橋梁工程壓漿密實度檢測改進措施

范杰林

（新疆維吾爾自治區交通運輸綜合行政執法局工程質量監督執法支隊，新疆烏魯木齊 830000）

1 檢測必要性

在加強孔道壓漿施工質量現場管控的同時，對壓漿密實度進行抽檢不僅是對施工結果進行摸底，做到心里有數，也是質量控制的必要環節。

事實上，我國早在1991年的《公路橋梁養護管理工作制度》（交通部工程管理司）中，對預應力壓漿質量的檢測就有明確要求，第二十四條“特殊檢查項目”中，要求“預應力鋼筋現狀及灌漿管道狀況、空隙情況調查”。但在當時并沒有行之有效的檢測方法。

隨著檢測技術的進步，河北省2017年對灌漿密實度的檢測再次被提上歷史日程。《橋梁預應力孔道密實注漿質量檢測技術規程》（DB13/T2480—2017）中指出：

新建預制梁壓漿抽檢頻率≥10%；現澆梁≥5%；當綜合注漿密實度等級Ⅲ、Ⅳ類占抽檢總數的50%及以上時，應采用沖擊彈性波定性法雙倍抽檢。若仍出現上述情況時，則應全檢。

截至2019年，浙江省、福建、河北、云南、山西先后頒布了地方規程。除此以外，貴州、四川、湖北、寧夏、廣東、廣西等多地均開展了預應力施工質量專項檢查工作，其中，灌漿密實度成為重要的檢查專項。

廣東省交通運輸廳指出，檢測頻率為：每個預制場前2片梁必檢,后續生產的預制梁按1%的比例抽檢且不少于2片。然而，由于目前對灌漿密實度的無損檢測方法多樣，對檢測結果的判定存在不確定性等因素，在國內缺乏行業、地方的相關檢測規程和評定標準，為實際檢測工程的推廣帶來了不便。為此，在總結多年檢測工作經驗及借鑒他省相關理論實踐經驗的基礎上編制了該規程，期望能夠為相關工作提供指導和借鑒。

2 阿克蘇某項目孔道壓漿密實度模型試驗概況

2.1 工程概況

2021年7月，于阿克蘇某項目梁場進行了模型檢測驗證工作。該類型為室外模型，根據現場工況共設計澆筑了A1、A2、B1、B2、共4個不同的模型，模型長度均為150cm，現場采取間隔5cm的測點間距進行測試。現場測試之前需先將波紋管位置按照圖紙進行確定，用記號筆將孔道位置走向標記出來，測點間距按照5cm的間距進行布置，壓漿材料的強度應達到混凝土強度的70%以上。一般夏天應在壓漿3天后,冬天應在壓漿7天后，測試前需盡量保證測試模型表面干凈無浮漿、灰塵等，測試現場附近確保無其他震動源，方可進行測試。沿著測點方向，以掃描的形式連續測試（激振和受信），通過反射信號的特性測試管道內壓漿的狀況，混凝土中彈性波信號直接傳播到底部反射回來，而針對未灌漿孔道，彈性波傳播特性將改變。通過對彈性波信號特性分析，即可判斷測試區域孔道內缺陷的分布位置。

2.2 試驗模型基本信息

此次試驗共檢測4片模型梁A1、A2、B1、B2，現場測試對象的試驗梁為模擬的小箱梁、T梁的兩種梁型，厚度尺寸分別為20cm、30cm，每個模型內部有上下兩個孔道，分別為金屬波紋管與塑料波紋管兩種不同材質。現場將每個模型的上部的孔道默認命名為1#孔道、下部孔道默認命名為2#孔道，模型梁的每個孔道在不同位置分別設置不同的缺陷類型，現場對每個模型的孔道分別進行測試[1]。

2.3 測試內容

該次測試目的為檢測出測試對象模型孔道中的注漿飽滿度的情況，確定能否測試出注漿缺陷的分布位置（已提前設置缺陷位置），以及缺陷的大小。充分保證測試結果的可比性與可靠性，在現場測試以沿孔道水平方向為測試方向，逐點掃描的方式，依據此方法檢測結果分析圖，可以明顯的得到預設缺陷和密實位置圖像的差異性，從而驗證檢測設備的可靠性。

2.4 模型測試結果

根據現場實際測試結果對比驗證，綜合模型實際測試結果與現場模型的設計缺陷位置進行對比，現場模型設計無缺陷位置該次測試結果顯示無正常反射、無問題，現場存在缺陷的位置完全被準確的測試出來，測試結果與模型實際缺陷情況完全吻合。四川陸通檢測科技有限公司的預應力孔道壓漿密實度質量檢測儀在該次模型測試中，基本將所有設計的缺陷全部測試準確。

