超声波技术在公路隧道检测中的应用

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1、超声波技术在公路隧道检测中的应用李炜光                                                    教育部特殊地区公路工程重点实验室(长安大学公路学院)摘要：本文针对采用传统办法不易对公路隧道的衬体混凝土进行检测的问题展开研究。根据超声波纵波在水泥混凝土中波速和混凝土强度存在的关联，对强度测定问题进行了探讨。最终采用无破损检测为主，破损检测为辅的办法对公路隧道进行了实际检测，取得了预期效果。对在公路隧道以及相关结构物检测中提供了参考。关键词：公路隧道    超声波

2、    衬体混凝土    Study of Sonic in the Measure of Highway-tunnelLi wei guang      Shen ai qin      zhang yu bin      Special region highway-engineering stress-laboratory of Educational Ministry(Chang’an University)随着国家西部开发战略的使用，作为重要基础建设的公路对保证其顺利进行越发显得重要。而在西部建

3、设公路交通主骨架，首先面临的就是公路隧道建设，和铁路隧道相比，公路隧道的要求更多、更具体，伴随着大量的公路隧道的建成通车，传统检测办法还能不能进行隧道结构检测就成了新的话题。如对隧道中的衬体混凝土进行强度检测时，若按照传统的破损检测办法进行，会对隧道结构造成不可挽回的破坏；同时也无法保证评价所需的最小样本数量，表明传统的破损检测办法已无法用于隧道衬体强度的检测中。因此本文针对隧道的衬体混凝土强度检测问题展开研究。一、声波检测原理简介：众所周知，混凝土的力学性质和声波在其中传播规律有着密切的联系，这是声波探

4、测力学参数测定问题的物理前提。声波测试是弹性波测试方法中的一种，其理论基础建立在固体介质中弹性波的传播理论上。该方法是以人工激振的方法向介质（混凝土构筑物）发射声波，在一定的空间距离上接受介质物理特性调制的声波，通过观测和分析声波在不同介质中的传播速度、振幅、频率等声学参数，解决工程中的相关问题。采用此方法进行测定，最大的优点是简便、快速、经济、便于重复测试，而且对测试物体无破损等优点。其中对于水泥混凝土而言，其力学性质也和波速有着密切的关系。一般来说，混凝土强度越高，相应的波速也越高。由于待测隧道中的二

5、衬混凝土，强度等级基本相同（大多为C20强度等级混凝土），密度值比较接近，因而可以认为强度和波速之间存在着正比例关系。但是单独以波速来衡量混凝土强度，也存在一定的问题。因为无破损检测是建立在两者相关性基础上的，具体测试过程中，测试结果还受到以下一些因素的影响：横向尺寸效应（要求纵波速度应在无限大介质中测得。）；温度和湿度（当环境温度在5～30℃情况下、因温度升高引起的速度减小不大。当环境温度在40～60℃度之间时，速度降低5%，温度在0℃以下时，由于混凝土的自由水结冰，使脉冲速度增加）；钢筋的影响（钢筋中

6、超声传播速度比普通混凝土的高1.2—1.9倍）；骨料品种、粒径、含量的影响（超声波在骨料中的传播速度高于混凝土中的速度。因此，声道路上的粗骨料多，声速则高，反之则低）；水灰比和水泥用量的影响，随着水灰比的降低，混凝土的强度、密实度以及弹性性质相应提高，反之则降低。二、处理办法由上可见，测试结果受到多方面因素的影响，因此如何消除这些影响对使用该法进行相关检测就显得至关重要。目前，国内外在超声检测混凝土强度的规程、方法以及建议中均须以一定数量的相同技术条件的混凝土试件进行校正实验，即预先建立强度校正曲线，然后

7、用声速推算混凝土的强度，这样推算的强度值才能达到比较满意的精度。采用该方法适用于检测和试件相同技术条件下的混凝土制品的强度，测试精度高。并且由于采用了相同的材料制备的试件，因此在推算混凝土强度时，不存在影响因素，因而无须对试验结果进行修正。（1）在室内测试中对声速试验数据分析处理过程如下所示；首先确定声速，采用公式1进行计算：v=l÷t×10(km/h)                                                                  (公式1) 其中：v—

8、超声波在混凝土介质中的波速(km/h) l—-收、发换能器的测试距离，室内测试时即为试件的宽度(cm)t—测区（试件）的平均声时值（单位μs）对与测试中个别点的声时偏差超过5%时，试件作废。此外试件的极限抗压强度按照公式2计算：Fmax=F/A*k                                                                                    (公式2)式中