基于沖擊彈性波法的預應力孔道灌漿密實度檢測技術及其應用

■　余支福（福建省交通建設質量安全監督局，福州　350001）

?

基于沖擊彈性波法的預應力孔道灌漿密實度檢測技術及其應用

■余支福
（福建省交通建設質量安全監督局，福州350001）

摘要本文介紹了預應力橋梁孔道灌漿密實度檢測技術的發展現狀，基于沖擊彈性波法檢測技術的方法原理及其工程驗證，并總結了該檢測技術的標準化檢測過程及其應用。

關鍵詞沖擊彈性波橋梁孔道灌漿密實度檢測

1　前言

隨著我國公路橋梁建設事業的快速發展，預應力混凝土橋梁已在我國橋梁建設中占據主導地位。然而，因施工過程控制及施工管理的因素，預應力孔道壓漿會存在不密實的現象，其不僅對預應力混凝土橋梁的耐久性有很大的影響，而且對橋梁的即時承載力也有相當的影響，對于沿海以及潮濕地區灌漿缺陷的危害更為顯著。近年來，國內大部分監管機構已經意識到預應力孔道壓漿密實度的重要性，應用檢測技術對預應力孔道壓漿密實度開展檢查工作。目前，我省應用了基于沖擊彈性波法檢測技術對部分在建項目開展預應力孔道壓漿密實度檢測，發現采取該項無損檢測技術手段對工程施工質量有很好的促進作用，進一步深化了我省交通建設質量標準化管理內涵。

2　孔道灌漿密實度測試技術發展狀況

長期以來，針對預應力梁孔道灌漿施工質量的測試方法，國內外研究人員開發了多種方法，按測試所采用的媒介來分，大致可以分為：（1）基于電磁波的檢測方法（如電磁雷達）。該方法有許多學者進行了研究。由于電磁雷達受鋼筋影響大、適用范圍窄、對缺陷不敏感、測試精度低；（2）基于超聲波的檢測方法。從理論上，利用灌漿缺陷對波速的影響，采用對測的方法可以檢測灌漿缺陷，國內也有學者從事這方面的研究和實踐。但需要從板的兩側面對測，而且需要耦合，因此作業性差，效率很低，難以實用；（3）基于放射線（X光、伽馬射線、銥192等）的檢測方法。該方法的檢測精度較高，但由于測試設備復雜、具有放射性、且檢測成本高，在國內基本上沒有得到應用；（4）基于沖擊彈性波的檢測方法。該方法被認為是最有前途的方法，可分為兩類：基于孔道兩端穿透的方法、基于反射的沖擊回波法（IE）。

在我省部分項目應用的灌漿密實度測試方案則是以沖擊彈性波為檢測媒介，綜合了國內外及我省實際項目測試的經驗總結，根據不同檢測對象工況開展基于沖擊彈性波的定性和定位測試，其最大的特點在于既可以快速定性測試，也能夠對有問題的管道進行缺陷定位，從而達到了測試效率和精度的最優化。

3　孔道灌漿密實度檢測方法原理及工程驗證

3.1檢測方法原理

為了準確測試縱向預應力梁管道（雙端錨頭露出）的灌漿缺陷，同時兼顧測試效率，項目檢測中采用基于沖擊彈性波的多種方法進行測試，各方法的適用測試工況如表1所示。

表1　各檢測方法適用的測試工況

（1）定性測試：利用錨索兩端露出的鋼絞線進行測試，測試效率高。由于空洞等缺陷通常發生在孔道的上方，因此通常只需測試最上方的鋼絞線即可。在一次測試過程中，可同時完成上述四種方法（FLEA、FLPV、PFTF、LAEA）的測試。定性測試示意圖如圖1。

圖1　定性測試示意圖

（2）定位測試：沿著管道的正上方，沿著波紋管走向對管道的壓漿情況以掃描的形式連續測試（激振和受信），通過反射信號的特性測試管道內灌漿的狀況（如圖2）。同時為了準確的判定，根據現場測試的情況，在測線上方的混凝土結構位置也布置相同測線，以便準確的對壓漿情況進行判定。

圖2　灌漿密實度的定位測試

根據預應力梁的結構狀態，建議注漿密實度檢測采用定位檢測為主，采用的測試方法為沖擊回波等效波速法（IEEV）（原理圖見圖3）。測試儀器采用預應力混凝土梁多功能檢測儀，其測試時通過彈性波的傳播、反射特性，對預應力梁的孔道注漿密實度進行定位檢測，IEEV法利用在波紋管上部激振時，根據彈性波的反射特性來判斷缺陷的具體位置，當管道注漿存在缺陷時：①激振的彈性波在缺陷處會產生反射；②激振的彈性波從梁底部反射回來所用的時間比注漿密實的地方為長，即用梁長得到的等效波速慢。

圖3　沖擊回波法測試原理圖

3.2工程驗證

筆者在工作中采用上述測試技術對我省部分現場工程進行了檢測和驗證。以下為一個較為典型的案例：檢測對象為我省高速公路某標段預制30mT型梁負彎矩，主要針對孔道灌漿密實度進行了定位檢測和驗證，具體測試結果及驗證情況如下：

