預應力孔道壓漿缺陷檢測及注膠加固效果評價研究*

王 華 許湘華

(1.貴州省質安交通工程監控檢測中心有限責任公司 貴陽 550000； 2.貴州省交通運輸廳 貴陽 550000)

隨著我國公路建設的快速發展，預應力混凝土結構在工程中應用愈加廣泛[1]。在預應力筋孔道壓漿施工中，由于孔道堵塞、壓漿材料、壓漿方法不當等多種原因，導致預應力孔道壓漿不密實、甚至出現不飽滿和空洞等現象，大大降低了預應力混凝土結構的承載能力[2-4]。

針對此類孔道壓漿缺陷問題，目前主要采用補漿(膠)加固的處理方法。然而針對預應力孔道壓漿缺陷做出準確檢測并基于二次補漿(膠)加固處理進行加固效果評價，目前尚無一套成熟完備的測試技術及評價方法[5-6]。基于此，本試驗設計并制作了2片模型梁，模擬不同壓漿缺陷下的預應力孔道，并對缺陷孔道進行二次注膠加固[7]。針對不同狀態下的孔道密實度采用沖擊彈性波法進行預應力孔道壓漿密實度狀態檢測，判定初始壓漿缺陷下檢測效果的精確性，并對二次注漿效果進行合理性評估。

1 檢測原理

當工程預應力筋構件為圓柱體且其直徑d遠遠小于長度L時，可采用彈性波中的一維桿件理論對預應力筋進行分析。預應力筋與混凝土膠結在一起，與周圍混凝土存在較大的彈性波阻抗差異，因此，應用彈性波理論對預應力筋孔道壓漿缺陷進行無損檢測，可將預應力筋視為一維彈性桿件。

一維彈性桿件模型的波動方程如式(1)。

(1)

在水泥砂漿、預應力筋及混凝土組成的混合體系中，從預應力筋端部發射的應力波，經預應力筋向四周傳播，在預應力筋與砂漿、混凝土之間的界面發生復雜的反射、透射及能量衰減。

當預應力筋孔道灌漿飽滿時，彈性波逸散面大，能量衰減快，因此其在預應力筋中的振動持續時間短，其示意圖見圖1a)。而當預應力筋孔道內部未灌漿時，預應力筋中的彈性波逸散面小，能量衰減慢，因此其在預應力筋中傳播的持續時間變長，其示意見圖1b)。

圖1 測試原理示意圖

對式(1)、式(2)在初始條件和邊界條件下求解出反射系數K，即反射波與入射波的振幅比B′/B。

(3)

式中：ρ1Vp1A1為預應力筋桿的波阻抗，其中ρ1為預應力筋桿密度，Vp1為其波速，A1為其橫斷面積；ρ2Vp2A2為預應力筋與壓漿料組合結構的波阻抗，其中各參數含義與預應力筋桿類似。

式(3)表明界面反射波與入射波振幅比不僅取決于波速和密實度的差異，而且還與橫截面積有關。由波動理論可知，K的正負性將引起反射波的相位變化，據此可以判別反射界面的性質，并根據界面反射波的到時求得其深度。

應力波在預應力筋中傳播時，當遇到界面變化時會發生反射，其原始振動能量應為各界面透射波能量和反射波能量的和。因此，可通過各界面反射波的能量狀況變化，來推算界面性質的變化。

2 方案設計

針對預應力筋孔道壓漿缺陷檢測并基于二次補漿(膠)加固處理進行的加固效果合理性評價問題，本次采用2片模型梁，模型梁采用縮尺模型對構件進行澆筑，強度為C50，每片梁共設布置計6個模擬孔，編號分別為N1～N6，對應壓漿料0%、20%、40%、60%、80%、100%(注漿量與注漿孔道體積減去鋼筋體積的比值，采用量筒精確控制注漿體積)，壓漿孔的埋設同現場實際狀況，采用單端埋設方式；砂漿凝固前不得敲擊、碰撞管體或拉拔預應力筋，自然養護，模型梁參數表見表1，尺寸示意見圖2。

