李亞利，魏建華，曹勝語

(1.河北遠(yuǎn)洲工程咨詢有限公司，河北 石家莊　050000；2.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊　050000)

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沖擊回波主頻成像在箱梁孔道壓漿檢測中的應(yīng)用

李亞利1，魏建華2，曹勝語2

(1.河北遠(yuǎn)洲工程咨詢有限公司，河北 石家莊050000；2.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊050000)

摘要：沖擊回波主頻成像法是一種原理簡單、操作方便的無損檢測手段。通過這種檢測方法可以有效地確定波紋管孔道的位置，并判斷孔道內(nèi)壓漿的密實情況。因此在箱梁孔道壓漿檢測中具有非常廣泛的應(yīng)用。文章結(jié)合具體的橋梁工程實例，簡要探討沖擊回波主頻成像在箱梁孔道壓漿檢測中的應(yīng)用，希望能對類似工程起到借鑒作用。

關(guān)鍵詞：沖擊回波主頻成像；箱梁孔道壓漿；檢測

在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工建設(shè)項目中，重點關(guān)注的是后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁預(yù)留孔道的壓漿質(zhì)量。預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿密實情況直接關(guān)系到預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的安全性和耐久性[1]。根據(jù)相關(guān)的工程實踐經(jīng)驗可以知道，沖擊回波掃描儀是一種快速、便捷、準(zhǔn)確的無損檢測手段。這種檢測方法具有原理簡單、操作方便的特點，可以在橋梁工程中進行大面積的檢測。通過這種檢測方法可以有效地確定波紋管孔道的位置，并判斷孔道內(nèi)壓漿的密實情況。因此在箱梁孔道壓漿檢測中具有非常廣泛的應(yīng)用。

1沖擊回波法檢測原理

沖擊回波法的檢測原理為：在混凝土結(jié)構(gòu)表面采用沖擊物進行快速敲擊以產(chǎn)生一個應(yīng)力波，應(yīng)力波在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部進行傳播，如果遇到缺陷處會產(chǎn)生發(fā)射，傳回來的反射波會被混凝土結(jié)構(gòu)表面處所設(shè)置的傳感器接受，在傳感器內(nèi)會記錄回波的時域信號，通過快速傅里葉變化即可將時域信號轉(zhuǎn)換成頻域信號。根據(jù)頻域信號即可判斷出孔道的位置以及壓漿的密實情況(圖1)[2-4]。

圖1　沖擊回波法的基本原理

根據(jù)相關(guān)的公式可以知道，壓漿飽滿箱梁厚度與主頻、彈性波波形之間存在著相關(guān)關(guān)系。當(dāng)壓漿不飽滿時，箱梁的主頻會低于壓漿飽滿時箱梁的主頻。并且箱梁壓漿的飽滿度越高，則箱梁的主頻越接近飽滿時的主頻。

在空管和壓漿不飽滿處，測點的主頻會偏低，通過這種方式即可判斷出箱梁孔道壓漿的密實情況。通過頻譜的峰值即可確定出波形中的主頻，然后對典型的測區(qū)進行成像，一般情況下，可以較為清楚地觀察到管道的位置。采用同一個條件下空孔道的理論主頻與孔道處實測的主頻大小進行對比分析，即可判斷出管道的壓漿密實情況[5]。

2工程概況及現(xiàn)場測試

本工程為某一橋梁工程施工建設(shè)項目。該橋梁的上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，采用后張法施工工藝。箱梁混凝土的強度等級為C50。在箱梁的施工過程中，為了確保孔道壓漿的施工質(zhì)量，決定采用沖擊回波法對箱梁孔道壓漿進行檢測。

在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)中，孔道壓漿的施工質(zhì)量直接關(guān)系到預(yù)應(yīng)力鋼筋的防腐蝕能力，同時是確保預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土結(jié)構(gòu)之間共同作用的關(guān)鍵[6]。如果預(yù)應(yīng)力鋼筋出現(xiàn)銹蝕和預(yù)應(yīng)力損失等問題，均會對預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性造成不利的影響。因此在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)的施工中，應(yīng)加強孔道壓漿質(zhì)量的檢測。

目前，在我國預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工中所采用的壓漿材料一般為純水泥漿，所采取的施工工藝一般為壓力壓漿或者真空輔助壓漿。在預(yù)應(yīng)力孔道壓漿施工過程中，經(jīng)常會遇到的主要問題為：水泥漿不夠飽滿；水泥漿硬化強度不滿足要求；水泥漿硬化之后由于收縮變形與孔道壁出現(xiàn)分離。這些質(zhì)量問題均會影響預(yù)應(yīng)力的發(fā)揮。因此需要對后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的壓漿質(zhì)量進行檢查。

在本工程采用沖擊回波法對后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁孔道壓漿施工質(zhì)量進行檢測，采用的是儀器為掃描式?jīng)_擊回波測試系統(tǒng)IES。該系統(tǒng)產(chǎn)自美國，其主要的組成部分包括PC數(shù)據(jù)采集單元和掃描式?jīng)_擊接受單元。如表1所示為掃描式?jīng)_擊回波測試系統(tǒng)IES的主要技術(shù)參數(shù)。采用該系統(tǒng)進行檢測時，并不需要采用耦合劑。

表1　掃描式?jīng)_擊回波測試系統(tǒng)IES的主要技術(shù)參數(shù)

