橋梁混凝土質量狀（zhuàng）況的檢測與評價是橋梁建造、養護（hù）管理與加固效果評定的重要任務。橋梁混凝土表麵的開裂和表層強度常采用外觀調查與超聲回彈的方法（fǎ）進行檢測，對（duì）於混（hún）凝土內部缺陷的（de）檢測可采用橋梁聲波CT新技術。橋（qiáo）梁聲波CT以（yǐ）縱波速度（dù）圖像表征混凝土的強度分布，用幾種定量（liàng）指標可（kě）以對混凝土質量進行評價。用平均速度評價混凝土強度等級，用波速的離散性評價（jià）混凝土的（de）均勻性，用低速區界定混（hún）凝土結陷的位置。實（shí）踐表（biǎo）明，橋梁聲波CT技術對控製在建橋（qiáo）梁的施工質量（liàng）、診斷運營橋梁的健康狀（zhuàng）態、評（píng）價（jià）危舊橋梁的加固效果等方麵都發揮（huī）了重要作用。

關鍵詞： 橋梁混凝土； 質量檢測；橋梁聲波CT；評價指標；

1、前言

近十年來隨著高速公路與鐵路建設的快速發展，我國橋梁的數量急（jí）劇增長（zhǎng），橋梁的病害也日益突出，特別是九十（shí）年代（dài）末和本世紀初修建的混凝土橋梁出現病害的比例偏（piān）大，混凝土開裂和撓度過（guò）大等（děng）問（wèn）題比較突出。這說明（míng）橋梁的耐久（jiǔ）性方麵的問題令人堪憂。危橋拆除中發現混凝土裂化是較為（wéi）普（pǔ）遍的問題，是導致橋梁垮塌的主要原（yuán）因之一。提高橋梁的耐久（jiǔ）性，需要設計、施工和養護各環節的共同（tóng）努力。目前橋梁施工質量主要靠工藝和（hé）管理控製，對施工（gōng）質量（liàng）缺乏有效的檢測與監督，這（zhè）給養護與管理（lǐ）埋下了隱患。

目前國內外對混（hún）凝土橋梁的質量檢測與健康診斷的手段比（bǐ）較有限，主要以外觀（guān）檢測為主（zhǔ），配合動靜（jìng）載實驗進行承（chéng）載力檢算作出（chū）評價。外觀檢測的主要工作包括混凝土表麵裂縫測繪（huì）和碳化深度、氯離子濃度、保（bǎo）護層互厚度、混凝土強度的檢（jiǎn）測。檢測規範中（zhōng）的混凝強度檢測是采用超聲-回彈方法[1-3]，它主（zhǔ）要代表混凝土表層5cm以內的強度（dù），不能反映結構內部混凝土的質量狀態。這些檢測手段和規範已經落後（hòu）於橋梁病害診斷與健康評價的現實需要，檢測的結（jié）果很難與動靜載試驗結果相結合（hé）用於承載力檢算分析。磁粉檢測和X光檢測（cè）在鋼（gāng）結構上有一定應用，但對（duì）混凝土橋梁（liáng）很難應用。近年地質雷達在橋梁檢測中也有應用，可以發現一些結構缺陷，但無法評價混凝土密實程度與抗壓強度等力學指標。為解決橋梁混（hún）凝質（zhì）量的檢測問題，近年來發展起（qǐ）類似於醫學CT的橋梁聲波CT檢（jiǎn）測新技術，2006年在（zài）重慶橋梁檢測中開始使用[4]，對大型鋼構橋梁的混凝土結構進行了聲波CT檢測，通過聲波速度成像，對混凝土的強度分布、均（jun1）勻性、缺陷位置進（jìn）行了可靠（kào）診斷。目前在雲南、重慶、貴州、陝西、河北、山東、浙江、安徽等省地（dì）橋梁的質量控製、病害診斷和加固效果評價中進行了成功的應（yīng）用，初步形成了檢測評價標準，本文在此作相應介紹。

2 、橋梁聲波CT基（jī）本原（yuán）理

橋梁聲波CT的基本原理與（yǔ）醫學CT類似。醫學CT是（shì）利用X射線穿透人體組織，通過射（shè）線能量衰減的測（cè）量對（duì）人體組織吸收特性成像。橋梁CT是（shì）利用聲波穿透混凝土介質，通過聲波走時和能量衰減的觀測，對混凝土結（jié）構波速分布成像（xiàng）。Radon變換是CT技術（shù）的數學基礎，其基本（běn）原理是通過測量變量沿路徑（jìng）的積分來反演區內變量的（de）分布。橋梁CT通過測量發射點到接收點聲波的走時，反演區內混凝土的波速分布。波速作為混凝（níng）土強度、密（mì）實性、均勻性和缺陷評價的重要指標，用於混凝土質量（liàng）的評（píng）價。通過多（duō）年的專題研究（jiū）與檢測實踐，獲得雲南、四（sì）川、重慶、貴州、河北等地的混凝土波速與單軸抗壓強度的對應關係（表1）。波速（sù）與混凝土看押強（qiáng）度的相關關係是橋梁CT評價混凝土質量的物理基礎。