表1 試驗梁參數表

圖2 模型梁尺寸示意圖(單位：cm)

待水泥砂漿凝固，達到檢測條件后，對B1、B2模型梁5個不同注漿密實度的注漿孔進行第一次注漿飽滿度檢測試驗。第一次水泥砂漿密實度檢測試驗完成，分別對不飽滿的5個(N1～N5)注漿孔注入結構灌注膠(N1注膠100%；N2注膠80%；N3注膠60%；N4注膠40%、N5注膠20%)，達到檢測條件后進行第二次注漿飽滿度檢測試驗。模型梁澆筑圖見圖3，初始壓漿缺陷澆筑見圖4。

3 結果分析

本次試驗檢測采用沖擊彈性波法原理使用預應力筋質量檢測儀對B1模型梁(半封錨)及B2(全封錨)模型梁進行初始壓漿缺陷檢測，檢測結果見表2，B1、B2梁反射持續時間與注漿密實度關系見圖5，部分分析結果見圖6～圖7。

表2 初始壓漿缺陷檢測結果

圖5 B1、B2梁反射持續時間與注漿密實度關系

圖6 B1梁N5孔密實度

圖7 B2梁N2孔密實度

通過對比初始注漿膠密實度與持續時間的線形關系分析得出，持續時間參數與注漿及注膠質量相關性高(相關性R大于0.93)，滿足測試要求。

從表2實測孔道密實度數據可以得出，采用沖擊彈性波法使用預應力筋質量檢測儀可以較為準確地判定孔道內部壓漿缺陷。

對比分析不同封錨狀態下的持續時間，發現在相同壓漿缺陷狀態下，全封錨持續時間較半封錨狀態降低17%～45%。說明現場檢測時，封錨狀態對壓漿缺陷檢測精度影響較大。

4 加固效果評價

在初始壓漿缺陷狀態下進行二次注膠加固，并采用沖擊彈性波法對孔道整體加固效果進行檢測，檢測結果見表3。

表3 二次注膠加固后孔道密實度檢測結果表

對不同注膠時間下檢測結果進行相關性分析，分析結果見圖8、圖9。

圖8 模型梁注漿膠密實度與持續時間關系圖

圖9 B1梁N3孔道密實度檢測值

根據圖8、圖9，通過對比二次注膠加固后孔道密實度與持續時間的線性關系分析得出，持續時間參數與注漿及注膠質量相關性高(相關性R大于0.96)，滿足測試要求。

從表3實測灌漿密實度數據可以得出，采用沖擊彈性波法使用預應力筋質量檢測儀可以較為準確地判定孔道內部二次注膠后的孔道密實度質量。

通過對不同二次注膠加固養護時間下的注漿密實度檢測結果對比，分析得出當注膠加固養護時間在3 d及以上時，養護時間對檢測結果的影響可以忽略。

5 結論

1) 本文基于沖擊彈性波法，對預應力孔道壓漿密實度檢測進行了相關研究，并澆筑了2片模型梁，分別從初始壓漿缺陷及二次加固注膠2種狀態對孔道密實度進行了檢測對比分析，檢測結果與實際壓漿缺陷及實際加固結果吻合度較好，說明沖擊彈性波法能夠較為準確地對預應力孔道壓漿缺陷的二次加固效果進行評估。

2) 通過對不同二次注膠加固養護時間下的注漿密實度檢測結果對比，分析得出當注膠加固養護時間在3 d及以上時，養護時間對檢測結果的影響可以忽略。

3) 對比分析不同封錨狀態下的持續時間，發現在相同壓漿缺陷狀態下全封錨持續時間較半封錨狀態降低17%～45%。說明現場檢測時，不同封錨狀態對壓漿缺陷檢測精度影響較大。