公路工程預制箱梁注漿密實度檢測研究

摘要 為了評估公路工程中預制箱梁孔道注漿密實度的質量，以提高結構的安全性和耐久性，文章采用沖擊回波法對預應力管道的注漿密實度進行了定性與定位檢測，通過實測波速、全長衰減法分項注漿指數、全長波速法分項注漿指數及傳遞函數法分項注漿指數等參數綜合分析。結果表明：檢測的各預應力孔道注漿密實度均達到規范要求，整體結構穩定性得到了有效保障。沖擊回波法為預制箱梁的注漿質量檢測提供了可靠的無損檢測手段，可實現快速、精確的質量評估。

關鍵詞 預制箱梁；注漿密實度；沖擊回波法；無損檢測

中圖分類號 U445 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）23-0082-03

0 引言

在公路橋梁工程中，預制箱梁孔道的注漿質量對橋梁的整體安全性和耐久性具有重要影響。注漿密實度不足的孔道可能導致鋼絞線腐蝕、預應力損失，進而影響橋梁結構的穩定性。隨著無損檢測技術的發展，沖擊回波法憑借其快捷、準確的特點，已成為檢測混凝土結構密實度的重要手段。通過沖擊回波法的縱波、橫波及表面波的傳播特性分析，可以識別孔道內注漿體是否存在不密實的區域[1]。該研究針對汕頭市牛田洋快速通道的預制箱梁，采用沖擊回波法進行孔道注漿密實度檢測，研究成果為公路橋梁結構的質量控制提供了理論和技術支撐。

1 沖擊回波法的基本原理

沖擊回波法是通過對混凝土結構施加機械沖擊，使得結構表面產生應力波。應力波的種類主要包括縱波（P波）、橫波（S波）和表面波（R波），其中縱波由于傳播速度較快、頻率響應強，因此成為沖擊回波法中的主要檢測波[2]。當機械沖擊作用于結構表面時，產生的P波、S波和R波以不同方式進行傳播。P波以體波的形式沿傳播路徑快速傳播，并在碰到聲阻抗差異明顯的邊界時反射回表面，這也是沖擊回波法的核心檢測信號。由于混凝土具有一定的厚度和致密性，P波的頻率通常高于其他波。S波和R波分別為橫向傳播的剪切波和沿表面傳播的表面波，二者在特定情況下會影響檢測精度。圖1為沖擊回波法中主要應力波的傳播過程及其反射、折射的行為。

為了提取有用的檢測信息，沖擊回波法采用傅里葉變換將時域信號轉化為頻域信號[3]。通過快速傅里葉變換（FFT），可以將反射波的時間位移信號轉化為頻率振幅信號，從而得到頻譜圖。在頻譜圖上，橫軸表示頻率，縱軸表示幅值。對于給定的混凝土結構，其主頻響應值可以通過公式（1）計算得到：

（1）

式中：——主頻（Hz）；——材料的P波速度（m/s）；——結構厚度（m）。

在實際操作中，由于受檢測點混凝土狀態的影響，頻譜圖上主頻的峰值可能出現偏移，從而反映出檢測區域的密實度情況。當孔道壓漿密實時，檢測到的回波主頻接近理論主頻；而在不密實甚至空隙狀態下，沖擊波遇到孔隙時會發生繞射，傳播路徑和周期增加，使得頻率偏移到低頻方向[4]。管道壓漿密實狀態下的主頻響應一般較高，而存在空洞或不密實的區域則會出現明顯的低頻漂移。圖2為不同密實度下的沖擊回波主頻變化示意圖，fa、fb、fc、fd分別代表在不同密實度條件下系統的沖擊回波頻譜中出現的特征頻率，可以看出管道壓漿狀態良好與不良時的主頻響應特征存在明顯差異。