3 現場試驗檢測

3.1 阿克蘇某項目現場梁檢測

2021年7月，現場對阿克蘇某項目存梁區隨即抽取一片30m預制箱梁，對該梁開展了孔道定性檢測及孔道定位檢測，根據現場條件其中定性抽取了3個孔道，分別為右N1、右N2、右N3。定位則將整片梁的左右腹板的孔道都進行測試，定位測點間距為0.2m，每個孔道從端頭向跨中測試長度5m。

3.2 現場檢測異常情況

一是部分梁未在規定時間內壓漿，張拉時間顯示為7月10日，現場檢測日期為7月13日，該片梁已超過48h未壓漿[2]，見圖1。

二是部分梁片未按規定要求按照錨墊板，該片梁注漿口位置安裝錯誤，見圖2。

4 設備與檢測技術對比與完善

4.1 孔道壓漿密實度

經過大量的現場實驗和模型梁檢測發現：第一，不同類型缺陷的超聲波聲速、波幅存在較大重疊區域，且不同缺陷類型超聲波聲速、波幅平均值也無明顯變化規律，所以超聲波無法對孔道內缺陷進行檢測；第二，金屬波紋管由于對電磁波有較強的屏蔽作用，使得電磁波無法穿透波紋管對其內部壓漿質量進行檢測；對于塑料波紋管，若不密實部位存在積水的情況，勉強可以測得積水位置（一般壓漿料都加有減水劑此類情況較少），但實際情況下由于受結構鋼筋影響也很難對缺陷進行判斷；第三，X射線可以對孔道缺陷類型進行定性檢測，也可以進行定量檢測，但此方法對操作人員的身體健康存在一定的危害，且底片沖洗成本過高，雖然結果直觀準確但在實際工程中可行性較差；第四，沖擊應力法具有波長較長、能量大、頻率較低有利于信號分析，采用沖擊應力波并結FFT/MEM等頻譜處理技術，通過對應力波傳播時間的測試可確定孔缺陷的大致尺寸并推斷缺陷大致類型，是目前幾種方法中最為經濟也是最符合工程實際的一種檢測手段[3]。

4.2 沖擊回波法無損檢測技術

4.2.1 孔道壓漿密實度定性測試理論基礎

定性檢測是指在預制梁還未完全封錨前，利用激振錘或者激振錐對梁板端頭露出的鋼絞線或者錨具進行激振，觀察應力波在孔道內傳播的波速、波形特征等，得出孔道內的整體壓漿質量。由于預制梁孔道內壓漿缺陷一般出現在孔道上部，應在孔道最上面的一根鋼絞線或者錨具上部進行激振，激振方向與梁板方向平行。

定性檢測需要兩個傳感器，兩個傳感器對應固定在孔道兩端最上面的一根鋼絞線上。敲擊端傳感器，用于接收激振的初始信號，接收端傳感器則接收應力波在孔道內傳播過的信號。檢測時，先在孔道兩端固定傳感器（若孔道已經用砂漿封錨，則需要先把封錨砂漿鑿掉，至少露出最上面一根鋼絞線），在接收端錨具或最上面一根鋼絞線進行激振，觀察信號是否正常，若信號正常則保存數據；若信號雜亂應排查造成信號雜亂因素并重新采集。一般情況下，一個孔道保存3～5個有效數據即可。通常，現場只要兩個通道的信號前端平滑、首波清晰，則可以作為有效數據。在進行一個批次的梁板檢測時，還需要對該批次梁板進行波速標定，確定在孔道灌漿密實時應力波在梁板內傳播的波速。具體操作和定性檢測相似，只是傳感器需要避開有波紋管的位置，保證應力波不穿過預應力孔道，這樣采集到的波速可以認為是應力波在密實孔道內傳播的波速。通常，用手將兩個傳感器按在最上面一個孔道上方，并直接用激振錘敲擊。定性檢測的優勢在于，通過一次激振就可以同時得到波速、波形特征兩個參數，從而得出孔道內的綜合壓漿指數。

