對(duì)公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力梁孔道注漿飽滿指數(shù)的應(yīng)用和驗(yàn)證

張佳運(yùn)

（遼寧省交通運(yùn)輸事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 沈陽 110005）

孔道注漿密實(shí)度是后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁實(shí)體質(zhì)量的重要指標(biāo)，在很大程度上決定后張法預(yù)應(yīng)力梁的承載力和耐久性。如果注漿不飽滿，會(huì)導(dǎo)致處于張拉狀態(tài)下的鋼筋或鋼絞線材料暴露在空氣中，近海環(huán)境還會(huì)有水氣和氯鹽滲入，進(jìn)一步提高了鋼筋或鋼絞線的易腐蝕程度。嚴(yán)重時(shí)張拉材料會(huì)突發(fā)斷裂，注漿缺陷可能導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)因應(yīng)力集中。

改變混凝土受力狀態(tài)，從而影響結(jié)構(gòu)的使用功能[1]。沖擊彈性波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到公路水運(yùn)工程實(shí)體檢測(cè)以來，對(duì)孔道注漿質(zhì)量的檢測(cè)理論方法不斷優(yōu)化，為進(jìn)一步提升對(duì)孔道注漿質(zhì)量無損檢測(cè)的可靠性，本文提出基于沖擊彈性波檢測(cè)技術(shù)的孔道注漿飽滿指數(shù)，補(bǔ)充定性評(píng)價(jià)公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁孔道注漿質(zhì)量的評(píng)價(jià)體系，得出孔道注漿飽滿指數(shù)可實(shí)際應(yīng)用于工程檢測(cè)的結(jié)論。

1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)公路水運(yùn)工程建設(shè)領(lǐng)域快速發(fā)展，該生產(chǎn)方法對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)孔道注漿的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格[2]。國(guó)內(nèi)外研究人員開發(fā)了多種方法檢測(cè)孔道注漿密實(shí)度情況，各檢測(cè)方法均具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹如下：

（1）鉆芯、鉆孔檢測(cè)：該檢測(cè)技術(shù)客觀性強(qiáng)，往往作為最終的判定驗(yàn)證手段，但必須進(jìn)行局部破損，導(dǎo)致檢測(cè)效率低，檢測(cè)費(fèi)用高，且破壞性檢測(cè)不能用于大范圍檢測(cè)[3]。

（2）基于電磁波理論的檢測(cè)方法：雷達(dá)法只能對(duì)孔道注漿質(zhì)量進(jìn)行定性檢測(cè)，對(duì)于孔道注漿缺陷的定量判別還需要進(jìn)一步的研究，尤其是雷達(dá)波受金屬屏蔽作用影響，該檢測(cè)方法無法用于開展金屬管壁孔道的質(zhì)量檢測(cè)[4]。

（3）基于超聲波理論的檢測(cè)方法：超聲波法被廣泛用于工程無損檢測(cè)，該方法需要受檢結(jié)構(gòu)兩邊均存在檢測(cè)作業(yè)條件，必須開展對(duì)向檢測(cè)且測(cè)試面需要良好耦合，對(duì)作業(yè)環(huán)境要求較高，檢測(cè)效率較低，超聲波檢測(cè)法的適用范圍和檢測(cè)精度還有待于進(jìn)一步深入研究。

（4）基于放射線理論的檢測(cè)方法：該方法對(duì)公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力孔道注漿質(zhì)量的檢測(cè)結(jié)果與梁體局部破損驗(yàn)證的結(jié)果一致性高。但儀器較為昂貴，放射線貫穿實(shí)體厚度較小，且放射線對(duì)人體有害，雖檢測(cè)結(jié)果直觀、準(zhǔn)確，但在混凝土預(yù)制、現(xiàn)澆場(chǎng)地應(yīng)用可行性較差[5]。

（5）基于沖擊彈性波理論的檢測(cè)方法：沖擊彈性波的應(yīng)用理論與超聲波理論類似，但沖擊彈性波能量更大、更易于開展頻譜分析，針對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力孔道注漿密實(shí)度檢測(cè)，其檢測(cè)方法不存在明顯短板，是當(dāng)前最值得被進(jìn)一步深入研究的檢測(cè)方法。

因此沖擊彈性波法是最適合對(duì)公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁孔道注漿質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的有效手段[6]。

2 沖擊彈性波法檢測(cè)基本原理

對(duì)公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁孔道注漿密實(shí)度檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行綜合研究，基于沖擊彈性波的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁孔道注漿密實(shí)性無損檢測(cè)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)主要是通過對(duì)測(cè)試部位的混凝土打擊激振并誘發(fā)自由振動(dòng)，分析注漿密實(shí)處與不密實(shí)處測(cè)得的共振頻率位置的偏移量，判斷預(yù)應(yīng)力孔道質(zhì)量問題。

通過沖擊彈性波法檢測(cè)公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁孔道注漿質(zhì)量分為以下兩種方法：