根據測得的頻譜圖形態及主頻值，可判斷結構的密實度狀態，尤其是在預應力管道檢測中，該方法能夠通過不同頻率響應的差異識別出空隙或缺陷位置，實現預應力結構的無損檢測。

2 工程概況

汕頭市牛田洋快速通道和金砂西路西延線工程是該區域重要的交通基礎設施建設項目，CK0+698.45金鳳西路互通立交C匝道橋為組合式橋梁結構，采用先簡支后橋面連續的預制箱梁設計，上部結構采用預制箱梁和現澆連續箱梁結合，下部結構橋墩設計為樁基礎支撐的框式墩。箱梁長度為30 m，采用C50混凝土，考慮預應力混凝土的張拉需求，采用公稱直徑為15.2 mm的高強度低松弛鋼絞線，符合《預應力筋用錨具、夾具和連接器》（GB/T 14370—2015）設計標準。鋼絞線的公稱抗拉強度標準值為1860 MPa，張拉控制應力為1395 MPa，彈性模量為1.95×105 MPa。該預制箱梁內設置了5條預應力管道，其中N1、N2和N5管道配置5束鋼絞線，N3和N4管道配置6束鋼絞線。各管道均采用金屬波紋管成型，管徑65 mm，鋼帶厚度不小于0.35 mm，預應力孔道內注漿材料為高強度水泥漿。

3 注漿密實度檢測方案

采用CTG-1TF沖擊回波測試系統，通過定性檢測和定位檢測，檢測預制箱梁內部預應力管道的注漿密實度，具體流程見圖3。

為保證檢測數據的代表性和準確性，在測試過程中，優先選取管道易出現密實度問題的進漿口和出漿口進行重點檢測，這兩處由于灌漿壓力變化和流動阻力影響，通常易出現不密實區域。沿管道長度方向設置多條檢測測線，每條測線沿波紋管的走向平行布置，以便檢測過程中有效捕捉管道內密實度的變化情況。根據預應力管道直徑及施工過程中常見的密實度波動范圍，測點間距設為10 cm，以確保在檢測密實度變化較大區域時能夠有效捕捉主頻漂移信號。靠近進漿口和出漿口的測點間距適當加密，沿波紋管的不同位置適當增設檢測點，如在距進漿口和出漿口5 m范圍內加密測點布置，每條測線的起始位置和測點數量均依據實際波紋管的分布特性確定。

4 數據分析及評定標準

4.1 定性檢測

在預應力孔道壓漿密實度的檢測中，定性檢測方法通過分析沖擊回波頻譜圖的波形特征，結合設定的參數，計算實測波速、全長波注漿指數、衰減法注漿指數、傳遞函數注漿指數及綜合注漿指數等關鍵參數，以評估孔道的壓漿質量狀況[5]。根據《橋梁預應力孔道注漿密實度質量檢測技術規程》（DB13/T 2480—2017）及《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650—2020）的相關要求，通過綜合注漿指數If進行質量判斷，If值的范圍被劃分為四個等級，每個等級對應不同的孔道壓漿質量狀況及特征描述，具體如下：

（1）≥0.98：孔道內注漿密實或基本密實，注漿飽滿，僅可能存在微小氣泡或細微收縮，注漿體與鋼絞線完全接觸，通常代表理想狀態下的壓漿密實度，表明孔道內沒有明顯缺陷。

（2）0.90≤＜0.98：注漿存在輕微缺陷，孔道內波紋管頂部可能有小范圍的空隙，部分漿體可能因收縮與鋼絞線脫離接觸，但整體質量尚可，說明孔道內注漿狀態較好，但存在輕微缺陷。

（3）0.85≤＜0.90：注漿存在明顯缺陷，波紋管頂部有較大空隙，且鋼絞線部分區域與漿體接觸不良，說明該區域的注漿密實性較差，可能會影響預應力鋼絞線的防護效果。

（4）＜0.85：注漿存在嚴重缺陷，孔道內注漿嚴重不足，波紋管頂部無漿體填充，存在砂漿的重度不足，注漿體與鋼絞線幾乎無接觸，會導致鋼絞線失去應有的保護，對結構的耐久性和安全性構成威脅。

4.2 定位檢測

在預應力孔道壓漿密實度的定位檢測中，根據《橋梁預應力孔道注漿密實度無損檢測技術規程》（DB14/T 1109—2015）和《公路橋涵施工技術規范》（JTG/T 3650—2020）的相關要求，通過計算壓漿率D來量化孔道的密實程度。壓漿率D的計算公式為：

