基于沖擊回波法的預應力管道壓漿質量現場檢測及驗證?

王華，李斌，謝勇，趙劍

（貴州省質安交通工程監控檢測中心有限責任公司，貴州貴陽 550000）

基于沖擊回波法的預應力管道壓漿質量
現場檢測及驗證?

王華，李斌，謝勇，趙劍

（貴州省質安交通工程監控檢測中心有限責任公司，貴州貴陽 550000）

預應力管道壓漿密實性能直接影響預應力砼橋梁的使用性能、耐久性和安全性。文中運用沖擊回波法對預應力管道灌漿密實度進行相關研究，結合后張法預制T梁灌漿密實度現場檢測，將疑似病害區域進行剖切對比驗證，檢測結果吻合度較好，說明沖擊回波法能準確判定管道內部壓漿缺陷。

橋梁；沖擊回波法；壓漿質量；預應力管道

早期建設的橋梁，由于灌漿工藝及檢測技術不成熟，管道壓漿不密實問題十分嚴重。而預應力管道壓漿不飽滿直接影響預應力砼橋梁的使用性能、安全性及耐久性。目前國內外針對管道壓漿密實度的檢測技術主要有超聲波法、鉆芯取樣法、探地雷達法、沖擊回波法等，前3種方法檢測手段復雜，加上壓漿管道界面邊界條件及壓漿介質多樣性，不能被很好地應用。將沖擊回波法用于實際工程現場測試和分析的研究有不少，如周先雁、晏班夫等采用沖擊回波法對廈門某在建橋梁的預應力管道壓漿質量進行了檢測和分析，得出了較準確的檢測結果。該文基于沖擊回波法對預應力管道灌漿密實度進行研究，驗證沖擊回波法壓漿密實度檢測的準確性。

1　沖擊回波法原理

1.1定性檢測

1.1.1全體灌漿性能

（1）全長衰減法（FLEA）。如圖1所示，如果預應力管道壓漿密實度較高，則能量在傳播過程中逸散越多，衰減越大；反之，若預應力管道壓漿密實度較低，則能量在傳播過程中逸散較少，衰減小。該方法對能量衰減的測試誤差往往較大，定性測試時采用“雙方向激振技術”，以提高測試能量衰減的精度，即提高全長衰減分析灌漿指數的精度。

（2）全長波速法（FLPV）。通過測試彈性波經過

圖1　全長衰減測試示意圖

錨索的傳播時間，結合錨索的距離計算出彈性波經過錨索的波速，通過波速的變化判斷預應力管道灌漿密實度情況。隨著灌漿密實度的增加波速逐漸減小，當灌漿密實度為完全密實（達到100%）時，測試的錨索的P波波速接近砼中的P波波速（如圖2所示）。灌漿密實度為零時認為未灌漿，為1時認為灌漿密實。在FLPV法中，基準波速的測試是一個很重要的因素。一般來說，基準波速可取鋼筋砼的波速，可在接近梁頂板的位置進行標定得到。但在采用特制壓漿材料時，如果壓漿材料的波速快于砼的波速，則應采用壓漿材料中的波速。壓漿材料的波速通過試塊加以測試。

圖2　全長波速法測試示意圖

1.1.2端部灌漿性能

主要采用傳遞函數法（PFTF）測試端部壓漿性能。在砼預應力梁的一端進行激振，如果接收端存在壓漿不密實現象，則會在接收端產生高頻振蕩信號，通過對比接收端與激發段的信號頻率變化，可判定錨頭兩端附近的缺陷情況。當預應力砼梁激振端附近的鋼絞線也存在灌漿不密實現象時，激振端的傳感器采集的振動信號的頻率也會相應增加。

1.2定位檢測

根據結構的狀態，采用沖擊回波等效波速法（IEEV）進行定位檢測。其基本原理（如圖3所示）如下：沿著預應力波紋管走向對管道的壓漿情況以掃描的形式進行連續測試（采取激振和受信方式），通過反射信號的特性測試管道內部灌漿狀況。同時根據現場測試情況，在測線上方的砼結構位置布置相同測線，以準確地對壓漿情況進行判定（即標定）。

圖3　灌漿密實度定位測試示意圖

如圖4（a）所示，無壓漿管道的砼梁中，應力波直接傳播至底部后反射回接收器，應力波行程為2倍梁厚度即2l［如圖5（a）所示］，此時相應頻率計算公式為：

式中：αs為截面形狀系數。

如圖4（b）所示，管道未壓漿的砼梁中，沖擊回波對應2個波峰，一個由發射器至波紋管表面至接收器，應力波行程為2d；另一個沿ABCD路徑傳播至底部，再經相同路徑反射至接收器，此時應力波行程大于2l，頻率會向低頻發射漂移。

如圖4（c）所示，砼預應力管道部分壓漿的砼梁中，由于管道上部有空洞，沖擊回波響應信號與未灌漿管道的響應類似［如圖5（c）所示］，但應力波在傳播過程中隨著空洞位置變化，管道板厚頻率和反射頻率會發生變化，其計算公式如下：