4.2.2 定位檢測

其一，定位檢測是指通過在腹板上波紋管所在位置進行激振，通過逐點掃描的形式，確定孔道內存在灌漿缺陷的具體位置。

其二，圖3中星號位置表示傳感器安放位置，圓圈位置表示激振錘激振位置，傳感器和激振位置一般間隔20cm（可根據檢測需要調節，一般情況下間距越小，精度越高）。檢測時，先按住傳感器于星號點，按穩后對激振點進行一次激振，待采集到光滑穩定、首波清晰的信號后，繼續進行測試，重復操作，便可完成灌漿密實度定位檢測。

其三，定位檢測的基本原理在于，當孔道內存在壓漿缺陷時，應力波會在缺陷發生提前反射，或者沿著波紋管孔道周邊混凝土進行傳播，導致信號特性發生變化。灌漿定位測試原理，如圖4。

4.2.3 較傳統檢測方法改進措施

（1）耦合方式改進

現有檢測技術一般采用沖擊彈性波作為測試媒介，通過分析入射信號在遇到缺陷或者阻抗差異較大時的反射信號，即可判斷出灌漿缺陷；但現有技術在數據拾取時，容易造成傳感器與錨索連接不穩定，無有效激振面、傳感器頻帶受限、頻響不穩定、拾取信號的品質差等現象。為解決現有技術中存在的問題，發明了一種用于連接傳感器與錨索的耦合裝置，該耦合裝置將傳感器與被測錨索鋼性連接，使傳感器頻響范圍更為穩定且寬泛，同時極大程度降低了耦合噪聲，使拾取的信號品質優良，便于后期數據分析。該裝置采用的技術方案是：一種用于連接傳感器與錨索的耦合裝置，包括耦合件。耦合件的一端設有錨索通孔，另一端設有傳感器螺孔，且錨索通孔和傳感器螺孔均相對該耦合件長度方向的中心線對稱，耦合件位于錨索通孔一側的外圍為半圓形結構，且該半圓形結構與錨索通孔同軸心，耦合件的側壁設有朝向錨索通孔中心的鎖緊螺孔，用于連接傳感器與錨索的耦合裝置還包括與鎖緊螺孔匹配的鎖緊螺栓。采用上述方案提供的耦合裝置拾取信號時，將被測錨索置于耦合件上的錨索通孔內，鎖緊螺栓穿過鎖緊螺孔，將錨索固定在錨索通孔內，通過傳感器螺孔將傳感器固定在耦合件上，這樣使傳感器與被測錨索達到鋼性連接，傳感器頻響范圍更為穩定且寬泛，而耦合件上錨索通孔與傳感器螺孔之間的空間形成了一個有效的激振面，可以使信號的發振便捷有效，而錨索通孔和傳感器螺孔均位于該耦合件長度方向的中心線上，可極大降低傳感器和錨索的耦合噪聲[4]。

（2）采用波動信號特征進行數據分析

該方法以預應力孔道壓漿密實度作為闡述基礎，也包括對混凝土內部缺陷與二次澆注混凝土黏結面的密實狀況進行檢測；其采用信號源發生裝置，入射波在傳播過程中遇到孔道不密實現象時，波動信號會出現反射，并與入射波動信號重組并持續傳播，通過分析重組后的混合波動信號的特征差異，判斷孔道內部壓漿質量問題；具體為，在被測對象孔道的一定區域內采用特制的剛性小錘產生入射波動信號，通過分析入射波動信號在遇到缺陷，或者阻抗差異較大的反射面時出現的反射波動信號，與入射波動信號進行疊加后產生的特征變化，對疊加信號的拾取和分析，以特征變化為主要依據判斷被測對象孔道的內部是否存在壓漿缺陷；其測試方法嚴謹、可靠性高，使最終的判斷結果更加準確。當孔道沒有壓漿或者壓漿密實度較低時，相同結構形態前提下3種孔道類型的系統特性基本一致(由于波紋管材質不同系統特性略有差別)，其反射波動信號響應也基本一致，表現為振幅(由于諧波的影響結構范圍內的頻譜和相位同時會出現基本一致的特性。當孔道壓漿密實且漿料達到設計要求強度時,反射波動信號振幅會發生變化(由于諧波的影響結構范圍內的頻譜和相位同時會出現變化)；根據檢測過程中通過密實孔道與存在缺陷的孔道信號特性的不同，可準確判斷預應力孔道在長度方向上的缺陷狀態分布，即檢測區的密實度狀況。

5 結語

預應力孔道壓漿密實度評定流程，應該根據現場實際情況選擇適當的測試方法后加以評定，根據實際情況對檢測方法進行合理的改進，有助于提升壓漿密實度的檢測準確性，適合在工程中進行推廣和應用。