声波CT技术在旧桥粘钢加固评价中的应用

　　在役桥梁运营维护中，粘钢加固技术由于其经济、便捷等特点是保证桥梁安全运营的重要手段。但由于现有检测手段的不足，旧桥粘钢加固后修复效果是未可知的。为弥补检验修复效果这一空白，将CT技术引入到旧桥粘钢加固评价当中。在安徽某大桥的工程实例表明，用声波CT技术可以检测加固区域混凝土整体质量，得到定性、定量的检测结果，为旧桥加固修复情况提供客观评价，且可增强后续处治的针对性并节约维修成本。

　　伴随着我国公路桥梁建设取得迅猛发展，我国对在役桥梁的运营维护需求与日俱增。由于粘钢加固技术结构简单、施工便捷、经济实用等特点，在高速桥梁的运营维护中大放光彩。粘钢加固技术国内外研究众多，但大多是理论模型计算与试验，未曾见探讨应用于评价在役桥梁粘钢加固效果的检测方法。而对旧桥修复来说，评价粘钢加固的效果，检测加固后混凝土整体质量，这恰巧是重要的，以及必要的，这将验证修复情况是否达到了理论预期。

　　普遍检测粘钢加固效果的方法是外观检测技术，这早已被证明不能满足对混凝土内部病害诊断的需求。目前国内桥梁混凝土质量检测常用方法主要有超声法、回弹法和钻芯法等。上述方法都不能良好反映粘钢加固修复后病害位置混凝土整体质量。声波CT技术是一项迅速发展的现代无损检测技术，在保证测区的射线密度与正交性的前提下，能得到较为准确的定量的桥梁状况数据。声波CT技术的研究近年来在工程检测中引起广泛的关注，进入桥梁检测领域已有时日，但本文以安徽某大桥为例，证明声波CT技术还可以对粘钢加固修复区域进行检测，拓宽了声波CT技术的检测范围，填补了评价旧桥粘钢加固修复效果这一检测空白。

　　2 声波CT技术

　　层析成像技术(Computed Tomography，简称CT)，其实质是：以某一传感机理，布设阵列式传感器来采集各个方向上体现介质内部特性的投影数据（核心理论：Radon变换）。运用特定的反演算法（常用算法如代数重建法(ART)、联合代数重建(SIRT)等），绘制体现被测体内部特性的图像。基于解析反演图像来获得目标信息，实现反映介质参数分布的检测。

　　声波CT技术，以直达波走时来重构混凝土内部的弹性波波速分布，基于色标、网络坐标的综合展示，从而体现混凝土内部分布特征。常用的工程CT方法以弹性波CT为主，以频率不同可分为地震波CT、声波CT以及超声波CT。激发频率越高，检测的分辨率从而越高，但衰减越快、传播距离较短。为取得检测的效果，基于检测目标的尺寸与保证检测精度的前提下，合理选取激发波的频带。声波检测中，激发的波在混凝土内部与表面传播，波速与混凝土的密实性、弹性模量有关，混凝土的弹性模量又体现其强度和力学特性，故以波速为被检物理量能反映混凝土质量及结构特性。纵波波速Vp、密度ρ、弹性模量E的关系如下:

　　基于此，声波CT技术不仅普遍运用于桥梁混凝土的质量检测，还能够在运营桥梁粘钢加固效果评价中发挥着重要作用。

　　3 工程概况

　　安徽某公路大桥长1152米，为七跨一联的双塔双索面预应力混凝土斜拉桥（如图1）。

　　图1 安徽某桥主桥桥型布置图(单位:cm)

　　主桥主梁采用π型肋板式截面，为C50混凝土浇筑。两侧边肋梁高为2m，梁顶宽为1.5m，梁底宽为1.7m。桥面幅宽为23m，桥面板厚为32cm，高跨比为1/194，如图2所示。梁上索距8m，每节段设一道横梁。

　　图2 π梁设计标准(单位:cm)

　　某处π形梁过渡截面位置，存在一处混凝土掉块（如图3所示），现已粘钢修复（如图54

　　图3 原有掉块状况

　　图4 粘钢后表面状况

　　4 检测方案4.1 π型梁检测方案

　　根据π型梁上述检测需求，以及设计图和现场踏勘情况，拟采用多排列组合对测的检测方案。

　　图5 顶板斜拉索锚固段

　　图6 π型梁现场底部示意图 图7 桥底检查车

　　肋板的顶板表面被各种设施占用（如图5所示），检测空间不大。同时可使用的检测设备主要是梁下的桥梁检查车（如图7所示）。

　　本次检测中肋板宽度1.7m~1.85m，较宽，因此需要划分为4个CT截面。同时π型梁肋板顶板路面上存在各种设施，因此截面划分方法如图8所示。

　　图8 π型梁肋板CT截面划分（截面图）

　　采用对测法观测，首先将检波器布置在顶板最外侧，然后采用梁下检查车，在π型梁内侧的不同截面处依次激发（如图9所示）。每个截面都是对测法观测。

　　图9 π型梁肋板每个CT截面均采用对测法观测

　　每个排列中采用25cm的测点间距，采用64道接收，一个排列最长15.75m。单个排列的射线密度和正交性如图10所示。

　　图10 单个排列的射线密度和正交性

　　可以看出单个排列两侧中部的射线密度和正交性不足，形成盲区，故需要进行多排列组合叠加。排列叠加时，相邻两个排列重合2m，且测区应大于目标区域。

　　5 检测结果分析

　　将不同波速区间用彩虹色色标进行区分，以红色为高波速区域，绿色为中间波速段，深蓝色体现低速区域，形成被测区域波速云图，以体现混凝土内部情况，对应图3和图11中可以看出，混凝土有过破损掉块，波速较完整处低，存在从外向内发育的低速松散区，需要修补。

　　图11 π型梁粘钢加固区域CT截面1-4强度云图

　　根据实验对照，将其中速度>4300m/s，认为C50以上混凝土强度，用红色表示；速度<4200m/s,为C40以下混凝土强度，用蓝色表示；速度在4200m/s～4300m/s，为C40-C50过渡区，用浅蓝色表示，形成强度云图，以反映粘钢加固区域混凝土内部异常。从图12中可以看出此段发现混凝土内部存在缺陷。当波速值<4200m/s，且面积＞1㎡，判定混凝土内部可能还存在损伤，即粘钢加固效果不好。

　　图12 完整区域（左）与异常区域（右）对比

　　根据检测结果施工单位迅速对该桥开展具有针对性的修复工作，保障该桥运营安全。

　　5 结论

　　粘钢加固技术是一种实用、经济的修复手段，得到工程界普遍认可。本次工程实例表明，声波CT技术是目前评价粘钢加固后混凝土情况的一种较先进、实用且可靠的方法，能够准确评价粘钢修复区域混凝土的密实性，定性、定量指出修复缺陷与漏洞。其还可对检测区域整体成像，能对后续修复治理提供更详细、的资料。声波CT技术对旧桥粘钢加固修复质量检测与评价具有良好的应用前景和广泛的应用价值，值得推广。