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综述道路桥梁检测技术王海啸

发表时间：2021/7/23 来源：《建筑科技》2020年12月上作者：王海啸

[导读] 道路桥梁在我国的交通运输事业中发挥着非常重要的作用，但是由于交通运输业务的激增，有有相当一部分桥梁处于超期服役的状态，人为损坏、老化以及承载力下降等现象十分突出，不仅影响基本的通行，还严重威胁着人民群众的生命财产安全。

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摘要：道路桥梁在我国的交通运输事业中发挥着非常重要的作用，但是由于交通运输业务的激增，有有相当一部分桥梁处于超期服役的状态，人为损坏、老化以及承载力下降等现象十分突出，不仅影响基本的通行，还严重威胁着人民群众的生命财产安全。对道路桥梁进行有效的检测，可以更加客观和准确地了解道路桥梁的“健康状况”。本文就道路桥梁检测的相关技术进行了综述。
关键词：道路桥梁；桥梁检测技术；综述
        经济高速发展的需求带动道路桥梁的进入了大规模建设期，但是，交通运输业的高速发展与相关基础设施建设相对落后之间的矛盾越来越突出，有相当一部分处于超期服役的状态，人为损坏、老化以及承载力下降等现象十分突出，严重制约与威胁着交通事业的发展与人民群众的生命财产安全。采用高效的检测技术能够让技术人员准确了解道路桥梁的各项性能参数，有利于及时采用相关措施。下文综述了道路桥梁检测的几种技术。
        1超声检测技术
        上个世纪50年代，加拿大人切斯曼（Cheesman）与莱斯利（Leslied）以及英国人琼斯（Jons）与加特弗尔德（Gatfield）第一次利用超声脉冲检测技术来进行混凝土的检测，他们共同开创了混凝土超声检测的先河，随后超声检测技术在工程领域得到了广泛地应用。
        超声法检测道路桥梁缺陷的基本原理是利用带波形显示功能的超声波检测仪和频率为20-25kHz的声波换能器，测量与分析超声脉冲在道路桥梁中的传播速度（声速）、首波幅度（波幅）、接受信号主频率（主频）等声参数，并根据这些参数及其相对变化，来判定道路桥梁中的缺陷情况。
        科学技术的发展使得超声检测仪器从最初笨重的电子管单示波显示型转变为现在的半导体集成化、数字化甚至智能化的轻便仪器。同时，测量参数也更加多元化，从当初的单一声速参数检测发展为现在的声速、波幅以及频率等多参数检测；其检测效果也有了质的飞跃，从最早的定性检测发展为现在的定量检测。
        在进行道路桥梁检测时，超声波能够穿透混凝土结构并在其中传播较远的距离，并且使用安全，操作简便。使用超声仪器最为常用的方法就是穿透测法，但是利用该方法进行检测时要求两个相对测试面。因此，这限制了超声检测的应用范围，例如，超声检测技术不适用于隧道中的衬砌、喷射混凝土等结构或者在墙体、路面、跑道、护坡、护坦以及底板等方面。同时需要注意的是，因为是声波穿透检测，其缺陷信号的有效捕捉始终是制约其发展的瓶颈问题。因此，在对于道路桥梁进行检测的过程中，我们通常采用比较多测点测试数据的方式，利用统计概率对数据进行处理，并对缺陷情况进行评估，所以，超声检测技术的直观性非常差，而且为了获得更高的策略精度，通常需要增加多个测点。
        2地质雷达检测技术
        地质雷达（又称探地雷达，GroundPenetratingRadar，简称GPR）检测技术是一种高精度、连续无损、经济快速、图像直观的高科技检测技术。它是通过地质雷达向物体内部发射高频电磁波并接收相应的反射波来判断物体内部异常情况。作为目前精度较高的一种物理探测技术，地质雷达检测技术已广泛应用于工程地质、岩土工程、地基工程、道路桥梁、文物考古、混凝土结构探伤等领域。
        地质雷达仪器的构成部分主要包括：控制单元、控制中心（通常是笔记本电脑）、发射天线以及接收天线。

