■　余支福（福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，福州　350001）

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基于沖擊彈性波法的預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實度檢測技術(shù)及其應(yīng)用

■余支福
（福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，福州350001）

摘要本文介紹了預(yù)應(yīng)力橋梁孔道灌漿密實度檢測技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，基于沖擊彈性波法檢測技術(shù)的方法原理及其工程驗證，并總結(jié)了該檢測技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化檢測過程及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞沖擊彈性波橋梁孔道灌漿密實度檢測

1　前言

隨著我國公路橋梁建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁已在我國橋梁建設(shè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，因施工過程控制及施工管理的因素，預(yù)應(yīng)力孔道壓漿會存在不密實的現(xiàn)象，其不僅對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的耐久性有很大的影響，而且對橋梁的即時承載力也有相當(dāng)?shù)挠绊?，對于沿海以及潮濕地區(qū)灌漿缺陷的危害更為顯著。近年來，國內(nèi)大部分監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)意識到預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度的重要性，應(yīng)用檢測技術(shù)對預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度開展檢查工作。目前，我省應(yīng)用了基于沖擊彈性波法檢測技術(shù)對部分在建項目開展預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度檢測，發(fā)現(xiàn)采取該項無損檢測技術(shù)手段對工程施工質(zhì)量有很好的促進(jìn)作用，進(jìn)一步深化了我省交通建設(shè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理內(nèi)涵。

2　孔道灌漿密實度測試技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

長期以來，針對預(yù)應(yīng)力梁孔道灌漿施工質(zhì)量的測試方法，國內(nèi)外研究人員開發(fā)了多種方法，按測試所采用的媒介來分，大致可以分為：（1）基于電磁波的檢測方法（如電磁雷達(dá)）。該方法有許多學(xué)者進(jìn)行了研究。由于電磁雷達(dá)受鋼筋影響大、適用范圍窄、對缺陷不敏感、測試精度低；（2）基于超聲波的檢測方法。從理論上，利用灌漿缺陷對波速的影響，采用對測的方法可以檢測灌漿缺陷，國內(nèi)也有學(xué)者從事這方面的研究和實踐。但需要從板的兩側(cè)面對測，而且需要耦合，因此作業(yè)性差，效率很低，難以實用；（3）基于放射線（X光、伽馬射線、銥192等）的檢測方法。該方法的檢測精度較高，但由于測試設(shè)備復(fù)雜、具有放射性、且檢測成本高，在國內(nèi)基本上沒有得到應(yīng)用；（4）基于沖擊彈性波的檢測方法。該方法被認(rèn)為是最有前途的方法，可分為兩類：基于孔道兩端穿透的方法、基于反射的沖擊回波法（IE）。

在我省部分項目應(yīng)用的灌漿密實度測試方案則是以沖擊彈性波為檢測媒介，綜合了國內(nèi)外及我省實際項目測試的經(jīng)驗總結(jié)，根據(jù)不同檢測對象工況開展基于沖擊彈性波的定性和定位測試，其最大的特點在于既可以快速定性測試，也能夠?qū)τ袉栴}的管道進(jìn)行缺陷定位，從而達(dá)到了測試效率和精度的最優(yōu)化。

3　孔道灌漿密實度檢測方法原理及工程驗證

3.1檢測方法原理

為了準(zhǔn)確測試縱向預(yù)應(yīng)力梁管道（雙端錨頭露出）的灌漿缺陷，同時兼顧測試效率，項目檢測中采用基于沖擊彈性波的多種方法進(jìn)行測試，各方法的適用測試工況如表1所示。

表1　各檢測方法適用的測試工況

（1）定性測試：利用錨索兩端露出的鋼絞線進(jìn)行測試，測試效率高。由于空洞等缺陷通常發(fā)生在孔道的上方，因此通常只需測試最上方的鋼絞線即可。在一次測試過程中，可同時完成上述四種方法（FLEA、FLPV、PFTF、LAEA）的測試。定性測試示意圖如圖1。

