李亞利，魏建華，曹勝語(yǔ)

(1.河北遠(yuǎn)洲工程咨詢(xún)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(cè)中的應(yīng)用

李亞利1，魏建華2，曹勝語(yǔ)2

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摘要：沖擊回波主頻成像法是一種原理簡(jiǎn)單、操作方便的無(wú)損檢測(cè)手段。通過(guò)這種檢測(cè)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(shí)情況。因此在箱梁孔道壓漿檢測(cè)中具有非常廣泛的應(yīng)用。文章結(jié)合具體的橋梁工程實(shí)例，簡(jiǎn)要探討沖擊回波主頻成像在箱梁孔道壓漿檢測(cè)中的應(yīng)用，希望能對(duì)類(lèi)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(cè)

在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁施工建設(shè)項(xiàng)目中，重點(diǎn)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(shí)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以知道，沖擊回波掃描儀是一種快速、便捷、準(zhǔn)確的無(wú)損檢測(cè)手段。這種檢測(cè)方法具有原理簡(jiǎn)單、操作方便的特點(diǎn)，可以在橋梁工程中進(jìn)行大面積的檢測(cè)。通過(guò)這種檢測(cè)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(shí)情況。因此在箱梁孔道壓漿檢測(cè)中具有非常廣泛的應(yīng)用。

1沖擊回波法檢測(cè)原理

沖擊回波法的檢測(cè)原理為：在混凝土結(jié)構(gòu)表面采用沖擊物進(jìn)行快速敲擊以產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力波，應(yīng)力波在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行傳播，如果遇到缺陷處會(huì)產(chǎn)生發(fā)射，傳回來(lái)的反射波會(huì)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(huì)記錄回波的時(shí)域信號(hào)，通過(guò)快速傅里葉變化即可將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)。根據(jù)頻域信號(hào)即可判斷出孔道的位置以及壓漿的密實(shí)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(mǎn)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(mǎn)時(shí)，箱梁的主頻會(huì)低于壓漿飽滿(mǎn)時(shí)箱梁的主頻。并且箱梁壓漿的飽滿(mǎn)度越高，則箱梁的主頻越接近飽滿(mǎn)時(shí)的主頻。

在空管和壓漿不飽滿(mǎn)處，測(cè)點(diǎn)的主頻會(huì)偏低，通過(guò)這種方式即可判斷出箱梁孔道壓漿的密實(shí)情況。通過(guò)頻譜的峰值即可確定出波形中的主頻，然后對(duì)典型的測(cè)區(qū)進(jìn)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(gè)條件下空孔道的理論主頻與孔道處實(shí)測(cè)的主頻大小進(jìn)行對(duì)比分析，即可判斷出管道的壓漿密實(shí)情況[5]。

2工程概況及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

本工程為某一橋梁工程施工建設(shè)項(xiàng)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(qiáng)度等級(jí)為C50。在箱梁的施工過(guò)程中，為了確?？椎缐簼{的施工質(zhì)量，決定采用沖擊回波法對(duì)箱梁孔道壓漿進(jìn)行檢測(cè)。

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(shí)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(wèn)題，均會(huì)對(duì)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(qiáng)孔道壓漿質(zhì)量的檢測(cè)。

目前，在我國(guó)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(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到的主要問(wèn)題為：水泥漿不夠飽滿(mǎn)；水泥漿硬化強(qiáng)度不滿(mǎn)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(wèn)題均會(huì)影響預(yù)應(yīng)力的發(fā)揮。因此需要對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的壓漿質(zhì)量進(jìn)行檢查。

在本工程采用沖擊回波法對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁孔道壓漿施工質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，采用的是儀器為掃描式?jīng)_擊回波測(cè)試系統(tǒng)IES。該系統(tǒng)產(chǎn)自美國(guó)，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(cè)試系統(tǒng)IES的主要技術(shù)參數(shù)。采用該系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，并不需要采用耦合劑。

表1　掃描式?jīng)_擊回波測(cè)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(chǎng)進(jìn)行沖擊回波檢測(cè)時(shí)，應(yīng)先選擇典型測(cè)區(qū)。根據(jù)相關(guān)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(mǎn)的問(wèn)題。因此選擇該區(qū)作為典型測(cè)區(qū)。當(dāng)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)線(xiàn)中每個(gè)點(diǎn)的間距應(yīng)控制在1in(約2.54 cm)，測(cè)線(xiàn)的間距則應(yīng)控制在10 cm。采用掃描式?jīng)_擊回波測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以將計(jì)算機(jī)所采集到的時(shí)域信號(hào)實(shí)時(shí)的通過(guò)快速傅里葉變換轉(zhuǎn)換成頻域信號(hào)。通過(guò)頻域信號(hào)即可計(jì)算出每個(gè)測(cè)點(diǎn)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(jì)算出水泥混凝土板的主頻。掃描式?jīng)_擊回波測(cè)試系統(tǒng)IES可以根據(jù)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)信息和測(cè)點(diǎn)的主頻進(jìn)行成像。

當(dāng)采用沖擊回波法對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿的質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，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(jìn)行檢測(cè)[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(gè)缺陷往往在一個(gè)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(xiàn)之間的間隔，一般情況下，兩條掃描線(xiàn)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(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整[10]。當(dāng)對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力孔道壓漿情況進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，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(wèn)題，此時(shí)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(wèn)題，如果出漿口處的壓漿質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，則對(duì)于壓漿口和壓漿中部位置處應(yīng)加強(qiáng)掃描密度。

3檢測(cè)結(jié)果

本工程采用沖擊回波法對(duì)箱梁孔道壓漿質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，其掃描方式為由端部逐級(jí)掃描至中間。測(cè)線(xiàn)的間距控制在10 m，距離頂板為2 cm。測(cè)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(duì)同一片預(yù)制箱梁的5根縱向預(yù)應(yīng)力管道進(jìn)行測(cè)試。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果將每條管道上測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的主頻連線(xiàn)所得到的圖像進(jìn)行分析。

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

(2) 在第1根管道的主頻連線(xiàn)上，發(fā)現(xiàn)有多個(gè)測(cè)點(diǎn)的主頻向低值漂移的問(wèn)題，這與理論管道厚度的線(xiàn)性變化明顯存在著不符合之處，比如說(shuō)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(wèn)題，因此可以認(rèn)定，第1根管道端部位置的壓漿不夠飽滿(mǎn)。這是因?yàn)閴簼{不夠飽滿(mǎn)，密實(shí)度較小，此時(shí)會(huì)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(xiàn)上，同樣出現(xiàn)了多個(gè)測(cè)點(diǎn)的主頻向低值漂移的問(wèn)題，比如說(shuō)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(shí)。

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

4結(jié)束語(yǔ)

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(duì)孔道壓漿情況采取準(zhǔn)確檢測(cè)具有重要意義。文章通過(guò)結(jié)合某橋梁工程施工建設(shè)項(xiàng)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(cè)箱梁孔道壓漿情況。工程中采用掃描式?jīng)_擊回波測(cè)試系統(tǒng)IES，提出合理的測(cè)區(qū)選取以及檢測(cè)方法，得出準(zhǔn)確的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果，為確保孔道壓漿質(zhì)量提供施工參考。

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收稿日期：2016-03-15

基金項(xiàng)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(xiàng)目(QN2015074)

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

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.57;U446

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-5781(2016)02-0216-03