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探地雷达的工作流程为：①检测人员利用笔记本电脑能够对控制单元发出各种指令；②控制单元在接收到指令之后，可以同时向发射天线与接收天线发出触发信号；③在发射天线触发之后，它能够向地面发射高频脉冲电磁波（通常其频率在几十至几千兆赫之间）；④电磁波在向下传播的过程中会遇到不同电性的目标和界面等，或者当被探位置局域介质不均匀体的时候，部分电磁波便可以被反射回地面，并由接收天线进行接收，接收到的信号会以数据的形式被输送到控制单元，并最终传回到笔记本电脑，以图像的方式显示出来。⑤通过对图像进行处理与分析，就可以了解地下介质的具体分布情况，检测目的便也达到了。
        3声发射法检测技术
        声发射法的具体原理是，由于材料内部微观构造不均匀或者存在性质不同的缺陷，局部的应力集中会致使应力分布的不稳定；材料的塑性变形、产生裂缝、裂缝扩展、失稳断裂等一系列过程能够有效完成不稳定高能状态向稳定的低能状态的转化；在整个应力松弛释放的过程中，所释放的部分应变能将会以应力波的形式想四周发射，我们称之为声发射。
        以道路桥梁中的混凝土结构为例，它在荷载作用下会产生变形。当这种变形超过设计要求，混凝土结构便会出现裂缝，并通过弹性波的形式释放出应变能（例声能、热能或者光能等）。在对其进行测试的时候，我们可以将声发射感应器放置在待检测部位，通过确定不同位置收到声音的时间差，我们可以明确发生源（即裂缝部位）的具体位置。通过此种措施，我们可以比较详细、准确地了解道路桥梁的内部变化。同时，分析与研究发声位置之后，裂缝的大小、种类、开裂速度、最大荷变应力都可以得到比较详细地认识。
        但是其最大的缺点是进行检测非常容易受各种噪声的影响，进而导致检测精度的幅度下降；然而，该检测方式是利用道路桥梁自身的内部缺陷，因而可以实现连续的动态检测。总体来说，声发射检测技术已经应用较少。
        4冲击回波法检测技术
        我国南京水利科学研究院在20世纪80年代末研制成功IES冲击反射系统，并在大型模拟试验板及工程实测实践中取得了成功，使冲击回波法在我国进入实用阶段。冲击回波法的测试原理是仪器通过机械冲击器向物体表面发送短周期应力脉冲波，其中压缩波（P波）在物体内传播过程中，当遇到内部缺陷（如裂缝宽度＞0.03mm）时，波便不能穿透而产生反射，遇到表面边界时也会发生反射，一旦波速确定，且选择正确的冲击器，就可通过单面测试准确地测得裂缝等缺陷的位置和深度，当构件不存在缺陷时则可测得其厚度。
        冲击回波法通常为单面反射测试，因此它的测试比较方便和快速，测试结果也比较直观。此方法可以实现“测一点判断一点”，因此曾经广泛地应用于测定道路桥梁的沥青混凝土或者混凝土结构的内部缺陷，但是这种方法由于是单点检测，其检测结果往往不全面，因此实际应用也比较少。
        5红外热像检测技术
        红外热像检测技术是指运用红外热像仪探测物体各部分辐射出的红外线能量，根据物体表面的温度场分布状况所形成的热像图，直观地显示材料、结构物及其结合上存在的不连续缺陷的检测技术。它是非接触的无损检测技术，即在技术上可作上下、左右对被测物非接触的连续扫测，因此也称红外扫描测试技术。
        红外热像检测技术具有以下优点：①在理论上，其探测器焦距为20cm至无穷远，所以特别适合具有非接触和广视域等特点的大面积无损检测；②该探测器只对红外线响应，因此只要道路桥梁高于绝对零度（显然会高于绝对零度），红外线热像监测技术便可以工作，白天和晚上均可；③当前红外热像仪的温度分辨率已经高达0.1℃，因此检测精度有技术保证；④红外热像仪的可测温度范围在-50℃-2000℃之间，具有非常广阔的探测空间；⑤摄像速度在1帧每秒至30帧每秒之间，静态的常规检测和动态的跟踪探测都适用，检测模式的选择更加灵活。
参考文献：
[1]樊耀武，孙仁国，卢元林，王若.综合物探技术在小盘岭公路隧道选线中的应用[J].长春科技大学学报，2008，（02）
[2]余志雄.地质雷达数字处理技术研究及地质雷达技术在水电工程中的应用[D].武汉大学硕士论文，2003，（6）