圖1　定性測試示意圖

（2）定位測試：沿著管道的正上方，沿著波紋管走向?qū)艿赖膲簼{情況以掃描的形式連續(xù)測試（激振和受信），通過反射信號的特性測試管道內(nèi)灌漿的狀況（如圖2）。同時為了準(zhǔn)確的判定，根據(jù)現(xiàn)場測試的情況，在測線上方的混凝土結(jié)構(gòu)位置也布置相同測線，以便準(zhǔn)確的對壓漿情況進(jìn)行判定。

圖2　灌漿密實度的定位測試

根據(jù)預(yù)應(yīng)力梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，建議注漿密實度檢測采用定位檢測為主，采用的測試方法為沖擊回波等效波速法（IEEV）（原理圖見圖3）。測試儀器采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁多功能檢測儀，其測試時通過彈性波的傳播、反射特性，對預(yù)應(yīng)力梁的孔道注漿密實度進(jìn)行定位檢測，IEEV法利用在波紋管上部激振時，根據(jù)彈性波的反射特性來判斷缺陷的具體位置，當(dāng)管道注漿存在缺陷時：①激振的彈性波在缺陷處會產(chǎn)生反射；②激振的彈性波從梁底部反射回來所用的時間比注漿密實的地方為長，即用梁長得到的等效波速慢。

圖3　沖擊回波法測試原理圖

3.2工程驗證

筆者在工作中采用上述測試技術(shù)對我省部分現(xiàn)場工程進(jìn)行了檢測和驗證。以下為一個較為典型的案例：檢測對象為我省高速公路某標(biāo)段預(yù)制30mT型梁負(fù)彎矩，主要針對孔道灌漿密實度進(jìn)行了定位檢測和驗證，具體測試結(jié)果及驗證情況如下：

在灌漿正常處孔道進(jìn)行標(biāo)定，經(jīng)測算其標(biāo)定位置板厚為20cm，其標(biāo)定基準(zhǔn)波速取4km/s。所檢測的位置負(fù)彎矩管道均為直徑5.5cm的鐵皮波紋管，測試位置的板厚為17.35cm，由于厚度取各自圖紙設(shè)計厚度，且每個孔道的厚度無變化，以延遲5％以上作為判定缺陷的依據(jù)。根據(jù)圖4測試的數(shù)據(jù)分析形成的云圖分析，其反射時間滯后較多，故判定該孔道存在較大注漿缺陷，經(jīng)現(xiàn)場鉆孔方式驗證確認(rèn)該段需要補(bǔ)漿處置。

圖4　彈性波反射云圖

4　檢測工作的規(guī)范化

為進(jìn)一步促進(jìn)我省公路橋梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量管控，加強(qiáng)事后檢測手段，筆者按照參與項目的測試情況總結(jié)了預(yù)應(yīng)力梁的檢測工作相關(guān)流程和規(guī)范化測試工作，從而促進(jìn)我省公路建設(shè)項目預(yù)應(yīng)力橋梁施工檢測新技術(shù)應(yīng)用。

檢測考慮到效率和準(zhǔn)確性，筆者建議優(yōu)先采用定位檢測，當(dāng)定位檢測條件受限時再使用定性檢測方法；當(dāng)然，如果用于普查或灌漿質(zhì)量問題排查，考慮到測試的高效率，可以采用定性檢測方法，檢測的一般工作流程見圖5。

圖5　測試工作流程

4.1測試前準(zhǔn)備

現(xiàn)場測試時，主要把握以下幾項工作：（1）掌握了解測試對象孔道布置施工圖紙；（2）測試過程中需記錄清楚對象編號、孔道編號等能說明測試區(qū)域準(zhǔn)確位置的信息；（3）現(xiàn)場測試對象的表面應(yīng)較為平整，無浮漿、其他異物等影響振動信號因素；（4）現(xiàn)場測試的波紋管位置定位畫線要確定。