在預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工現(xiàn)場進行沖擊回波檢測時，應(yīng)先選擇典型測區(qū)。根據(jù)相關(guān)工程實踐經(jīng)驗可以知道，一般情況下在箱梁的端部容易出現(xiàn)壓漿不飽滿的問題。因此選擇該區(qū)作為典型測區(qū)。當(dāng)進行測試時，測線中每個點的間距應(yīng)控制在1in(約2.54 cm)，測線的間距則應(yīng)控制在10 cm。采用掃描式?jīng)_擊回波測試系統(tǒng)進行檢測時，可以將計算機所采集到的時域信號實時的通過快速傅里葉變換轉(zhuǎn)換成頻域信號。通過頻域信號即可計算出每個測點的主頻，然后再結(jié)合混凝土波速這一參數(shù)[7-8]，最終即可計算出水泥混凝土板的主頻。掃描式?jīng)_擊回波測試系統(tǒng)IES可以根據(jù)每個測點的坐標(biāo)信息和測點的主頻進行成像。

當(dāng)采用沖擊回波法對預(yù)應(yīng)力孔道壓漿的質(zhì)量進行檢測時，需要特別注意的是掃描探頭應(yīng)與預(yù)應(yīng)力孔道的方向保持垂直，即采用切片的方法進行檢測[9]。通常情況下，如果在預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿中存在缺陷，則這個缺陷往往在一個區(qū)域內(nèi)均有分布，因此需要根據(jù)工程的具體情況以確定掃描的范圍，即兩條掃描線之間的間隔，一般情況下，兩條掃描線的間距應(yīng)控制在幾十厘米到幾米之間，具體間距應(yīng)根據(jù)實際情況進行調(diào)整[10]。當(dāng)對后張法預(yù)應(yīng)力孔道壓漿情況進行檢測時，在出漿口處可以適當(dāng)?shù)脑黾訏呙璧拿芏?。如果出漿口處的壓漿質(zhì)量不存在問題，此時可以大致判斷壓漿口和壓漿中部位置處的質(zhì)量也同樣不存在問題，如果出漿口處的壓漿質(zhì)量出現(xiàn)問題，則對于壓漿口和壓漿中部位置處應(yīng)加強掃描密度。

3檢測結(jié)果

本工程采用沖擊回波法對箱梁孔道壓漿質(zhì)量進行檢測，其掃描方式為由端部逐級掃描至中間。測線的間距控制在10 m，距離頂板為2 cm。測區(qū)的大小主要包括三種尺寸，分別為0.95 m×2 m、1.1 m×2 m、1.3 m×2 m。對同一片預(yù)制箱梁的5根縱向預(yù)應(yīng)力管道進行測試。根據(jù)檢測結(jié)果將每條管道上測點對應(yīng)的主頻連線所得到的圖像進行分析。

(1) 通過對連續(xù)圖像的分析可以知道，第2、3、4管道主頻的連線變化與理論管道厚度的線性變化相吻合，因此可以判定，這三根管道的壓漿飽滿，密實情況滿足要求。

(2) 在第1根管道的主頻連線上，發(fā)現(xiàn)有多個測點的主頻向低值漂移的問題，這與理論管道厚度的線性變化明顯存在著不符合之處，比如說在第1根管道的端部位置，主頻出現(xiàn)了明顯向低頻漂移的問題，因此可以認(rèn)定，第1根管道端部位置的壓漿不夠飽滿。這是因為壓漿不夠飽滿，密實度較小，此時會增加沖擊波傳播的路程，因此其頻率變小，從而表現(xiàn)為主頻向低頻漂移的現(xiàn)象。

(3) 在第5根管道的主頻連線上，同樣出現(xiàn)了多個測點的主頻向低值漂移的問題，比如說在第5根管道端部位置和出漿端位置，因此同樣可以認(rèn)定，第5根管道在端部位置和出漿端位置壓漿不夠密實。

通過檢測，在前期發(fā)現(xiàn)有少量梁板存在壓漿局部不密實，尤其是端頭壓漿不密實長度較長。為此，相應(yīng)標(biāo)段對端頭進行了補壓漿，對其余壓漿不密實部位采取鉆孔補壓漿(鉆孔用環(huán)氧砂漿封堵)后，經(jīng)復(fù)檢達(dá)到A類。同時，本工程依據(jù)檢測建議進一步加強了壓漿施工工藝管理和過程質(zhì)量控制，預(yù)應(yīng)力梁板孔道壓漿飽滿度顯著提高。

4結(jié)束語

鑒于預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁預(yù)留孔道的壓漿質(zhì)量直接關(guān)系到箱梁施工質(zhì)量，因此對孔道壓漿情況采取準(zhǔn)確檢測具有重要意義。文章通過結(jié)合某橋梁工程施工建設(shè)項目，該橋梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，采用沖擊回波法檢測箱梁孔道壓漿情況。工程中采用掃描式?jīng)_擊回波測試系統(tǒng)IES，提出合理的測區(qū)選取以及檢測方法，得出準(zhǔn)確的現(xiàn)場檢測結(jié)果，為確?？椎缐簼{質(zhì)量提供施工參考。

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收稿日期：2016-03-15

基金項目：河北省教育廳2015年河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項目(QN2015074)

作者簡介：李亞利(1980-)，男，河北定州人，碩士，河北遠(yuǎn)洲工程咨詢有限公司工程師．

中圖分類號：U445.57;U446

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-5781(2016)02-0216-03