混（hún）凝土標號波速（m/s）C403500-3800C453800-4000C504000-4300C554300-4500C60>4500

表1 混凝土波速與抗壓強度實驗結果對照表

應用表明，橋梁聲波（bō）CT可以研究混（hún）凝土（tǔ）結構力學強（qiáng）度的（de）分布，具有分（fèn）辨率高、可靠（kào）性好、圖像直觀等特點，在（zài）工程檢測（cè）中可以被用來探查混凝土強度、密實性、均勻性和（hé）不密實區等（děng）結構缺陷。在（zài）橋梁結構的檢測和病害診斷（duàn）有著（zhe）廣泛的應用前景（jǐng）。

3、橋梁CT的測量方式

橋梁CT在檢測（cè）首（shǒu）先（xiān）將橋梁分解成混凝土結構或構件，如橋（qiáo）墩、箱梁、T梁等結（jié）構，然後將三維結構分解成二維結構，如將箱梁（liáng）和T梁分解成頂（dǐng）板、底板、腹板（bǎn）或拱麵等。CT測量實際上是分別對二維結構進行測量與成像。在數學處理上將二維結構分解成有（yǒu）限（xiàn）單（dān）元體的組合，用有限單（dān）元體的速度（dù）表征二維結構速度分布。最（zuì）後將各二維結（jié）構的速度分布拚合成三維結構圖像。

圖1 橋梁CT的觀測方式

圖中紅色圓點表示聲波發射點，藍點表示接受點。每（měi）一點發射時所（suǒ）有接受點同時接收，獲得由發射點到各接收點的聲波射（shè）線與走時，所有發射點與接收點組成的射線網及走時數據，是CT計算的基礎。下圖是聲波走時記錄。

圖2 橋梁（liáng）聲波（bō）記錄

圖中每道記錄代表一個接收點檢波器的記錄，記錄的幅值就（jiù）是聲波信號的強度。圖中清楚的顯示了直達縱波、後（hòu）續的橫波、Lamb波震相（xiàng）。在（zài）橋梁CT中主要使用直達縱（zòng）波，它（tā）速度快，最先到達（dá），走時讀取幹擾（rǎo）小，準確率高。

4 橋梁聲波CT圖像與（yǔ）混凝土質量評價指（zhǐ）標

橋梁CT是以（yǐ）二維梁板為基礎，CT圖像表示混凝土速度的分布，根據混凝土波速與強度的對應關係，它可（kě）作為混凝土質量評（píng）價的依據。圖像中不同顏色表征（zhēng）混凝土速度高低。紅（hóng）色、黃（huáng）色、綠色、藍色的色階表示（shì）波速由高到低的變化。聲波CT圖像如圖3下所示。C50 混凝土的波速分布在4.0-4.3km/s之間。

圖（tú）3 混凝土梁板（bǎn）波速CT圖像

梁板中混凝土的波速是分布參（cān）數，不（bú）同（tóng）部位（wèi）波速不同，因而需要選定（dìng）幾項統計參（cān）數作為混凝土質量評價的技術（shù）指（zhǐ）標，這些指標能（néng）表征混凝土梁（liáng）板強（qiáng）度、密實性、均勻（yún）性和結構缺陷等特征。

根據筆者的研究與（yǔ）實際應（yīng）用，初步選擇下列4項參數作為混凝（níng）土質量評價（jià）的定量（liàng）標準。它們分別（bié）為梁板的平均波速Va、波速（sù）離散度Rb、合格麵（miàn）積率Rs和最大缺陷尺度等4項。現分別對這些參數作深入分析。

(1) 平均波速

梁板的平均（jun1）波速Va是表征梁板平（píng）均強度的重要指（zhǐ）標（biāo），它用來衡量梁板的平均強度是否達到設計標準。平均波速計算公式如下：

其中Vj為CT剖麵內單元（yuán）位置的波速，M為CT剖麵內單元總數。當橋梁CT剖麵內的平均波速達到或超過設計速度時，表明混凝土強度達到了設計標準。C50混（hún）凝土的波速範圍是4000-4300m/s，取其中值（zhí）4150m/s作為平均波速合格的指標（biāo）。當平均波速超過該指標時為合格，否則不合格。

(2) 波（bō）速（sù）離散度

波速（sù）離散度Rb定義為速度均方差與平均波速（sù）的比值，它（tā）是表（biǎo）征梁板澆築（zhù）質（zhì）量離散性大小的重要指（zhǐ）標（biāo）。離散度大表示澆（jiāo）築質量不均勻，混凝土密實性差異較大，橋梁受力時易造成應力集中。反之，離散度小說明澆築（zhù）質量均一。波速離散度由下式計算：

其中σ為均方差。離散度（dù）小於9%為合格，超過此數值則離散過大（dà），判定為不合格。

(3) 合格麵積率

合格麵積率Rs定義為強度達到設計標準的麵積所占的比率。合格麵積率越大說明混凝土質量越好（hǎo）。對於C50混凝土，就是（shì）波速等於（yú）和（hé）大於（yú）4000m/s的麵積所占的比率。這個（gè）麵積比率（lǜ）達到或超過80%為合格，低（dī）於此（cǐ）數值為不合格。

