)算

進(jìn)行超聲測試時(shí)，先對超聲儀系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)零處理，采用黃油作為耦合劑，然后即可進(jìn)行超聲測試。按照編號的順序依次逐點(diǎn)對每個(gè)測區(qū)的聲時(shí)值進(jìn)行檢測。傳輸聲時(shí)值的測定：將發(fā)射和接收探頭放置在選取的測點(diǎn)上，發(fā)射電壓置于200 V上，打開“增益”，并調(diào)節(jié)“粗調(diào)”旋紐，使示波器上有波形顯示，再調(diào)節(jié)“增益”旋鈕，使首波波形高度占屏幕總高度的2/3，然后調(diào)節(jié)“細(xì)調(diào)”“微調(diào)”旋鈕使光標(biāo)移動到接收波的起始處，讀取顯示器的數(shù)值，此數(shù)值即為超聲波在混凝土中的傳播時(shí)間。

各測區(qū)的平測聲速V=(l1/t1+l2/t2+l3/t3)/3，然后再選擇幾個(gè)測區(qū)，以不同的測距再次逐點(diǎn)測讀相應(yīng)的聲時(shí)t，一般情況下，測距分別為200 mm、250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、450 mm、500 mm。通過不同測距所得到的不同聲時(shí)，即可通過回歸分析的方法求出直線方程l=a+bt。直線方程中的系數(shù)b與該測區(qū)的平測聲速V之間的比值即為修正系數(shù)，以此修正系數(shù)即可對平測聲速進(jìn)行修正[3]。

比如說，根據(jù)18#梁超聲波檢測結(jié)果所得到的直線方程，系數(shù)b=5.07 km/h，其相應(yīng)的平測法聲速V=4.63 km/h，因此計(jì)算得到的修正系數(shù)為1.095。其他幾個(gè)梁體的修正系數(shù)算法相同。

7芯樣制備及抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

在采用綜合法測試的九個(gè)測區(qū)內(nèi)進(jìn)行鉆芯取樣，在試驗(yàn)室內(nèi)，應(yīng)對芯樣進(jìn)行加工以制作成標(biāo)準(zhǔn)試件，根據(jù)要求標(biāo)準(zhǔn)試件的高徑比應(yīng)控制在1∶1。芯樣的兩端應(yīng)確保平整，如果存在不平整的問題，應(yīng)采用硫磺膠泥進(jìn)行補(bǔ)平處理。補(bǔ)平處理之后需要在室內(nèi)進(jìn)行3 d的靜置，之后即可進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

把每個(gè)測區(qū)的平均回彈值和經(jīng)過修正的超聲聲速值代入到統(tǒng)一測強(qiáng)曲線中，通過測強(qiáng)曲線即可計(jì)算出各測區(qū)的強(qiáng)度換算值。然后采用芯樣抗壓強(qiáng)度換算值與綜合法測試強(qiáng)度進(jìn)行對比，可以得出每片梁的測強(qiáng)曲線修正系數(shù)。將各個(gè)測區(qū)的強(qiáng)度換算值與修正系數(shù)相乘便可得到每個(gè)測區(qū)最終的強(qiáng)度換算值。

對每片梁10個(gè)測區(qū)的強(qiáng)度換算值進(jìn)行平均計(jì)算，能得出每片梁的混凝土強(qiáng)度平均值[4]。同樣，根據(jù)計(jì)算公式可以得到強(qiáng)度的均方差和推定強(qiáng)度。

8結(jié)果分析

(1)通過采用超聲平測法和取芯法等對壓強(qiáng)度換算值進(jìn)行比對分析，經(jīng)對比，其比值在0.96～1.15之間，表明超聲平測法與取芯法的測試的數(shù)值是一致的。

(2)結(jié)合以上測量的結(jié)果，不難看出，該橋梁板材的混凝土強(qiáng)度應(yīng)該在49.3～51.1 MPa之間，因此可以認(rèn)定本工程梁板混凝土的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度C50的要求。

9結(jié)語

針對于混凝土構(gòu)件強(qiáng)度檢測來說，傳統(tǒng)的鉆芯檢測由于其破壞構(gòu)件而逐漸減小應(yīng)用，超聲法等無損檢測成為檢測的主要方法之一。文章通過結(jié)合某橋梁施工建設(shè)項(xiàng)目，由于該橋梁使用的是空心板材，板梁的兩個(gè)側(cè)面相互又不平行，因此在進(jìn)行檢測時(shí)主要是采用超聲平測法進(jìn)行。結(jié)合該工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，筆者提出合適的測點(diǎn)布置及其設(shè)置數(shù)量，同時(shí)結(jié)合測試結(jié)果，提出合理的計(jì)算方法，從而根據(jù)測試準(zhǔn)確推算出混凝土強(qiáng)度，為后續(xù)工作提供參考。

參考文獻(xiàn)

[1]何東曉.超聲法檢測混凝土強(qiáng)度的特點(diǎn)和缺陷[J].河南廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2005(1)：58-59.

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[3]趙慶昌.超聲回彈綜合法檢測結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度應(yīng)用[J].山西交通科技，2010(3)：62-64.

[4]韋武舉，逄煥平，李宣霖.超聲平測法檢測鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫深度[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2007(4)：475-477.

Application of Ultrasonic Testing Method in Strength Testing of Box Girder Concrete

LIU Bin

(Xinjiang Ligong Highway Design Institute，Urumqi，Xinjiang，831401)

Abstract：Ultrasonic testing method can effectively detect the cracks，damage layer and other defects present in concrete，thus is is widely used in bridge concrete quality inspection.Combined with pres-tressed box-girder engineering examples，this article discussed the application methods of ultrasonic testing method in strength testing of prestressed box girder concrete.

Keywords：Ultrasonic testing method；Prestressed concrete box girder；Strength testing

收稿日期：2015-12-08

文章編號：1673-4874(2016)01-0070-04

中圖分類號：U446

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.01.016

作者簡介

柳斌(1989—)，助理工程師，研究方向：公路橋梁、涵洞設(shè)計(jì)及橋梁檢測。