田源

摘 要：預(yù)應(yīng)力管道注漿飽滿度直接影響預(yù)應(yīng)力筋的傳力效果及預(yù)制箱梁使用的耐久性，為有效控制預(yù)制箱梁管道注漿病害發(fā)生，實現(xiàn)箱梁預(yù)應(yīng)力管道注漿飽滿度精細定位檢測，本文結(jié)合四川長江工業(yè)園區(qū)工程實際及箱梁預(yù)應(yīng)力管道注漿相關(guān)特點，開展箱梁預(yù)應(yīng)力管道注漿飽滿度精細定位檢測及質(zhì)量控制關(guān)鍵技術(shù)研究。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力管道;注漿飽滿度;精細定位檢測

中圖分類號：U445.4 文獻標識碼：A

1 背景

隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的飛速發(fā)展，公路建設(shè)事業(yè)也迎來了前所未有的迅猛發(fā)展，特別是高速公路建設(shè)。橋梁工程作為公路建設(shè)的重要組成部分也獲得了相應(yīng)的發(fā)展突破，近些年，大量的跨越大江、大河甚至海峽的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁相繼修建，其數(shù)量在我國大、中跨徑橋梁中占了較高比重。

要確保預(yù)應(yīng)力鋼絞線在橋梁使用過程中長期發(fā)揮作用，孔道壓漿質(zhì)量是重要的影響因素，對公路橋梁預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的耐久性起關(guān)鍵性作用。預(yù)應(yīng)力管道通過壓漿技術(shù)，采用漿體包裹預(yù)應(yīng)力筋，從而使預(yù)應(yīng)力筋與梁體混凝土更好的粘結(jié)并發(fā)揮作用;另外，通過漿體的包裹，對預(yù)應(yīng)力筋也起到一定的保護作用。然而由于各種各樣的原因，如果壓漿不密實，隨空氣將進入預(yù)應(yīng)力管道，使得梁體預(yù)應(yīng)力材料發(fā)生腐蝕，造成有效預(yù)應(yīng)力降低，嚴重時會導致預(yù)應(yīng)力材料的斷裂，從而極大影響橋梁的耐久性與安全性。此外孔道壓漿質(zhì)量缺陷還將導致混凝土預(yù)應(yīng)力集中，進而改變梁體的受力狀態(tài)，從而影響橋梁的承載能力和使用壽命。

近年來我國修建了大量的大、中跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁，預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量作為影響橋梁耐久性的重要因素，壓漿不密實問題已成公路橋梁建設(shè)的質(zhì)量通病，為確保橋梁的耐久性與安全性，開展預(yù)應(yīng)力壓漿飽滿度精細化控制及檢測技術(shù)研究迫在眉睫。

2 國內(nèi)外同類技術(shù)對比

探地雷達檢測的基本原理是通過發(fā)射高頻電磁波，電磁波遇到介電常數(shù)的不同介質(zhì)時，反射回波，根據(jù)接收反射回波的時間和形式，確定反射介質(zhì)頂面的距離及反射介質(zhì)的性質(zhì)，其儀器組成、工作原理及檢測方法基本相似甚至相同，其二維和三維探測效果如圖1和圖2。目前國外的探地雷達可滿足對一定深度范圍內(nèi)目標體的宏觀存在狀態(tài)控制，對細觀結(jié)構(gòu)的識別則需要較高質(zhì)量的采集信號和后期處理。相比于國外，國內(nèi)的地質(zhì)雷達后期處理軟件功能較強，但是信號采集質(zhì)量是成功解釋目標體的根本因素，因此國產(chǎn)探地雷達信號采集及傳輸過程中的抗干擾能力需進一步提高。

預(yù)應(yīng)力混凝土梁多功能檢測儀（SPC-MATS）采用沖擊彈性波作為測試媒介，其探測效果圖如圖3，其檢測精度能夠滿足工程要求，已在國內(nèi)外多個橋梁工程檢測中得到了實際應(yīng)用。該儀器可以快速定性測試，對于病害的二維圖像顯示比較精確，但是在工程實際中，由于事先并不知道病害的準確位置，所以準確定位病害顯得非常重要，該儀器對于病害的準確定位這一環(huán)節(jié)就顯得非常薄弱，需要對很多位置進行探測，探測效率相對低下。歐美等發(fā)達國家相關(guān)專家學者均在對不同介質(zhì)中應(yīng)力波傳播路徑及計算公式進行分析和研究。

3 預(yù)應(yīng)力管道注漿飽滿度精細定量化檢測關(guān)鍵技術(shù)研究

為有效控制預(yù)制箱梁管道注漿病害發(fā)生，采用有傳導電流項的Maxwell方程來進行探地雷達正演，同時用無網(wǎng)格法無網(wǎng)格依賴性的特征，以便能更精確的刻畫預(yù)應(yīng)力混凝土管內(nèi)注漿病害的精細邊界、高梯度和高奇異波場突變問題特征的波形。