如圖4（d）所示，管道灌漿密實的砼梁中，一部分應力波通過管道到達底板再反射回來，應力波的傳播路程為2倍板厚；另外一部分應力波在預應力筋/水泥漿界面被反射回測試面，此時的應力波反射需按照鋼/砼界面來考慮，在一周期內，應力波的傳播路程為4d［如圖5（b）所示］，則其頻率計算公式如下：

圖4　不同壓漿管道應力波傳播路徑示意圖

圖5　不同壓漿管道情況下沖擊回波響應

2　現場測試

隨機抽取部分預制砼T梁進行測試。為保證試驗的準確性及方便測試，首先將試驗梁安放在預先準備好的臺座上，保證構件與地面處于分離狀態，然后對試件的砼板表面進行如下處理：

（1）將需要測試的砼板表面用砂紙或磨石打磨，清除構件表面的浮漿和灰塵，保證試件表面平整、光滑，確保測試精度及效率。

（2）將構件清潔完畢后，為保證激振信號及響應信號的穩定性，用水將測試面進行濕潤處理。

（3）測試前將波紋管沿設計圖紙進行放樣，一般每10cm標定1點，進行定位測試。

3　沖擊回波法灌漿密實度檢測結果

為高效快速測出缺陷位置，定位測試選取距梁兩端頭3m范圍（一般認為梁跨中處灌漿密實）。測試結果如表1、表2所示，對測試結果的推算分析如圖6、圖7所示。

表1　預應力管道灌漿定性檢測結果

表2　預應力管道灌漿定位檢測結果

圖6　預應力管道灌漿定性檢測推算分析

圖7　預應力管道灌漿定位檢測推算分析

4　破損檢測驗證

現場采取對預制梁進行切割的方式對沖擊回波法檢測結果進行驗證，以準確判定預應力管道壓漿密實度情況。

根據檢測結果，對距小樁號端頭79.6cm處、大樁號端頭156.5cm處兩個斷面進行切割，結果如圖8～11所示。

圖8　現場剖切及鋼束管道編號

圖9　小樁號端N3X管道壓漿剖面圖

圖10　小樁號端N4X管道壓漿剖面圖

圖11　大樁號端剖切斷面圖

根據現場剖切結果，N3X距跨中壓漿脫空長度為30cm，則脫空總長度l=79.6+30=109.6cm（此時認為剖切面距小樁號端頭已全部脫空）；N4X管道0～0.2m范圍內壓漿不密實，呈松散型病狀（如表3所示）。

表3　測試結果驗證

5　結語

該文運用沖擊回波法對預應力管道灌漿密實度進行檢測，并與后張法預制T梁灌漿密實度現場檢測結果進行對比，驗證了沖擊回波法判定管道內部壓漿缺陷的準確性。在快速評定PC構件灌漿密實度時，可優先從梁端測定，當梁端PC構件灌漿密實時，則可認為該構件已灌漿密實。

［1］ 郭捷菲，孫宏.橋梁預應力管道壓漿質量快速無損檢測研究［J］.公路工程，2014，39（5）.

［2］ 劉其偉，張鵬飛，吳建平.實橋預應力孔道壓漿調查和鋼絲性能分析［J］.橋梁建設，2006（5）.

［3］ 朱坤寧，葉見曙.后張法箱梁孔道壓漿密實程度調查［J］.現代交通技術，2007，4（1）.

［4］ 吳文清，陳小剛，李波，等.預應力混凝土連續箱梁施工質量評價指標調查［J］.建筑科學與工程學報，2009，26 （3）.

［5］ 王磊，張旭輝，張建仁.局部無壓漿PC構件抗彎性能

試驗及計算方法［J］.中國公路學報，2014，27（10）.

［6］ 吳佳曄，楊超，季文洪，等.預應力管道灌漿質量檢測方法的現狀和進展［J］.四川理工學院學報：自然科學版，2010，23（5）.

［7］ 密士文.混凝土中超聲波傳播機理及預應力管道壓漿質量檢測方法研究［D］.長沙：中南大學，2013.

［8］ CColla.Improvingtheaccuracyofimpact-echointestingpost-tensioningducts［J］.ReviewofQuantitative NondestructiveEvaluation，2003，22.

［9］ 傅翔，宋人心，王五平，等.沖擊回波法檢測預應力預留孔灌漿質量［J］.施工技術，2003，32（11）.

［10］ XianyanZhou，BanfuYan，ZhifengWang.MaintenanceandrepairstrategiesforexistingbridgeinChina［A］.2ndInternationalWorkshoponLifetimeEngineeringofCicilInfrastructures［C］.2007.

U445.7

A

1671-2668（2016）04-0234-04

?國家自然科學基金資助項目（50878031；51008037）；湖南省自然科學基金項目（12JJ6050）；湖南省科技計劃項目（2012FJ4124）；貴州省交通運輸廳科技項目（2016-121-038）

2016-02-23