對公路水運工程后張法預應力梁孔道注漿飽滿指數的應用和驗證

張佳運

（遼寧省交通運輸事務服務中心，遼寧 沈陽 110005）

孔道注漿密實度是后張法預應力混凝土梁實體質量的重要指標，在很大程度上決定后張法預應力梁的承載力和耐久性。如果注漿不飽滿，會導致處于張拉狀態下的鋼筋或鋼絞線材料暴露在空氣中，近海環境還會有水氣和氯鹽滲入，進一步提高了鋼筋或鋼絞線的易腐蝕程度。嚴重時張拉材料會突發斷裂，注漿缺陷可能導致預應力結構因應力集中。

改變混凝土受力狀態，從而影響結構的使用功能[1]。沖擊彈性波檢測技術應用到公路水運工程實體檢測以來，對孔道注漿質量的檢測理論方法不斷優化，為進一步提升對孔道注漿質量無損檢測的可靠性，本文提出基于沖擊彈性波檢測技術的孔道注漿飽滿指數，補充定性評價公路水運工程后張法預應力混凝土梁孔道注漿質量的評價體系，得出孔道注漿飽滿指數可實際應用于工程檢測的結論。

1 研究現狀及發展趨勢

預應力混凝土結構在我國公路水運工程建設領域快速發展，該生產方法對預應力結構孔道注漿的質量要求非常嚴格[2]。國內外研究人員開發了多種方法檢測孔道注漿密實度情況，各檢測方法均具有各自的優缺點，現簡要介紹如下：

（1）鉆芯、鉆孔檢測：該檢測技術客觀性強，往往作為最終的判定驗證手段，但必須進行局部破損，導致檢測效率低，檢測費用高，且破壞性檢測不能用于大范圍檢測[3]。

（2）基于電磁波理論的檢測方法：雷達法只能對孔道注漿質量進行定性檢測，對于孔道注漿缺陷的定量判別還需要進一步的研究，尤其是雷達波受金屬屏蔽作用影響，該檢測方法無法用于開展金屬管壁孔道的質量檢測[4]。

（3）基于超聲波理論的檢測方法：超聲波法被廣泛用于工程無損檢測，該方法需要受檢結構兩邊均存在檢測作業條件，必須開展對向檢測且測試面需要良好耦合，對作業環境要求較高，檢測效率較低，超聲波檢測法的適用范圍和檢測精度還有待于進一步深入研究。

（4）基于放射線理論的檢測方法：該方法對公路水運工程后張法預應力孔道注漿質量的檢測結果與梁體局部破損驗證的結果一致性高。但儀器較為昂貴，放射線貫穿實體厚度較小，且放射線對人體有害，雖檢測結果直觀、準確，但在混凝土預制、現澆場地應用可行性較差[5]。

（5）基于沖擊彈性波理論的檢測方法：沖擊彈性波的應用理論與超聲波理論類似，但沖擊彈性波能量更大、更易于開展頻譜分析，針對后張法預應力孔道注漿密實度檢測，其檢測方法不存在明顯短板，是當前最值得被進一步深入研究的檢測方法。

因此沖擊彈性波法是最適合對公路水運工程后張法預應力混凝土梁孔道注漿質量進行檢測的有效手段[6]。

2 沖擊彈性波法檢測基本原理

對公路水運工程后張法預應力混凝土梁孔道注漿密實度檢測技術進行綜合研究，基于沖擊彈性波的后張法預應力混凝土梁孔道注漿密實性無損檢測技術，該項技術主要是通過對測試部位的混凝土打擊激振并誘發自由振動，分析注漿密實處與不密實處測得的共振頻率位置的偏移量，判斷預應力孔道質量問題。

通過沖擊彈性波法檢測公路水運工程后張法預應力混凝土梁孔道注漿質量分為以下兩種方法：

2.1.整體檢測的基本理論

后張法預應力梁端部同一條鋼絞線的兩側錨定位置布置檢測裝置，其一作為沖擊波信息的激發端，另一端作為沖擊波信息的接收端，如圖1～2 所示，對比兩端信號異同，可以整體判斷該孔道的注漿密實性[7]。

圖1 同一孔道兩側錨定位置布置檢測裝置示意圖

圖2 預應力梁兩端布置檢測裝置示意圖

根據彈性波在預應力孔道中傳播過程中能量的衰減比來定性地判斷孔道注漿有無缺陷的分析方法，稱之為全長衰減法（FLEA）。

根據彈性波在預應力孔道中的傳播速度的大小來定性地判斷孔道注漿有無缺陷的分析方法，稱之為全長波速法（FLPV）。

如果孔道未注漿時，測試波速約為每秒5.01 千米，如果孔道注漿完全密實時，測試波速約為4.30 千米至4.60 千米之間，測試波速隨注漿密實度變化見圖3。

圖3 測試波速隨注漿密實度變化示意圖

圖4 局部精準檢測的測試原理示意圖

根據彈性波在預應力孔道中的傳播頻率的變化來定性地判斷孔道兩端有無缺陷的分析方法，稱之為傳遞函數法（PFTF）。整體檢測某條預應力孔道注漿飽滿程度時，如果受檢孔道兩端即靠近錨定位置存在注漿不飽滿情況，沖擊彈性波振動頻率會發生較明顯變化以此來判定受檢孔道兩端附近的注漿質量是否存在缺陷。

受到張拉的鋼絞線，其自振頻率f1可以由下式得到：

其中，L：參與振動的鋼絞線的長度；

T：鋼絞線的張力；

2.2 局部精準檢測的基本理論

沿孔道軸線的位置，逐點進行激振和接收信號。通過分析激振信號從波紋管以及對面梁側反射信號的有無、強弱、傳播時間等特性，來判斷測試點下方波紋管內缺陷的有無及形態。

3 孔道注漿飽滿指數

測試孔道注漿的各類方法分別具有各自的優、劣勢如表1 所示。

表1 檢測注漿飽滿程度各方法的優劣對比列表

基于上述理論，并綜合各方法優缺點，提出孔道注漿飽滿指數用于判定公路水運工程后張法預應力混凝土梁孔道注漿密實度情況，當注漿飽滿時=1，而未注漿時，孔道注漿飽滿指數通過下式計算：

其中，IEA為全長衰減法（FLEA）測得的分項指數；

IPV為全長波速法（FLPV）測得的分項指數；

ITF為傳遞函數法（PFTF）測得的分項指數。

4 孔道注漿飽滿指數的應用驗證

選取在建工程澆注后張法預應力混凝土梁以及高校教學用特制缺陷模型梁作為驗證對象，采用四川省某公司生產傳感器及檢測設備，通過檢測孔道注漿飽滿指數確定受檢孔道是否需要對重點部位進行局部精準檢測，對有條件的部位進行破拆，將在建工程用梁破拆結果或教學模型梁制作信息與孔道注漿飽滿指數檢測結果進行驗證，得出孔道注漿飽滿指數在工程檢測領域存在應用價值的結論。

5 結語

在公路水運工程后張法預應力混凝土梁制作生產過程中，孔道注漿密實度是實體質量控制重點，在很大程度上決定后張法預應力梁的承載力和耐久性。沖擊彈性波因其安全性高、能量大、易于頻譜分析等特點，適合對預應力孔道注漿密實度開展無損檢測。通過對孔道注漿飽滿指數的提出及驗證可以看出，該指數理論依據充分，精確度高，可以用來測定孔道注漿密實度是否合格，尤其適合政府質量監督機構及工程監理單位在工程施工現場快速對孔道注漿質量作出定性判斷。