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【干貨·分享】無損檢測(cè)技術(shù)在土木工程領(lǐng)域的應(yīng)用

【摘要】無損檢測(cè)是一種測(cè)量材料物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的測(cè)試方法。如今,無損檢測(cè)技術(shù)在建筑行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛,其不僅能夠?qū)こ藤|(zhì)量、施工進(jìn)度和管理水平進(jìn)行有效控制,還可以提高建筑工程整體的安全性能。本文主要分析了土木工程中常見的無損檢測(cè)技術(shù),以及無損檢測(cè)技術(shù)在土木工程中的應(yīng)用情況,以期為相關(guān)工作人員提供借鑒。

01-無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展歷程

改革開放以后,隨著社會(huì)的不斷發(fā)展 , 我國(guó)無損檢測(cè)行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)飛速發(fā)展的階段。在此期間,中國(guó)土木工程協(xié)會(huì)混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土分會(huì)土木結(jié)構(gòu)無損測(cè)試委員會(huì)的工作表現(xiàn)卓著。在該委員會(huì)的組織和支持下,國(guó)內(nèi)先后舉行了6 次學(xué)術(shù)交流、專題研討會(huì)和國(guó)際交流,推進(jìn)了無損檢測(cè)技術(shù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定,使得我國(guó)無損檢測(cè)技術(shù)在科研和應(yīng)用方面達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。
自 20 世紀(jì) 80 年代起,我國(guó)研究人員經(jīng)過一系列的技術(shù)合作和技術(shù)攻關(guān),開發(fā)了多種無損檢測(cè)方法,如超聲檢測(cè)技術(shù)、電化學(xué)檢測(cè)法、超聲回彈法等。這對(duì)無損檢測(cè)技術(shù)在工程上的應(yīng)用起到了很大的推動(dòng)作用。
目前,我國(guó)大部分二級(jí)及以上的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室均已具備提供無損檢測(cè)服務(wù)的必備條件。我國(guó)無損檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)趨于成熟,并被廣泛應(yīng)用于土木工程施工中。

02-土木工程中常見結(jié)構(gòu)的無損檢測(cè)技術(shù)

2.1 混凝土超聲檢測(cè)技術(shù)

? ? ? 在土木工程施工過程中,受到各種因素的影響,混凝土內(nèi)部裂縫問題時(shí)有發(fā)生。針對(duì)該問題,檢測(cè)人員可以利用超聲波對(duì)混凝土進(jìn)行檢測(cè)?；炷脸暀z測(cè)目前主要采用的是“穿透法”,即用發(fā)射換能器重復(fù)發(fā)射超聲脈沖波,讓超聲波在混凝土中傳播,然后由接收換能器接收反射波。檢測(cè)人員將接收到的超聲波轉(zhuǎn)化為電信號(hào),再經(jīng)超聲儀將其放大并顯示在示波屏上,實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲信號(hào)相關(guān)參數(shù)的分析,從而推斷混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其組成情況,進(jìn)而有效檢測(cè)出裂縫所在的位置、形狀及大小。在檢測(cè)過程中,檢測(cè)人員還應(yīng)對(duì)裂縫深度、損傷等進(jìn)行全面分析,以便更好地了解混凝土出現(xiàn)裂縫的具體原因。

