PC橋梁密實度定位檢測的應用研究

李遠晨

摘 要：結合廣東多條高速公路預應力孔道壓漿密實度檢測的現場情況，介紹了沖擊回波定位檢測方法、影響因素及檢測數據的處理分析方法；通過檢測數據的處理、分析，指導施工單位封錨壓漿、補漿及其他專項處理措施和建議，從而控制預應力孔道壓漿施工質量。

關鍵詞：橋梁；預應力管道；壓漿密實度；沖擊回波法；定位檢測

1 前言

目前國內外很多機構及研究所都對管道壓漿密實度檢測進行了相關研究，但是各種檢測方法都具有一定的局限性，其中應用較為成熟的電磁波雷達法和超聲波法由于受鐵皮波紋管的金屬屏蔽作用影響，并不適合應用于孔道壓漿質量的檢測。相對適用且最有發展前景的是沖擊回波法，相比于超聲測試法和雷達測試法，沖擊回波法信號穩定，受鋼筋干擾小，具有一定的優勢。

2 工程概況

作為一種新的檢測技術目前在廣東應用于多條高速公路的橋梁預應力管道壓漿的現場檢測工作中，其中某高速項目全長108公里，全線采用雙向六車道高速公路標準建設，設計時速100公里，設主線橋梁85座。橋梁上部結構普遍采用預應力梁，在后張法梁的施工過程中，預應力管道壓漿是橋梁施工質量控制的關鍵要素之一。通過定位檢測測試數據分析管道壓漿密實度狀況，及時指出壓漿存在的問題，進行相應的調整，從而控制預應力管道壓漿施工質量。

3 定位檢測

3.1 采用沖擊回波法

沖擊回波定位檢測法是通過瞬時力學沖擊產生瞬時應力波，應力波在結構中傳播，當遇到缺陷或界面時被反射，通過沖擊面與缺陷及界面間的多重反射，引起瞬時共振狀態，識別并能確定結構是否完好無損或確定缺陷位置的方法，包括等效波速法和共振偏移法。根據在波紋管位置反射信號的有無以及底端的反射時間的長短，即可判定壓漿缺陷的有無和類型。當孔道壓漿存在缺陷時，有：①激振的彈性波在缺陷處會產生反射；②激振的彈性波從底面反射回來所用的時間比壓漿密實的地方長。

3.2 測線布置

結合施工現場，對預制梁和現澆梁進行全面的定位檢測，根據設計圖紙和施工記錄標出孔道的位置，定位檢測測線布置：沿孔道距梁端4m內布置測線，測點間距為20cm。因梁端存在缺陷的可能性較大，所以無論是壓漿端還是出漿端都需要布置測區，如有必要可增加測區范圍。

3.3 檢測頻率

孔道壓漿成品質量一般在壓漿完成7天后進行檢測，各項目檢測頻率為：每個預制梁場前2片必檢，后續生產的預制梁按1%的比例抽檢且不少于2片，抽查到的構件我們根據現場情況對能夠檢測的孔道進行了抽檢；現澆、懸澆結構縱向預應力孔道抽檢比例不少于5%；當發現孔道壓漿質量不合格時，加倍抽檢。

3.4 判定基準

在定位檢測分析中，除了在孔道線上進行測試外，同時也在沒有波紋管的位置沿著孔道線的方向也進行了標定測試。根據測試原理，沒有波紋管的地方，可以等同于波紋管孔道內壓漿密實，即沒有波紋管的地方的反射時間，可以作為波紋管壓漿是否密實的判斷基準之一。

4 定位檢測的影響因素

4.1 確定性因素

通過依托工程發現，大量的干擾因素會造成定位檢測準確性的降低，導致出現誤判。影響因素包括隨機不確定性因素以及確定性因素。確定性影響因素可以通過大量實驗以及理論分析，把其影響精準地排除。確定性因素包括以下幾類：