2.1.整體檢測(cè)的基本理論

后張法預(yù)應(yīng)力梁端部同一條鋼絞線的兩側(cè)錨定位置布置檢測(cè)裝置，其一作為沖擊波信息的激發(fā)端，另一端作為沖擊波信息的接收端，如圖1～2 所示，對(duì)比兩端信號(hào)異同，可以整體判斷該孔道的注漿密實(shí)性[7]。

圖1 同一孔道兩側(cè)錨定位置布置檢測(cè)裝置示意圖

圖2 預(yù)應(yīng)力梁兩端布置檢測(cè)裝置示意圖

根據(jù)彈性波在預(yù)應(yīng)力孔道中傳播過程中能量的衰減比來定性地判斷孔道注漿有無缺陷的分析方法，稱之為全長(zhǎng)衰減法（FLEA）。

根據(jù)彈性波在預(yù)應(yīng)力孔道中的傳播速度的大小來定性地判斷孔道注漿有無缺陷的分析方法，稱之為全長(zhǎng)波速法（FLPV）。

如果孔道未注漿時(shí)，測(cè)試波速約為每秒5.01 千米，如果孔道注漿完全密實(shí)時(shí)，測(cè)試波速約為4.30 千米至4.60 千米之間，測(cè)試波速隨注漿密實(shí)度變化見圖3。

圖3 測(cè)試波速隨注漿密實(shí)度變化示意圖

圖4 局部精準(zhǔn)檢測(cè)的測(cè)試原理示意圖

根據(jù)彈性波在預(yù)應(yīng)力孔道中的傳播頻率的變化來定性地判斷孔道兩端有無缺陷的分析方法，稱之為傳遞函數(shù)法（PFTF）。整體檢測(cè)某條預(yù)應(yīng)力孔道注漿飽滿程度時(shí)，如果受檢孔道兩端即靠近錨定位置存在注漿不飽滿情況，沖擊彈性波振動(dòng)頻率會(huì)發(fā)生較明顯變化以此來判定受檢孔道兩端附近的注漿質(zhì)量是否存在缺陷。

受到張拉的鋼絞線，其自振頻率f1可以由下式得到：

其中，L：參與振動(dòng)的鋼絞線的長(zhǎng)度；

T：鋼絞線的張力；

2.2 局部精準(zhǔn)檢測(cè)的基本理論

沿孔道軸線的位置，逐點(diǎn)進(jìn)行激振和接收信號(hào)。通過分析激振信號(hào)從波紋管以及對(duì)面梁側(cè)反射信號(hào)的有無、強(qiáng)弱、傳播時(shí)間等特性，來判斷測(cè)試點(diǎn)下方波紋管內(nèi)缺陷的有無及形態(tài)。

3 孔道注漿飽滿指數(shù)

測(cè)試孔道注漿的各類方法分別具有各自的優(yōu)、劣勢(shì)如表1 所示。

表1 檢測(cè)注漿飽滿程度各方法的優(yōu)劣對(duì)比列表

基于上述理論，并綜合各方法優(yōu)缺點(diǎn)，提出孔道注漿飽滿指數(shù)用于判定公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁孔道注漿密實(shí)度情況，當(dāng)注漿飽滿時(shí)=1，而未注漿時(shí)，孔道注漿飽滿指數(shù)通過下式計(jì)算：

其中，IEA為全長(zhǎng)衰減法（FLEA）測(cè)得的分項(xiàng)指數(shù)；

IPV為全長(zhǎng)波速法（FLPV）測(cè)得的分項(xiàng)指數(shù)；

ITF為傳遞函數(shù)法（PFTF）測(cè)得的分項(xiàng)指數(shù)。

4 孔道注漿飽滿指數(shù)的應(yīng)用驗(yàn)證

選取在建工程澆注后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁以及高校教學(xué)用特制缺陷模型梁作為驗(yàn)證對(duì)象，采用四川省某公司生產(chǎn)傳感器及檢測(cè)設(shè)備，通過檢測(cè)孔道注漿飽滿指數(shù)確定受檢孔道是否需要對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行局部精準(zhǔn)檢測(cè)，對(duì)有條件的部位進(jìn)行破拆，將在建工程用梁破拆結(jié)果或教學(xué)模型梁制作信息與孔道注漿飽滿指數(shù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，得出孔道注漿飽滿指數(shù)在工程檢測(cè)領(lǐng)域存在應(yīng)用價(jià)值的結(jié)論。

5 結(jié)語

在公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁制作生產(chǎn)過程中，孔道注漿密實(shí)度是實(shí)體質(zhì)量控制重點(diǎn)，在很大程度上決定后張法預(yù)應(yīng)力梁的承載力和耐久性。沖擊彈性波因其安全性高、能量大、易于頻譜分析等特點(diǎn)，適合對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道注漿密實(shí)度開展無損檢測(cè)。通過對(duì)孔道注漿飽滿指數(shù)的提出及驗(yàn)證可以看出，該指數(shù)理論依據(jù)充分，精確度高，可以用來測(cè)定孔道注漿密實(shí)度是否合格，尤其適合政府質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)及工程監(jiān)理單位在工程施工現(xiàn)場(chǎng)快速對(duì)孔道注漿質(zhì)量作出定性判斷。