2.2 樁基礎(chǔ)質(zhì)量無損檢測(cè)技術(shù)
? ? ? ? 在土木工程中,工程樁施工多在地下進(jìn)行。由于地下的地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜,所以施工工藝和人工因素等都會(huì)對(duì)施工質(zhì)量造成較大的影響,而且后期不易維護(hù),夾渣、蜂窩、夾泥等問題也時(shí)常發(fā)生。對(duì)于樁基礎(chǔ)質(zhì)量檢測(cè),檢測(cè)人員常采用超聲檢測(cè)技術(shù)、低應(yīng)變檢測(cè)法、高應(yīng)變檢測(cè)法來進(jìn)行檢測(cè)。超聲檢測(cè)技術(shù)主要是依靠換能器（包括發(fā)射換能器和接收換能器）對(duì)樁基的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,進(jìn)而判斷樁基內(nèi)部是否存在缺陷。如果檢測(cè)到的應(yīng)力波波形和峰值是變化的,就證明樁基中存在缺陷。
? ? ? ? 低應(yīng)變檢測(cè)法的基本工作原理是樁頂受到?jīng)_擊后,樁身和樁底會(huì)震動(dòng),進(jìn)而從樁底向樁身產(chǎn)生應(yīng)力波；當(dāng)反射波傳遞回樁頂?shù)臅r(shí)候,樁頂所安裝的傳感器會(huì)接收信號(hào),然后產(chǎn)生動(dòng)態(tài)波形；檢測(cè)人員根據(jù)這個(gè)反射波的波形,進(jìn)而可以有效判斷出樁基質(zhì)量。
? ? ? ? 高應(yīng)變檢測(cè)法是利用動(dòng)測(cè)法來判斷樁基的最大承載能力,進(jìn)而檢測(cè)樁基是否存在缺陷。該方法的應(yīng)用前提是樁底土已出現(xiàn)塑性變形,這樣在樁基受到打擊之后,樁頂?shù)暮奢d將發(fā)生一定程度的位移。高應(yīng)變檢測(cè)法就是利用這一特點(diǎn),對(duì)樁頂施加重?fù)?進(jìn)而使樁身下部同時(shí)受到影響,導(dǎo)致樁基和土壤之間產(chǎn)生位移,以此來判斷樁基的承載能力是否能夠滿足要求。
2.3 鋼筋檢測(cè)技術(shù)
? ? ? 鋼筋強(qiáng)度是決定建筑工程結(jié)構(gòu)承載力的核心因素,其強(qiáng)度指標(biāo)主要分為屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度兩類。鋼筋數(shù)量、直徑、排列等能否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,是決定工程質(zhì)量的關(guān)鍵。目前,鋼筋的綁扎和腐蝕狀況等都是工程質(zhì)量驗(yàn)收的重要內(nèi)容。為了能更好地了解鋼筋的具體狀況,檢測(cè)人員往往會(huì)采用電磁感應(yīng)、電化學(xué)檢測(cè)等手段對(duì)鋼筋進(jìn)行檢測(cè)。
? ? ? 電磁感應(yīng)是一種物理檢測(cè)法,檢測(cè)人員通過物理方法可以確定鋼筋銹蝕時(shí)的電阻、電磁等各種物理變化,從而反映鋼筋的銹蝕狀況。該方法操作簡(jiǎn)便,不受周圍環(huán)境的影響。
? ? ? 電化學(xué)檢測(cè)法是根據(jù)恒電量法和交流阻抗法等來進(jìn)行檢測(cè)的,具有檢測(cè)速度快、可操作性強(qiáng)、測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)可靠等優(yōu)點(diǎn)。
2.4 回彈法檢測(cè)技術(shù)

? ? ? ?利用回彈儀（一種直射錘擊式儀器）檢測(cè)普通混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗壓強(qiáng)度的方法簡(jiǎn)稱回彈法。技術(shù)人員利用回彈儀的彈擊桿（傳力桿）來彈擊混凝土表面,并測(cè)出重錘被反彈回來的距離,以回彈值（反彈距離與彈簧初始長(zhǎng)度之比）作為與強(qiáng)度相關(guān)的指標(biāo),推定混凝土強(qiáng)度?；貜椃ň哂性O(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、測(cè)試迅速、檢測(cè)費(fèi)用低廉、不破壞混凝土的正常使用等優(yōu)點(diǎn),因此它也是土木工程中常用的一種無損檢測(cè)方法。在使用回彈法的過程中,技術(shù)人員需要注意以下方面,以確保最終測(cè)試結(jié)果的精確度：清潔被測(cè)混凝土結(jié)構(gòu)表面；事先決定有關(guān)被測(cè)結(jié)構(gòu)的位置、范圍等；在進(jìn)行回彈量的計(jì)算時(shí),應(yīng)剔除最大值和最小值,并求得余下數(shù)值的平均值；在實(shí)驗(yàn)期間,必須保持實(shí)驗(yàn)的垂直度和壓力的一致性,以免造成混凝土結(jié)構(gòu)的損傷。?