（1）梁、板的厚度，一般來說，當管徑相同時，板厚越薄，沖擊回波定位檢測法的測試精度越高，這也是IEEV法的特點。基于目前的定位檢測的技術水平，在采用D50激振錘激振時，等效波速法一般要求梁、板的厚度不超過0.6m，而共振偏移法則要求管道最大埋深不超過0.6m。

（2）管道的排列，對于梁體中多排灌漿孔道，定位檢測往往只能檢測出最靠近檢測面。因此，當有雙排管道時，盡可能從兩個側面測試。

（3）管道的位置，對角落邊界條件比較復雜的管道需要加密測點。

（4）壓漿齡期，顯然的壓漿齡期較短時，壓漿料強度較小，未能和混凝土梁結合為一體共同受力，其情況接近于缺陷狀態。規范對壓漿料有具體要求，必須滿足3d抗壓強度達到20MPa，7d抗壓強度達到40MPa。現場檢測發現部分有質量問題的壓漿料在壓漿長達1個月的時間才能凝固硬化，甚至更長時間。

4.2 不確定性因素

除此之外，定位回波法檢測時應考慮隨機不確定性因素。隨機因素占比越大，誤判可能性越高。這些隨機因素可以分一下三類：

（1）第一類來源為砼結構自身的離散性，沖擊回波法頻率響應與混凝土的波速和混凝土板的厚度有關，波速越大，頻率越大，板厚越大，頻率越小。根據公路鋼筋混凝土設計規范，不同標號的混凝土材料強度本身具有一定的離散性。以C50的混凝土為例，變異系數為0.11，標準差為強度平均值的11%，1倍標準差范圍外即約占40%的混凝土強度會偏離平均值11%左右，更不用提工程施工不一定能滿足規范要求，與混凝土強度相關的混凝土波速也具有較大的離散性。

（2）第二類來源為激振錘沖擊脈沖及激振位置的可靠性，為了得到檢測結構的彈性波響應頻譜，需要在混凝土表面作用一個沖擊脈沖。理想的沖擊脈沖在時間無限小而作用力無限大的激勵。然而，在真實世界中不可能存在時間無限小而作用力無限大的情況。

（3）第三類來源為檢測設備數據采樣以及數據分析的適用性，信號采樣和處理直接影響到檢測信號的有效性，對檢測精度具有重要影響。

5 檢測結果及數據分析

目前通過對廣東多條高速公路200多片預制梁以及部分現澆梁管道的檢測以及開孔驗證情況，發現檢測過程中盡管大部分的管道壓漿質量較好，但是壓漿存在明顯缺陷的情況仍然不少，部分孔道梁端端頭處甚至完全空洞。

圖1為單個管道缺陷比例的數量分布直方圖。從圖中可以看出，大部分管道（接近80%）是飽滿的，但是有不小一部分管道的缺陷很嚴重。缺陷管道的頻率隨著缺陷比例的增大而逐漸減小，但是并沒有顯著消失，在20%的位置上仍然有不小的數值。這種管道缺陷比例的概率分布形式明顯是不對稱的，和正態分布不一致，其概率分布形式更接近于冪律分布。

6 結語

研究表明PC橋梁壓漿密實度采用的基于沖擊彈性波的檢測技術是目前最為有效的檢測方法，但它仍受諸多因素的影響，還需進一步完善以保證檢測的精確性。對依托工程進行管道壓漿質量檢測，并總結了壓漿質量的情況，提出了壓漿缺陷比例的分布屬于冪律分布的觀點。結合現場驗證，明確了壓漿缺陷的無損檢測方法的工程適用性及可靠性，同時，根據目前國內預應力混凝土結構壓漿技術規范的欠缺，針對性的編制檢測地方指南，將會對系統控制預應力孔道壓漿質量，保證PC橋梁結構的安全性和耐久性具有重要意義。

參考文獻：

[1] JTG D62—2012.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].