王華，李斌，謝勇，趙劍

（貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測(cè)中心有限責(zé)任公司，貴州貴陽 550000）

基于沖擊回波法的預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及驗(yàn)證?

王華，李斌，謝勇，趙劍

（貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測(cè)中心有限責(zé)任公司，貴州貴陽 550000）

預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)性能直接影響預(yù)應(yīng)力砼橋梁的使用性能、耐久性和安全性。文中運(yùn)用沖擊回波法對(duì)預(yù)應(yīng)力管道灌漿密實(shí)度進(jìn)行相關(guān)研究，結(jié)合后張法預(yù)制T梁灌漿密實(shí)度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，將疑似病害區(qū)域進(jìn)行剖切對(duì)比驗(yàn)證，檢測(cè)結(jié)果吻合度較好，說明沖擊回波法能準(zhǔn)確判定管道內(nèi)部壓漿缺陷。

橋梁；沖擊回波法；壓漿質(zhì)量；預(yù)應(yīng)力管道

早期建設(shè)的橋梁，由于灌漿工藝及檢測(cè)技術(shù)不成熟，管道壓漿不密實(shí)問題十分嚴(yán)重。而預(yù)應(yīng)力管道壓漿不飽滿直接影響預(yù)應(yīng)力砼橋梁的使用性能、安全性及耐久性。目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)管道壓漿密實(shí)度的檢測(cè)技術(shù)主要有超聲波法、鉆芯取樣法、探地雷達(dá)法、沖擊回波法等，前3種方法檢測(cè)手段復(fù)雜，加上壓漿管道界面邊界條件及壓漿介質(zhì)多樣性，不能被很好地應(yīng)用。將沖擊回波法用于實(shí)際工程現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和分析的研究有不少，如周先雁、晏班夫等采用沖擊回波法對(duì)廈門某在建橋梁的預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量進(jìn)行了檢測(cè)和分析，得出了較準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。該文基于沖擊回波法對(duì)預(yù)應(yīng)力管道灌漿密實(shí)度進(jìn)行研究，驗(yàn)證沖擊回波法壓漿密實(shí)度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

1　沖擊回波法原理

1.1定性檢測(cè)

1.1.1全體灌漿性能

（1）全長(zhǎng)衰減法（FLEA）。如圖1所示，如果預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)度較高，則能量在傳播過程中逸散越多，衰減越大；反之，若預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)度較低，則能量在傳播過程中逸散較少，衰減小。該方法對(duì)能量衰減的測(cè)試誤差往往較大，定性測(cè)試時(shí)采用“雙方向激振技術(shù)”，以提高測(cè)試能量衰減的精度，即提高全長(zhǎng)衰減分析灌漿指數(shù)的精度。

（2）全長(zhǎng)波速法（FLPV）。通過測(cè)試彈性波經(jīng)過

圖1　全長(zhǎng)衰減測(cè)試示意圖

錨索的傳播時(shí)間，結(jié)合錨索的距離計(jì)算出彈性波經(jīng)過錨索的波速，通過波速的變化判斷預(yù)應(yīng)力管道灌漿密實(shí)度情況。隨著灌漿密實(shí)度的增加波速逐漸減小，當(dāng)灌漿密實(shí)度為完全密實(shí)（達(dá)到100%）時(shí)，測(cè)試的錨索的P波波速接近砼中的P波波速（如圖2所示）。灌漿密實(shí)度為零時(shí)認(rèn)為未灌漿，為1時(shí)認(rèn)為灌漿密實(shí)。在FLPV法中，基準(zhǔn)波速的測(cè)試是一個(gè)很重要的因素。一般來說，基準(zhǔn)波速可取鋼筋砼的波速，可在接近梁頂板的位置進(jìn)行標(biāo)定得到。但在采用特制壓漿材料時(shí)，如果壓漿材料的波速快于砼的波速，則應(yīng)采用壓漿材料中的波速。壓漿材料的波速通過試塊加以測(cè)試。

圖2　全長(zhǎng)波速法測(cè)試示意圖

1.1.2端部灌漿性能

主要采用傳遞函數(shù)法（PFTF）測(cè)試端部壓漿性能。在砼預(yù)應(yīng)力梁的一端進(jìn)行激振，如果接收端存在壓漿不密實(shí)現(xiàn)象，則會(huì)在接收端產(chǎn)生高頻振蕩信號(hào)，通過對(duì)比接收端與激發(fā)段的信號(hào)頻率變化，可判定錨頭兩端附近的缺陷情況。當(dāng)預(yù)應(yīng)力砼梁激振端附近的鋼絞線也存在灌漿不密實(shí)現(xiàn)象時(shí)，激振端的傳感器采集的振動(dòng)信號(hào)的頻率也會(huì)相應(yīng)增加。

1.2定位檢測(cè)

根據(jù)結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，采用沖擊回波等效波速法（IEEV）進(jìn)行定位檢測(cè)。其基本原理（如圖3所示）如下：沿著預(yù)應(yīng)力波紋管走向?qū)艿赖膲簼{情況以掃描的形式進(jìn)行連續(xù)測(cè)試（采取激振和受信方式），通過反射信號(hào)的特性測(cè)試管道內(nèi)部灌漿狀況。同時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況，在測(cè)線上方的砼結(jié)構(gòu)位置布置相同測(cè)線，以準(zhǔn)確地對(duì)壓漿情況進(jìn)行判定（即標(biāo)定）。