4.2檢測對象和位置

（1）預(yù)制梁

根據(jù)經(jīng)驗，在后張法預(yù)應(yīng)力梁的腹板孔道中，以下部位出現(xiàn)注漿不密實的可能性較大。因此，對于縱、橫向波紋管，其缺陷往往在管的上部，當(dāng)然管壁下外側(cè)與混凝土間也有可能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。此外，當(dāng)注漿料發(fā)生初凝，以及注漿壓力機(jī)出現(xiàn)故障時，注漿缺陷可能會大面積出現(xiàn)?，F(xiàn)場測試預(yù)制梁時，重點測試上述易發(fā)生缺陷問題點。詳見缺陷部位示意圖。

圖6　缺陷部位示意圖

（2）現(xiàn)澆梁和連續(xù)剛構(gòu)

在先簡后連的連接段、W型連續(xù)梁的反彎點、注漿口等容易出現(xiàn)注漿缺陷的部位，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定位檢測。

4.3檢測頻率

具體檢測數(shù)量一般以每批次的現(xiàn)場實際抽檢為準(zhǔn)，若無具體要求時可參照以下原則抽檢：預(yù)制梁正彎矩區(qū)按梁片數(shù)量的1％～3％；負(fù)彎矩區(qū)按孔道數(shù)量的10％～20％；現(xiàn)澆梁和連續(xù)剛構(gòu)根據(jù)現(xiàn)場實際抽檢情況確定頻率。若檢測對象中有15％不合格時，應(yīng)加倍檢測；若檢測對象中有30％不合格時應(yīng)全橋檢測。

4.4測點布置和間距

對孔道全長進(jìn)行定位檢測時，測點間距一般取0.2m；對易發(fā)生注漿缺陷位置進(jìn)行定位檢測時，測點間距可取0.1～0.2m。

4.5檢測時間及報告

在注漿至少7d以后進(jìn)行檢測，冬季施工應(yīng)當(dāng)在至少10d以后進(jìn)行檢測為宜。一般在現(xiàn)場檢測后的一周內(nèi)宜提供有質(zhì)量較大缺陷給相關(guān)方，這樣確保測試的有足夠的數(shù)據(jù)分析時間且又不影響工程的總體施工進(jìn)度。

4.6缺陷分類及驗證方法

根據(jù)反射信號及等效速度的特點，利用IEEV法能夠檢測缺陷的位置和缺陷類型，一般對缺陷的類型定義如表2：

表2　缺陷的類型與定義

根據(jù)缺陷的類型、規(guī)模和長度，筆者結(jié)合項目實踐，提出如下處理建議：（1）對于松散型（注漿料強(qiáng)度和剛性較低，較為松散，但仍保持連續(xù)性，對鋼絞線能起到保護(hù)作用），此類型缺陷一般不必處理。（2）對于空洞型（有空洞，容易侵入空氣和水），此類型缺陷可采取鉆孔二次注漿處理。缺陷處理較為方便，采用材料可以根據(jù)情況選用原配漿料、環(huán)氧樹脂材料、聚氨酯材料等。

驗證檢測考慮到成本與對梁的破壞性，首選鉆孔和內(nèi)窺鏡結(jié)合的方法，該方法破壞性小成本低，而且結(jié)果直觀。因此，當(dāng)檢測方和被檢方對測試結(jié)果出現(xiàn)爭議時，應(yīng)對測試存在疑問區(qū)域進(jìn)行開孔驗證（可以使用25～32mm的水鉆進(jìn)行鉆孔驗證，同時鉆孔也可用于缺陷補(bǔ)漿），以確保測試結(jié)果的可靠性。一般針對開孔位置，采取目視、穿絲掛鉤方式或內(nèi)窺鏡觀察的方法進(jìn)行判定。

5　結(jié)語

從該項檢測技術(shù)的實際應(yīng)用效果看，目前研究開展的預(yù)應(yīng)力管道密實度檢測技術(shù)應(yīng)用已較為成熟可靠，其檢測技術(shù)直觀且檢測位置缺陷也容易得到驗證，預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量得到普遍提升。結(jié)合交通運(yùn)輸部提出打造品質(zhì)工程推廣應(yīng)用此項檢測技術(shù)，對促進(jìn)全省在建項目預(yù)應(yīng)力梁施工精細(xì)化管理，進(jìn)一步提高我省交通建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化管理有其積極意義。