高速公路橋梁預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量檢測與分析

孫 智 榮

(山西省晉中路橋建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西 晉中 030600)

1 工程概況

山西某高速公路特大橋采用6×30+20×(4×30)+6×30 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁結(jié)構(gòu)，施工方法為先簡支后連續(xù)。箱梁高2.4 m，上寬2.6 m，下寬1.2 m，跨中腹板厚度0.2 m，梁端腹板厚度0.35 m，每片梁設(shè)置縱向張拉孔10個，左右兩側(cè)腹板各5個。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土箱梁采用C50混凝土，選用Фs=15.2 mm鋼絞線，錨具選用15-6型，15-7型，波紋管選用Ф=80 mm的塑料波紋管。

建設(shè)項目實施階段在施工現(xiàn)場建設(shè)梁場，做好箱梁預(yù)制和張拉工作。為了保證預(yù)應(yīng)力鋼絞線張拉施工質(zhì)量，壓漿后7 d采用沖擊回波法對孔道壓漿密實度進(jìn)行檢測，并分析實驗數(shù)據(jù)，進(jìn)行定性評價。

2 沖擊回波法檢測工作原理

2.1 檢測工作原理

沖擊回波法是一種無損檢測方法，其工作原理是通過機(jī)械沖擊施加一個瞬時的低頻應(yīng)力波，傳播進(jìn)入混凝土內(nèi)部，當(dāng)?shù)竭_(dá)混凝土缺陷或構(gòu)件底面被反射回來。由于應(yīng)力波在不同介質(zhì)之間傳遞的速度不同，在分界面上會產(chǎn)生瞬態(tài)共振，通過振幅譜可以分析確定共振頻率。再進(jìn)一步進(jìn)行時域分析與頻域分析，從而確定結(jié)構(gòu)內(nèi)部的缺陷位置。當(dāng)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿存在缺陷時，會在缺陷界面產(chǎn)生反射，且應(yīng)力波返回所用的時間比密實部位時間長，沖擊回波法檢測工作原理如圖1所示，缺陷測試原理如圖2所示。

2.2 信號分析

沖擊回波信號反射波被回收后，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換(A/D)后被檢測儀器采集、存儲。根據(jù)測試部位的厚度、測試精度要求確定采樣頻率，通常采用頻率設(shè)定為100 500 kHz。信號經(jīng)過處理后，可以得到清晰的回波信號的頻率幅值譜。縱波是采集信號中重要的組成部分，可以表達(dá)結(jié)構(gòu)厚度，因此檢測過程中重點對頻譜圖中厚度頻率幅值峰進(jìn)行分析確定。

1)時域分析。

根據(jù)檢測過程中孔道壓漿缺陷部位或結(jié)構(gòu)底面的反射波走時tR，結(jié)合應(yīng)力波在預(yù)應(yīng)力孔道中的傳播速度VP，計算混凝土厚度和缺陷位置，計算公式如下：

T=aS·VPtR/2。

其中，aS為系數(shù)，根據(jù)構(gòu)件截面幾何形狀確定；VP為混凝土P波波速；tR為反射波的走時。

2)頻域分析。

沖擊波在傳播到孔道壓漿表面、底面和內(nèi)部缺陷時，會產(chǎn)生瞬態(tài)共振，進(jìn)而在振幅譜中出現(xiàn)峰值，可以根據(jù)峰值確定混凝土的厚度和結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的位置。在混凝土與水或空氣的界面位置，計算公式如下：

h=aS·VP/2Ft。

其中，F(xiàn)t為沖擊應(yīng)力波的共振頻率，F(xiàn)t=1/tR。

在混凝土與鋼材界面，計算公式如下：

h=aS·VP/4Ft。

由于沖擊波傳播到不同界面所產(chǎn)生的反射縱波不同，聲阻抗存在一定的差異，因此計算公式不同。波速測定的準(zhǔn)確率越高，厚度計算值越準(zhǔn)確。

3 孔道壓漿質(zhì)量檢測與分析

3.1 孔道壓漿現(xiàn)場檢測方案

本項目預(yù)應(yīng)力孔道壓漿選用的梁場的四片梁，每片梁選取其中一個壓漿孔道，均選擇肋板部位的壓漿孔道，編號依次為K1,K2,K3,K4。測線沿波紋管走向布置，壓漿孔測試端定義為0端，另一端定義為1端。本項目孔道壓漿檢測主要選用的儀器為SPC-MATS預(yù)應(yīng)力混凝土多功能檢測儀，配備前置放大器、加速度傳感器、激振導(dǎo)向器、激振錘一套、筆記本平臺分為儀器主機(jī)和計算機(jī)，以及配套的數(shù)據(jù)解析軟件。

3.2 孔道壓漿飽和度檢測結(jié)果分析

根據(jù)沖擊回波檢測原理，收集檢測數(shù)據(jù)，并借助儀器自帶的解析軟件進(jìn)行分析，確定0端口和1端口的激振測試結(jié)果。文章以孔道K2作為研究對象，解析檢測數(shù)據(jù)確定測試結(jié)果，如表1，表2所示。

表1 K2孔道0端激振測試結(jié)果

表2 K2孔道1 端激振測試結(jié)果

設(shè)置判斷基準(zhǔn)值混凝土波速為4.3 km/s，使用軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次解析，進(jìn)一步進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，繪制波長—振幅比數(shù)據(jù)分布曲線詳見圖3。

根據(jù)沖擊回波法檢測原理，分析K2孔道波長—振幅比數(shù)據(jù)分布曲線圖，得出孔道0端砂漿飽和度為92.3%，1端砂漿飽和度為92.1%，平均值為92.2%。橋梁預(yù)應(yīng)力張拉孔道壓漿檢測過程中由于受到波紋管材質(zhì)等因素的影響，或者檢測過程中敲擊力度不足，會造成測試結(jié)果與實際不符，在解析過程中應(yīng)將不符合要求的波形刪掉。

表3 預(yù)應(yīng)力孔道壓漿等級評價標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)表3中對孔道壓漿等級的評定標(biāo)準(zhǔn)，確定K1，K2,K3,K4孔道壓漿定性檢測結(jié)果。經(jīng)定性檢測分析確定孔道K2的灌漿指數(shù)為92.2%，定性評價等級為二級；K1的灌漿指數(shù)為91.54%，定性評價等級為二級；K3的灌漿指數(shù)為93.42%，定性評價等級為二級；K4的灌漿指數(shù)為89.68%，定性評價等級為三級。

4 結(jié)語

基于沖擊回波法預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量檢測方法，對特大橋箱梁預(yù)應(yīng)力孔道壓漿飽滿度進(jìn)行檢測，分析后得出以下結(jié)論：

1)通過對縱波進(jìn)行分析整理，通過時域分析和頻域分析計算可準(zhǔn)確確定混凝土厚度和孔道壓漿的缺陷部位；

2)對孔道壓漿飽滿度進(jìn)行檢測，根據(jù)四個試驗對象灌漿指數(shù)，確定K1，K2和K3的定性評價等級為二級；K4定性評價等級為三級。