圖3　灌漿密實(shí)度定位測(cè)試示意圖

如圖4（a）所示，無壓漿管道的砼梁中，應(yīng)力波直接傳播至底部后反射回接收器，應(yīng)力波行程為2倍梁厚度即2l［如圖5（a）所示］，此時(shí)相應(yīng)頻率計(jì)算公式為：

式中：αs為截面形狀系數(shù)。

如圖4（b）所示，管道未壓漿的砼梁中，沖擊回波對(duì)應(yīng)2個(gè)波峰，一個(gè)由發(fā)射器至波紋管表面至接收器，應(yīng)力波行程為2d；另一個(gè)沿ABCD路徑傳播至底部，再經(jīng)相同路徑反射至接收器，此時(shí)應(yīng)力波行程大于2l，頻率會(huì)向低頻發(fā)射漂移。

如圖4（c）所示，砼預(yù)應(yīng)力管道部分壓漿的砼梁中，由于管道上部有空洞，沖擊回波響應(yīng)信號(hào)與未灌漿管道的響應(yīng)類似［如圖5（c）所示］，但應(yīng)力波在傳播過程中隨著空洞位置變化，管道板厚頻率和反射頻率會(huì)發(fā)生變化，其計(jì)算公式如下：

如圖4（d）所示，管道灌漿密實(shí)的砼梁中，一部分應(yīng)力波通過管道到達(dá)底板再反射回來，應(yīng)力波的傳播路程為2倍板厚；另外一部分應(yīng)力波在預(yù)應(yīng)力筋/水泥漿界面被反射回測(cè)試面，此時(shí)的應(yīng)力波反射需按照鋼/砼界面來考慮，在一周期內(nèi)，應(yīng)力波的傳播路程為4d［如圖5（b）所示］，則其頻率計(jì)算公式如下：

圖4　不同壓漿管道應(yīng)力波傳播路徑示意圖

圖5　不同壓漿管道情況下沖擊回波響應(yīng)

2　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

隨機(jī)抽取部分預(yù)制砼T梁進(jìn)行測(cè)試。為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性及方便測(cè)試，首先將試驗(yàn)梁安放在預(yù)先準(zhǔn)備好的臺(tái)座上，保證構(gòu)件與地面處于分離狀態(tài)，然后對(duì)試件的砼板表面進(jìn)行如下處理：

（1）將需要測(cè)試的砼板表面用砂紙或磨石打磨，清除構(gòu)件表面的浮漿和灰塵，保證試件表面平整、光滑，確保測(cè)試精度及效率。

（2）將構(gòu)件清潔完畢后，為保證激振信號(hào)及響應(yīng)信號(hào)的穩(wěn)定性，用水將測(cè)試面進(jìn)行濕潤(rùn)處理。

（3）測(cè)試前將波紋管沿設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行放樣，一般每10cm標(biāo)定1點(diǎn)，進(jìn)行定位測(cè)試。

3　沖擊回波法灌漿密實(shí)度檢測(cè)結(jié)果

為高效快速測(cè)出缺陷位置，定位測(cè)試選取距梁兩端頭3m范圍（一般認(rèn)為梁跨中處灌漿密實(shí)）。測(cè)試結(jié)果如表1、表2所示，對(duì)測(cè)試結(jié)果的推算分析如圖6、圖7所示。

表1　預(yù)應(yīng)力管道灌漿定性檢測(cè)結(jié)果

表2　預(yù)應(yīng)力管道灌漿定位檢測(cè)結(jié)果

圖6　預(yù)應(yīng)力管道灌漿定性檢測(cè)推算分析

圖7　預(yù)應(yīng)力管道灌漿定位檢測(cè)推算分析

4　破損檢測(cè)驗(yàn)證

現(xiàn)場(chǎng)采取對(duì)預(yù)制梁進(jìn)行切割的方式對(duì)沖擊回波法檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，以準(zhǔn)確判定預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實(shí)度情況。

根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)距小樁號(hào)端頭79.6cm處、大樁號(hào)端頭156.5cm處兩個(gè)斷面進(jìn)行切割，結(jié)果如圖8～11所示。

圖8　現(xiàn)場(chǎng)剖切及鋼束管道編號(hào)

圖9　小樁號(hào)端N3X管道壓漿剖面圖

圖10　小樁號(hào)端N4X管道壓漿剖面圖

圖11　大樁號(hào)端剖切斷面圖

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)剖切結(jié)果，N3X距跨中壓漿脫空長(zhǎng)度為30cm，則脫空總長(zhǎng)度l=79.6+30=109.6cm（此時(shí)認(rèn)為剖切面距小樁號(hào)端頭已全部脫空）；N4X管道0～0.2m范圍內(nèi)壓漿不密實(shí)，呈松散型病狀（如表3所示）。

表3　測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證

5　結(jié)語

該文運(yùn)用沖擊回波法對(duì)預(yù)應(yīng)力管道灌漿密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，并與后張法預(yù)制T梁灌漿密實(shí)度現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了沖擊回波法判定管道內(nèi)部壓漿缺陷的準(zhǔn)確性。在快速評(píng)定PC構(gòu)件灌漿密實(shí)度時(shí)，可優(yōu)先從梁端測(cè)定，當(dāng)梁端PC構(gòu)件灌漿密實(shí)時(shí)，則可認(rèn)為該構(gòu)件已灌漿密實(shí)。

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?國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（50878031；51008037）；湖南省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（12JJ6050）；湖南省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2012FJ4124）；貴州省交通運(yùn)輸廳科技項(xiàng)目（2016-121-038）

2016-02-23