3.1 預(yù)應(yīng)力混凝土注漿病害二維物理模型試驗

設(shè)計預(yù)應(yīng)力混凝土注漿病害（不規(guī)則邊界、不規(guī)則脫空，脫空后充水）物理模型，對模型進行探地雷達二維探測，通過對比研究分析其粗糙面、病害的奇異邊界對探地雷達（GPR）探測以及孔道灌漿密實度質(zhì)量檢測儀（SBA-HTF）的影響，揭示病害在不同剖面下的圖譜特征，同時對探地雷達的二維探測結(jié)果進行三維處理，生成三維圖像，可以達到精確定位病害的具體位置（三維坐標內(nèi)的x，y，z具體坐標），為驗證數(shù)值模擬的有效性和現(xiàn)場檢測結(jié)果的判讀提供圖譜依據(jù)。

3.2 介質(zhì)非均勻性的波動方程無網(wǎng)格法形狀函數(shù)構(gòu)造

根據(jù)無網(wǎng)格法所使用的計算模型不同，無網(wǎng)格法可分為三類：①基于配點的無網(wǎng)格法，包括無網(wǎng)格Vortex法、基于任意網(wǎng)格的差分法和hp-云法各種形式的配點法;②基于弱式的無網(wǎng)格法，如自由單元伽遼金法、無網(wǎng)格點差值法、多尺度再生核質(zhì)點法、小波質(zhì)點法和基于邊界積分方程無網(wǎng)格法等;③基于積分弱式和配點結(jié)合的無網(wǎng)格法。在這些無網(wǎng)格法中有的需要背景網(wǎng)格，有些完全不需要網(wǎng)格，各種方法都有各自的優(yōu)缺點，適應(yīng)不同的特定問題，而面對預(yù)應(yīng)力混凝土注漿病害的探地雷達正演模擬，也需構(gòu)造更適合該問題本身的無網(wǎng)格法，以提高計算的效率和速度，一個理想的無網(wǎng)格形狀函數(shù)構(gòu)造法應(yīng)滿足：

（1）對任意分布的場點和不規(guī)則點的適應(yīng)性。

（2）應(yīng)具有局部點近似的局部性，以便產(chǎn)生一帶狀矩陣，以提高求解效率，適合于三維正演及復雜問題的分析。

（3）為保證無網(wǎng)格法收斂，形狀函數(shù)應(yīng)滿足一定的再生性和協(xié)調(diào)性的要求。

（4）盡可能滿足本質(zhì)邊界條件。

3.3 預(yù)應(yīng)力混凝土注漿病害物理模型無網(wǎng)格法處理與正演模擬實現(xiàn)

無網(wǎng)格法正演模擬的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)包括計算矩陣的高效求解、模型邊界條件引入和正演軟件的開發(fā)等。

（1）稀疏矩陣的存儲方式研究：無網(wǎng)格法在布置節(jié)點時，可在病害和邊界部位適當加密結(jié)點，在變化較緩的地方減少結(jié)點，從而提高正演模擬的計算精度和計算效率。

（2）模型吸收邊界條件研究：與傳統(tǒng)有限元法一樣，無網(wǎng)格法吸收邊界的處理是十分重要的，吸收邊界條件的好壞直接影響無網(wǎng)格計算的精確度。但無網(wǎng)格法對吸收邊界的處理相對困難，目前常將有限元與無網(wǎng)格的耦合辦法來處理吸收邊界條件，雖然利用了有限元法的成熟性和無網(wǎng)格法的獨特優(yōu)勢，但這種方法也有些不足之處，因此深入研究完全符合無網(wǎng)法特點的預(yù)應(yīng)力混凝土注漿病害吸收邊界條件，將會是無網(wǎng)格法應(yīng)用到探地雷達正演模擬的一個重點。

（3）開發(fā)基于橋梁預(yù)應(yīng)力混凝土注漿病害的探地雷達無網(wǎng)格法正演模擬程序：運用MATLAB語言編寫基于無網(wǎng)格法的探地雷達二維正演模擬程序，對各個關(guān)鍵算法和流程進行優(yōu)化、組合，突出解決形狀函數(shù)的構(gòu)造和邊界條件引入、計算矩陣的高效存貯與快速求解技術(shù)和精度控制方案等關(guān)鍵技術(shù)，用數(shù)值模擬結(jié)果與物理模擬結(jié)果相比較，驗證無網(wǎng)格法算法的適用性與有效性。同時通過分病害模型的正演結(jié)果，加深探地雷達對不同類型病害反射剖面的認識，提高缺陷判定的可靠性和解釋精度，而且正確正演模擬結(jié)果亦是驗證反演算法的正確性的可靠依據(jù)。

4 結(jié)語

本文在總結(jié)國外相關(guān)技術(shù)特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合國內(nèi)在役預(yù)應(yīng)力橋梁的現(xiàn)狀，采用探地雷達無損檢測技術(shù)與沖擊回波法相結(jié)合的方式，對預(yù)應(yīng)力孔道注漿密實度進行高效快速、高準確率、高分辨率等特點無損聯(lián)合檢測技術(shù)，然后通過一些修復處理方式，比如新型樹脂材料等，不僅可以快速排除預(yù)應(yīng)力孔道注漿不密實帶來的安全隱患，還可以起到及時保護預(yù)應(yīng)力鋼絞線不被腐蝕和銹斷的作用。該技術(shù)的研究填補了我國在該領(lǐng)域的技術(shù)空白，在運營橋梁預(yù)應(yīng)力孔道注漿密實度缺陷檢測和修復中將得到廣泛的應(yīng)用，有著廣闊的應(yīng)用前景，并將產(chǎn)生一定的社會及經(jīng)濟效益。

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