預應力孔道灌漿密實度定性檢測概述

景明成 丁文海 林燕生

摘? 要：預應力混凝土梁因其出色的經濟性和安全性在橋梁工程中應用廣泛。其中孔道灌漿密實性結果對預應力混凝土橋梁的承載力和耐久性有很大影響。定性測試通過在一端激發信號，另一端接收信號，可同時完成能量、頻率、波速的采集，通過三者與灌漿密實性的相關性可以對孔道灌漿質量進行判定。定性檢測效率高，受到廣大檢測人員的歡迎，但因其對缺陷的分辨力較差，一般僅適用于管道堵塞等灌漿事故的排查、漏灌，在本文中對定性檢測的適用性和局限性進行分析，以備檢測人員根據檢測對象和檢測目的合理使用定性檢測方法。

關鍵詞：孔道灌漿密實度;定性檢測;能量;頻率

中圖分類號：U445.57? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ?文章編號：1671-2064（2020）03-0000-00

0 引言

預應力混凝土梁因其具有極其出色的經濟性和安全性，在現代橋梁工程中得到了極其廣泛的應用。預應力孔道注漿密實度在很大程度上決定了預應力混凝土橋梁的承載力和耐久性[1]。普遍認為預應力孔道灌漿的目的主要有：通過灌漿體使得鋼絞線與周圍混凝土形成一個整體，改善應力分布，提高構件的承載力;排除孔道內的水和空氣，防止預應力鋼絞線被腐蝕，保證構件的耐久性。但是因為各種原因導致的孔道灌漿不密實，容易引起水和空氣的進入使得處于高度張拉的鋼絞線易發生腐蝕，造成有效預應力降低。嚴重時，鋼絞線會發生斷裂，極大地影響橋梁的耐久性、安全性。此外，壓漿質量缺陷還會導致混凝土應力集中，進而改變梁體的設計受力狀態，從而影響橋梁的承載力和使用壽命，還會造成安全隱患和垮橋等惡性事故[2]。

本文以沖擊彈性波理論[3]為基礎，針對孔道灌漿密實度檢測中的定性檢測方法進行研究，對灌漿定性檢測[4]的適用性及局限性進行分析，以備檢測人員根據檢測對象和檢測目的合理使用定性檢測方法。

1 定性測試方式比較

目前常見的定性測試方式有單端激振和雙端激振。單端激振，利用激振工具對外露的預應力孔道鋼絞線激振，并在該端接收信號。通過分析可以得到彈性波在孔道中的傳播時間和能量的衰減情況，判定孔道灌漿質量的優劣。雙端激振，分別在預應力孔道的一端激振從而產生彈性波信號，另一端接收彈性波信號。通過分析在彈性波在傳播過程中信號的能量強弱、頻率變化、波速大小，來判定孔道灌漿質量的優劣（如圖1）。

相比單端激振，雙端激振不僅可以獲得波速、能量，還可以獲得頻率，特別是通過比較激振端與接收端頻率的變化，對端頭位置灌漿不密實處有很好的反映（下文定性方法原理詳細敘述，此處不再贅述）。雙端激振，分別在某一端激發信號，另一端接收信號。將兩次測得的信號通過數學計算，采用雙曲線回歸求出振幅比與波長的關系，進而求得修正后的振幅比和彈性波信號的衰減率，因此測試精度高于單端激振。雖然在測試效率上低于單端激振，但是一般情況下，完成一個孔道的測試時間在3-5分鐘，滿足工程測試效率。因此本文論述的定性檢測測試方位為雙端激振。

2 定性檢測原理

2.1能量衰減法

一般孔道灌漿密實性越高，能量在預應力孔道的傳播過程中逸散的就越多，衰減越大，振幅比就越小。反之，若孔道灌漿密實性較低，則能量在傳播過程逸散較少，衰減小、振幅比大（如圖2）。

2.2傳播時間法

通過激振端和受信端可以得到彈性波經過預應力孔道的傳播時間，且彈性波傳播的預應力孔道長度已知，從而可以計算出彈性波經過預應力孔道的波速。通過波速的大小來判斷預應力孔道灌漿密實度情況。一般情況下波速與灌漿密實度有相關性，隨著灌漿密實度的增加波速逐漸減小，當灌漿密實度達到100%時，預應力孔道的P波波速接近混凝土中的P波波速（如圖3）。

由圖3可見，灌漿密實度大約在0～40%時，測試波速變化很明顯，此時波速對灌漿質量非常靈敏，具有較強的區分能力，但當灌漿密實度超過約40%以后，測試波速變化非常緩慢，此時波速對灌漿質量的靈敏度降低，區分能力變差。換言之，傳播時間法更適用于灌漿密實度很低的工況，這一點要特別引起注意。

2.3頻率特征法

在預應力孔道的一端鋼絞線上激振產生彈性波信號，另一端接收彈性波信號，如果端頭附近存在不密實情況，會使振動的頻率發生變化。因此，通過對比接收信號與激發信號頻率變化，可以判定錨頭兩端附近的灌漿質量情況（如圖4）。

當受信端出現空腔，處于高張的預應力筋處于無束縛狀態，當預應力筋受外力輕微激振或波動影響時，即會產生較高頻率，反之難以振動起來，頻率較低。需要注意的時，此時預應力筋只要有束縛鋼絞線就無法正常振動起來，因此，此法只能反映端部空與不空，無法測試灌漿的密實程度。

3 定性檢測判定標準

3.1 綜合灌漿指數

通過識別激振端和接收端首波，獲取彈性波在兩個傳感器之間的傳播時間，結合孔道長度，得到灌漿孔道波速，根據波速與灌漿質量的關系可以即可獲取波速灌漿指數;通過兩端幅值對比可得到能量比值，進而可以得到能量灌漿指數;通過對兩端信號的激振頻率和受信頻率分析，可得到頻率特征，進而可以得到頻率灌漿指數。定性分析成果如圖5、圖6。

最后引入綜合灌漿指數：

其中，，分別為能量衰減法、傳播時間法、頻率特征法，三種方法得到的相應灌漿指數。

3.2判定基準

灌漿指數的計算是基于標定的基準值來計算的，一般在未標定的情況下，基準值可按下表取值（如表1）。實際上不同型號的鋼絞線、錨具、梁的形式以及預應力孔道的位置都會對基準值產生影響，所以在條件許可時，進行相應的標定或通過大量的測試并結合數理統計的方法確定基準值是非常有必要的。