(4) 最（zuì）大缺陷尺度（dù）

混凝（níng）土質量評價的第4項參數是最大缺陷尺度SL。所（suǒ）謂缺陷是指波速低於設計強度85%的疏（shū）鬆（sōng）混凝（níng）土。鬆散混凝（níng）土（tǔ）在CT剖麵上連續分布的麵積如果過大，對橋梁的承（chéng）載力會產生（shēng）不利的影響，目前初步將最大缺陷麵積設定為1m2，小於該數值（zhí）認為合格（gé），超過該數值認為不合格。對於C50混凝土，是統計波速小於（yú）3400m/s的連續麵積。

(5) 鋼筋影（yǐng）響（xiǎng）的評估

混凝土的波速受鋼筋密度分布的影（yǐng）響，鋼筋的波速Vst為5700m/s，比混凝土高，鋼筋密集區的波速V會比素混凝土VC高。如果需要，可以對鋼筋的（de）影響給予消除。

其中α為綱筋在混凝土中所占的體積比，可根據鋼筋構造圖投影得到。當鋼筋體積比為5%時，波速（sù）的調整量為（wéi）80m/s。對於C50混凝土，如果測得的波速為4300m/s，那麽調整後（hòu）純混凝土的波速為4220m/s左右，調整量非常小，僅為2%。混凝土中的鋼筋與混凝（níng）土同時受力，鋼筋會使結構變得更加安全，因而一般情況下不需要對鋼筋的影響（xiǎng）進（jìn）行校正。

5、橋梁CT檢（jiǎn）測評價實例

貴州省境內1座橋梁出現病害，混凝土（tǔ）開裂，需要對病害的原因及影響範圍進（jìn）行（háng）檢測分析，以便進（jìn）行整治。對匝道橋和（hé）調頭（tóu）橋的（de）梁板分別進行了聲波（bō）CT檢測與評價,現結合其中匝道橋的1片梁板的檢測結果介紹（shào）評價過程。梁板長23m，高（gāo）1.8m，檢測結果表示成聲波速度分布圖、平均速度、離散係數、速度直方圖、混凝土強（qiáng）度分布和缺陷統計等數據。根據前述的混凝土質量4項評價指標，合格的混凝土應滿足下列條件：平均波速超（chāo）過4150m/s、離散度小於9%，C50混凝土麵積超過80%，最大缺（quē）陷麵積小於1m2。根據這4項指（zhǐ）標的評價結果列於下表2。表中數據表（biǎo）明，該梁板混凝土的平均波速為4059.62m/s，低於波速指標，平均強度未達標；離散度為9.76%，離散性過大，均勻性未達標；C50及以上強度的混凝土僅占61%，低強度麵積過（guò）大，C50強度麵積未達標；未發現麵積大於1m2的缺陷。4項指標（biāo）中3項未達標，綜合判定混凝土梁板強（qiáng）度低，不合格。

橋梁混凝土質量評價（jià）表 表（biǎo）2

梁板速度分布圖

速度分布直方圖

平均速度：4059.62米/秒， 離散度：9.76%混凝土強度分布

麵積統計>=C5061%C40～C5034%< C409%缺陷統計序號中心點X中心點裏（lǐ）程中心點Y麵積m2波速m/s強度12.3K0+226.80.250.25<3300<C35210.5K0+2350.250.75<3300<C35313.5K0+2380.250.53300<C35422.5K0+2471.50.53300C35結論：不合格該梁板平均波速4059m/s，未達到C50標準（zhǔn）；離散度9.76%，超（chāo）標； C50強度區域麵積隻占61%，未達標；缺陷麵（miàn）積（jī）小；三項指標不合格，因此判定該梁板強度偏低，檢測結果為不合格。

6 、結論

橋梁CT作為混凝土橋梁施工質量控製、危舊橋（qiáo）病害診斷和加固效果評價的有效手段，是傳統橋梁檢測方法的有益補充。橋梁CT的檢測是將橋梁看成混凝土構件，無法對橋梁的承載力進行功能性評價，但（dàn）是CT檢（jiǎn）測提供的梁（liáng）體強度與缺陷分（fèn）布的資料可為承載力的計（jì）算提供更可靠的（de）依據。橋梁CT可以做（zuò）為一種多發多收（shōu）的（de）聲波檢測層析成像方法歸入《超聲法檢測混凝土缺（quē）陷技術規程》CECS 21：2000中。現有的超聲法均是一發一收的，無法（fǎ）為梁板勾畫一個整體的CT圖像。

在對橋梁檢測的實踐表明，目前部分（fèn）橋梁混凝土的質量確實存在強度（dù）不足和均勻性差（chà）等問（wèn）題，應引起建（jiàn）設單位的足夠重視，並加以改進。希望本文中應用的橋梁CT評價標準能對推進國家相應標注的製定起到拋磚引玉的作用。