（2）

其中，——壓漿率（%）；——測點數量，通常測點間距為10～20 cm；——每個測點的壓漿狀態，取值為0或1，分別對應無缺陷和有缺陷的情況。

不同缺陷的判斷依據具體見表1。若某測點的等效波速降幅達到5%～15%，或波紋管處有明顯的反射信號，則該點被標記為存在缺陷。

對于金屬波紋管和塑料波紋管的檢測，若等效波速的降幅在5%～10%之間，且波紋管處有明顯反射，則可視為存在輕微缺陷；而降幅超過15%且伴隨波紋管反射信號明顯，則被判定為嚴重缺陷。對于不同的缺陷狀態，還需考量缺陷長度，單個缺陷長度不得超過0.4 m，否則需重新評估整個檢測區段的壓漿質量。

在壓漿率計算完成后，根據判斷標準，若D值不小于90%，且單個缺陷長度不超過20 cm，則該段孔道的壓漿質量視為合格；若D值小于90%，則需對存在缺陷的區域進行補漿和再評估，確保壓漿質量滿足設計要求。若評估后的D值仍低于90%，則該孔道被認定為不合格，需采取相應的處理措施。

5 注漿密實度檢測結果分析

在汕頭市牛田洋快速通道和金砂西路西延線工程II標段CK0+698.45處的38-4#預制箱梁孔道注漿密實度檢測中，采用多種參數綜合評估孔道內部的注漿質量。檢測結果顯示：各預應力孔道的綜合注漿密實度評價均達到規范要求。以下對各項檢測指標進行具體分析。

（1）Vc實測波速

各孔道的波速在4 167～4 257 m/s之間，符合預制混凝土的波速標準。波速值的穩定性表明注漿材料在孔道內分布均勻且密實，從而有效支撐了預應力鋼絞線的保護。

（2）IPV全長波注漿指數

所有檢測孔道的IPV值均為1，表明孔道內部沒有顯著空隙或不密實區域，漿體填充狀態達到理想的均勻性和連續性。

（3）IEA注漿指數

IEA指數多數孔道為1，個別孔道（如N1-2、N2-1、N5-2）略低于1（最低為0.96），但仍接近理想值，這表明大部分孔道的注漿狀態較為理想，僅個別位置可能存在輕微的收縮或局部空隙，但對整體密實度影響不大。

（4）ITF傳遞函數注漿指數

所有孔道的ITF值均為1，表明注漿材料與鋼絞線的接觸良好，能夠有效傳遞預應力荷載，保證結構的穩定性和耐久性。

（5）綜合注漿指數

所有孔道的值均在0.98～1之間，其中大部分孔道達到了1。根據注漿密實度評價標準，這些孔道的值均在合格范圍內，表明孔道注漿質量基本密實，無明顯質量缺陷。

由上述分析可知，38-4#預制箱梁孔道的注漿密實度均達到標準要求，密實性較高，無顯著缺陷。各項指標如IPV、IEA、ITF和均接近或達到1，表明孔道注漿質量優良，能夠為預應力鋼絞線提供良好的保護和支撐，從而保障橋梁結構的安全性和使用壽命。

6 結語

綜上，該文通過沖擊回波法對公路工程預制箱梁孔道的注漿密實度進行檢測和分析，采用定性檢測與定位檢測相結合的方法，評估了注漿的密實狀況。檢測結果表明：各孔道的注漿質量均達到設計規范要求，各項指標接近理想值，注漿材料在孔道內分布均勻、黏結良好，能夠為預應力鋼絞線提供穩定的保護。沖擊回波法在注漿密實度檢測中表現出較高的準確性和效率，為預應力混凝土結構的無損檢測提供了可靠的技術支持，為類似工程的檢測和質量控制提供了參考。

參考文獻

[1]蘇永青.后張法預制小箱梁預應力施工技術探討[J].科學技術創新， 2021（16）：128-129.

[2]蘇鵬，李恒，陽浩.基于反拉法的預制混凝土小箱梁錨下有效預應力損失影響因素研究[J].市政技術， 2024（4）： 198-202.

[3]周超.談預應力智能張拉壓漿系統施工技術[J].工程建設與設計， 2019（5）：263-264+267.

[4]魏連雨，王金偉，劉永平，等.橋梁注漿孔道中沖擊彈性波波速特征檢驗研究[J].重慶交通大學學報（自然科學版）， 2017（1）：14-18.

[5]熊亮.基于不中斷交通的水泥混凝土橋梁梁底裂縫修補技術研究[D].重慶：重慶交通大學， 2022.