在灌漿正常處孔道進行標定，經測算其標定位置板厚為20cm，其標定基準波速取4km/s。所檢測的位置負彎矩管道均為直徑5.5cm的鐵皮波紋管，測試位置的板厚為17.35cm，由于厚度取各自圖紙設計厚度，且每個孔道的厚度無變化，以延遲5％以上作為判定缺陷的依據。根據圖4測試的數據分析形成的云圖分析，其反射時間滯后較多，故判定該孔道存在較大注漿缺陷，經現場鉆孔方式驗證確認該段需要補漿處置。

圖4　彈性波反射云圖

4　檢測工作的規范化

為進一步促進我省公路橋梁預應力施工質量管控，加強事后檢測手段，筆者按照參與項目的測試情況總結了預應力梁的檢測工作相關流程和規范化測試工作，從而促進我省公路建設項目預應力橋梁施工檢測新技術應用。

檢測考慮到效率和準確性，筆者建議優先采用定位檢測，當定位檢測條件受限時再使用定性檢測方法；當然，如果用于普查或灌漿質量問題排查，考慮到測試的高效率，可以采用定性檢測方法，檢測的一般工作流程見圖5。

圖5　測試工作流程

4.1測試前準備

現場測試時，主要把握以下幾項工作：（1）掌握了解測試對象孔道布置施工圖紙；（2）測試過程中需記錄清楚對象編號、孔道編號等能說明測試區域準確位置的信息；（3）現場測試對象的表面應較為平整，無浮漿、其他異物等影響振動信號因素；（4）現場測試的波紋管位置定位畫線要確定。

4.2檢測對象和位置

（1）預制梁

根據經驗，在后張法預應力梁的腹板孔道中，以下部位出現注漿不密實的可能性較大。因此，對于縱、橫向波紋管，其缺陷往往在管的上部，當然管壁下外側與混凝土間也有可能出現脫空現象。此外，當注漿料發生初凝，以及注漿壓力機出現故障時，注漿缺陷可能會大面積出現。現場測試預制梁時，重點測試上述易發生缺陷問題點。詳見缺陷部位示意圖。

圖6　缺陷部位示意圖

（2）現澆梁和連續剛構

在先簡后連的連接段、W型連續梁的反彎點、注漿口等容易出現注漿缺陷的部位，應當進行定位檢測。

4.3檢測頻率

具體檢測數量一般以每批次的現場實際抽檢為準，若無具體要求時可參照以下原則抽檢：預制梁正彎矩區按梁片數量的1％～3％；負彎矩區按孔道數量的10％～20％；現澆梁和連續剛構根據現場實際抽檢情況確定頻率。若檢測對象中有15％不合格時，應加倍檢測；若檢測對象中有30％不合格時應全橋檢測。

4.4測點布置和間距

對孔道全長進行定位檢測時，測點間距一般取0.2m；對易發生注漿缺陷位置進行定位檢測時，測點間距可取0.1～0.2m。

4.5檢測時間及報告

在注漿至少7d以后進行檢測，冬季施工應當在至少10d以后進行檢測為宜。一般在現場檢測后的一周內宜提供有質量較大缺陷給相關方，這樣確保測試的有足夠的數據分析時間且又不影響工程的總體施工進度。

4.6缺陷分類及驗證方法

根據反射信號及等效速度的特點，利用IEEV法能夠檢測缺陷的位置和缺陷類型，一般對缺陷的類型定義如表2：

表2　缺陷的類型與定義

根據缺陷的類型、規模和長度，筆者結合項目實踐，提出如下處理建議：（1）對于松散型（注漿料強度和剛性較低，較為松散，但仍保持連續性，對鋼絞線能起到保護作用），此類型缺陷一般不必處理。（2）對于空洞型（有空洞，容易侵入空氣和水），此類型缺陷可采取鉆孔二次注漿處理。缺陷處理較為方便，采用材料可以根據情況選用原配漿料、環氧樹脂材料、聚氨酯材料等。

驗證檢測考慮到成本與對梁的破壞性，首選鉆孔和內窺鏡結合的方法，該方法破壞性小成本低，而且結果直觀。因此，當檢測方和被檢方對測試結果出現爭議時，應對測試存在疑問區域進行開孔驗證（可以使用25～32mm的水鉆進行鉆孔驗證，同時鉆孔也可用于缺陷補漿），以確保測試結果的可靠性。一般針對開孔位置，采取目視、穿絲掛鉤方式或內窺鏡觀察的方法進行判定。

5　結語

從該項檢測技術的實際應用效果看，目前研究開展的預應力管道密實度檢測技術應用已較為成熟可靠，其檢測技術直觀且檢測位置缺陷也容易得到驗證，預應力施工質量得到普遍提升。結合交通運輸部提出打造品質工程推廣應用此項檢測技術，對促進全省在建項目預應力梁施工精細化管理，進一步提高我省交通建設標準化管理有其積極意義。