高速公路橋梁預應力孔道壓漿質量檢測與分析

孫 智 榮

(山西省晉中路橋建設集團有限公司，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預應力鋼筋混凝土箱梁結構，施工方法為先簡支后連續。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，每片梁設置縱向張拉孔10個，左右兩側腹板各5個。預應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。

建設項目實施階段在施工現場建設梁場，做好箱梁預制和張拉工作。為了保證預應力鋼絞線張拉施工質量，壓漿后7 d采用沖擊回波法對孔道壓漿密實度進行檢測，并分析實驗數據，進行定性評價。

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械沖擊施加一個瞬時的低頻應力波，傳播進入混凝土內部，當到達混凝土缺陷或構件底面被反射回來。由于應力波在不同介質之間傳遞的速度不同，在分界面上會產生瞬態共振，通過振幅譜可以分析確定共振頻率。再進一步進行時域分析與頻域分析，從而確定結構內部的缺陷位置。當預應力孔道壓漿存在缺陷時，會在缺陷界面產生反射，且應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，通過數模轉換(A/D)后被檢測儀器采集、存儲。根據測試部位的厚度、測試精度要求確定采樣頻率，通常采用頻率設定為100 500 kHz。信號經過處理后，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，可以表達結構厚度，因此檢測過程中重點對頻譜圖中厚度頻率幅值峰進行分析確定。

1)時域分析。

根據檢測過程中孔道壓漿缺陷部位或結構底面的反射波走時tR，結合應力波在預應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，根據構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、底面和內部缺陷時，會產生瞬態共振，進而在振幅譜中出現峰值，可以根據峰值確定混凝土的厚度和結構內部缺陷的位置。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，Ft為沖擊應力波的共振頻率，Ft=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。波速測定的準確率越高，厚度計算值越準確。

3 孔道壓漿質量檢測與分析

3.1 孔道壓漿現場檢測方案

本項目預應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預應力混凝土多功能檢測儀，配備前置放大器、加速度傳感器、激振導向器、激振錘一套、筆記本平臺分為儀器主機和計算機，以及配套的數據解析軟件。

3.2 孔道壓漿飽和度檢測結果分析

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

表1 K2孔道0端激振測試結果

表2 K2孔道1 端激振測試結果

設置判斷基準值混凝土波速為4.3 km/s，使用軟件對數據進行二次解析，進一步進行數據分析，繪制波長—振幅比數據分布曲線詳見圖3。

根據沖擊回波法檢測原理，分析K2孔道波長—振幅比數據分布曲線圖，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%。橋梁預應力張拉孔道壓漿檢測過程中由于受到波紋管材質等因素的影響，或者檢測過程中敲擊力度不足，會造成測試結果與實際不符，在解析過程中應將不符合要求的波形刪掉。

表3 預應力孔道壓漿等級評價標準

根據表3中對孔道壓漿等級的評定標準，確定K1，K2,K3,K4孔道壓漿定性檢測結果。經定性檢測分析確定孔道K2的灌漿指數為92.2%，定性評價等級為二級；K1的灌漿指數為91.54%，定性評價等級為二級；K3的灌漿指數為93.42%，定性評價等級為二級；K4的灌漿指數為89.68%，定性評價等級為三級。

4 結語

基于沖擊回波法預應力孔道壓漿質量檢測方法，對特大橋箱梁預應力孔道壓漿飽滿度進行檢測，分析后得出以下結論：

1)通過對縱波進行分析整理，通過時域分析和頻域分析計算可準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行檢測，根據四個試驗對象灌漿指數，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。