03-無損檢測(cè)技術(shù)在土木工程中的具體應(yīng)用

3.1 公路工程中的無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

? ? ? 在公路工程施工過程中,壓實(shí)地基、澆筑水泥混凝土或?yàn)r青混凝土等施工環(huán)節(jié),都要經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗(yàn),以避免后期道路凹陷、裂縫、積水、地基松動(dòng)等問題。在公路工程檢測(cè)中,檢測(cè)人員可采用瞬態(tài)瑞利面波頻譜分析法,對(duì)路面結(jié)構(gòu)各分層介質(zhì)厚度、剛度、強(qiáng)度及最大抗剪強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)量；利用瞬態(tài)沖擊頻譜分析法,對(duì)地基的壓實(shí)度進(jìn)行快速判定；采用激光技術(shù)對(duì)道路的彎曲率和平坦度進(jìn)行測(cè)量；采用射線法對(duì)地基的致密性和水分進(jìn)行測(cè)量；利用雷達(dá)檢測(cè)法對(duì)路面、路基分層厚度及路面內(nèi)部缺陷進(jìn)行分析和檢測(cè)。

3.2 隧道工程中的無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用

? ? ? 隧道工程構(gòu)造比較特殊,在隧道施工過程中,檢測(cè)人員更要做好檢測(cè)工作,尤其是必須對(duì)巖體的變形情況及結(jié)構(gòu)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè),以確保隧道工程的安全性和施工質(zhì)量。在隧道工程中,常用的無損檢測(cè)方法和測(cè)試項(xiàng)目有：采用聲波探測(cè)、電法勘探、電磁波探測(cè)等手段,評(píng)價(jià)圍巖特性（圍巖松弛帶、圍巖分類指標(biāo)）；對(duì)隧道支護(hù)工程進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn),利用聲波技術(shù)對(duì)圍巖灌漿進(jìn)行檢測(cè),檢測(cè)灌漿后圍巖的強(qiáng)度及完整性；對(duì)隧道襯砌厚度、混凝土質(zhì)量等采用雷達(dá)、超聲等多種檢測(cè)手段來進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

3.3 橋梁工程中的無損檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用
? ? ? 橋梁工程施工的重點(diǎn)是要保證橋梁具有適用性、安全性和耐用性。在橋梁完工后,施工人員必須對(duì)其進(jìn)行定期的檢查和保養(yǎng)。橋梁上部結(jié)構(gòu)的無損檢測(cè)包括鋼橋、纜索構(gòu)造、預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁等。
? ? ? 鋼橋：檢測(cè)人員通常采用超聲波、射線、磁粉、滲析等檢測(cè)手段,對(duì)鋼橋進(jìn)行疲勞裂紋和焊接質(zhì)量的檢測(cè)。
? ? ? 纜索構(gòu)造：對(duì)于以纜索或鋼絲為主要承載構(gòu)件的懸索橋、斜拉橋、吊桿拱橋,施工人員主要對(duì)索橋上方鋼絲繩懸掛的受力、纜繩懸掛的受力,以及鋼絲繩和纜繩的腐蝕或損壞情況進(jìn)行檢測(cè)。目前常用的檢測(cè)手段有電磁探傷、超聲波探傷、應(yīng)力測(cè)量、聲發(fā)射檢測(cè)等。
? ? ? 預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)容易存在裂紋、鋼筋腐蝕等缺陷,針對(duì)這些問題,檢測(cè)人員常用超聲回彈法對(duì)混凝土強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定；采用沖擊波、雷達(dá)等方法對(duì)混凝土橋面板進(jìn)行檢測(cè)；采用超聲檢測(cè)技術(shù)對(duì)鋼筋混凝土的致密性進(jìn)行測(cè)試。

04-小結(jié)

? ? ? 近年來,我國(guó)土木工程無損檢驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域在日益擴(kuò)大。在土木工程中,施工人員應(yīng)用無損檢測(cè)技術(shù)開展作業(yè),有助于保障各環(huán)節(jié)的施工質(zhì)量。先進(jìn)的技術(shù)和裝備,極大地推動(dòng)了無損檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和完善。在未來的實(shí)踐中,研究人員更要加強(qiáng)技術(shù)分析,進(jìn)而提高我國(guó)土木工程無損檢測(cè)技術(shù)水平及工程質(zhì)量。