宋景景

(浙江交科工程檢測有限公司，杭州 311200)

引言

后張法預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁由于其卓越的性能和經(jīng)濟性，得到了極其廣泛的應(yīng)用。目前，國內(nèi)的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁占了中跨徑橋梁的90%以上［1］。近年來，國內(nèi)出現(xiàn)了多例橋梁垮塌的事故，造成了重大的人員傷亡以及財產(chǎn)損失。

鋼絞線處于潮濕的環(huán)境中，在張力的作用下容易產(chǎn)生銹蝕。因此對鋼絞線的包裹和保護成為決定預(yù)應(yīng)力橋梁耐久性的關(guān)鍵性因素之一。由于預(yù)應(yīng)力孔道壓漿是內(nèi)部壓漿，屬于隱蔽工程，其施工好壞無法直觀判斷，當(dāng)存在孔道壓漿缺陷時，外界潮濕空氣進(jìn)入使得處于高度張拉狀態(tài)的鋼絞線極易發(fā)生腐蝕，造成有效預(yù)應(yīng)力降低，從而極大地影響橋梁的耐久性、安全性。同時，壓漿質(zhì)量缺陷還會導(dǎo)致混凝土應(yīng)力集中，致使橋梁的承載力降低。因此，對孔道壓漿缺陷的檢測成為保證預(yù)應(yīng)力橋梁質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。本文從現(xiàn)有的幾種檢測方法入手，分析它們各自的優(yōu)缺點，并著重對沖擊彈性波法進(jìn)行研究，同時對該方法在實際應(yīng)用中的可靠性進(jìn)行驗證［2］。

1 預(yù)應(yīng)力孔道壓漿缺陷現(xiàn)狀

位于英國威爾士的一座建成有28年的橋梁Ynys-Gwas由于預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不飽滿突然發(fā)生倒塌，引起了各國橋梁工程界對預(yù)應(yīng)力孔道壓漿的高度重視［3-4］。我國從1950年開始對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁進(jìn)行研究試驗，此后預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)得到了廣泛的應(yīng)用，而孔道壓漿的質(zhì)量好壞直接影響混凝土結(jié)構(gòu)的安全性及耐久性。1995年，建成6年的廣州海印大橋南塔邊跨西側(cè)15號索突然墜落，經(jīng)鑒定為頂部在密閉條件下灌漿不凝固;上海恒豐路一座獨塔斜拉橋，在對其進(jìn)行拉索檢測時發(fā)現(xiàn)索內(nèi)存在空穴，最嚴(yán)重的空穴長達(dá)7 m，對灌漿施工的過程進(jìn)行分析，表明這些空穴是由于灌漿不飽滿造成［5-7］。

預(yù)應(yīng)力孔道灌漿結(jié)構(gòu)的橋梁的拉索設(shè)計壽命均大于30 a，但實際使用均未達(dá)到設(shè)計壽命，其原因都是后張法預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實問題而引起，2001年交通部將預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實問題列為公路橋梁建設(shè)中十大質(zhì)量通病之一［7-9］。

對于連續(xù)剛構(gòu)橋，由于其跨度大，預(yù)應(yīng)力管道長度較長，因而預(yù)應(yīng)力施工難度也較大，加上一些人為因素使得連續(xù)剛構(gòu)橋的預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實的問題廣泛存在。

2 基于沖擊彈性波的壓漿密實度檢測方法

管道壓漿密實度檢測，按檢測所應(yīng)用的媒介分，主要包括［10］:

(1)鉆芯、鉆孔檢測法

該方法由于其客觀性強，其作用無法替代。屬于局部破損方法，其效率低、費用較高、容易對構(gòu)件及預(yù)應(yīng)力鋼束造成損傷，不適合大面積使用。

(2)基于放射線(X光、伽瑪射線、中子等)的檢測方法

該方法測試優(yōu)點為成像直觀。分辨力較高。但設(shè)備龐大，測試費用高，效率低且具有一定的危險性。

(3)基于電磁波的檢測方法(如電磁雷達(dá))

該方法無法適用于鐵皮波紋管，受結(jié)構(gòu)配筋影響大，漏測現(xiàn)象十分普遍。

(4)基于超聲波的方法

該方法對發(fā)射和接收探頭的相對位置及接觸面要求嚴(yán)格，測試費時，不適用于接收探頭進(jìn)入的結(jié)構(gòu)(如箱梁)，受混凝土與鐵皮波紋管及鋼筋的界面干擾影響。

(5)沖擊彈性波法

在預(yù)應(yīng)力管道灌漿檢測中，沖擊彈性波法在梁板側(cè)壁或底部測試所采用的方法為沖擊回波法(Impact Echo，簡稱 IE 法)。

吳佳曄等研究者在IE法的基礎(chǔ)上，結(jié)合沖擊彈性波在傳播、反射中的現(xiàn)象，提出等效波速沖擊回波法(IEEV)，進(jìn)一步提高了對缺陷的分辨力，并應(yīng)用在國內(nèi)數(shù)十個檢測工程中?；跊_擊彈性波的壓漿密實度缺陷檢測技術(shù)是目前較為理想的檢測技術(shù)。

對在役連續(xù)橋梁，需要確定管道的位置，垂直于預(yù)應(yīng)力鋼束，利用小錘在梁板的側(cè)面或頂面混凝土表面敲擊，采集激振后的彈性波信號，沿著管道走向進(jìn)行激振并受信。測試方法如圖1所示。

圖1 測試示意圖

當(dāng)管道壓漿存在缺陷時:(1)彈性波在缺陷處發(fā)生反射;(2)信號繞過缺陷導(dǎo)致信號反射時間變長，等效波速慢。因此可根據(jù)波紋管缺陷處的反射信號的有無和底部反射是否延時來判斷缺陷的有無和范圍(圖2)。

圖2 彈性波反射路徑示意圖

3 工程應(yīng)用實例

3.1 工程概況

被測對象為浙江某高速在役連續(xù)梁剛構(gòu)的匝道橋，被測管道長度約135 m，波紋管為塑料管。被測部位位于該聯(lián)第1跨，距離行車方向后方橋墩距離約13 m。本次總共測試4根管道的4個區(qū)域，每個區(qū)域長度約5 m。

3.2 測點布置

根據(jù)設(shè)計圖紙，結(jié)合混凝土雷達(dá)，對波紋管位置進(jìn)行掃描定位，找出被測管道位置。以20 cm間距，沿管道走向在梁底板進(jìn)行測點布置。

3.3 檢測結(jié)果

經(jīng)過現(xiàn)場檢測并分析，發(fā)現(xiàn)1處不密實情況(表1)，對應(yīng)的檢測結(jié)果如圖3所示。

表1 測試結(jié)果

3.4 結(jié)果驗證

用直徑為20 mm的沖擊鉆，對該梁不密實區(qū)進(jìn)行鉆孔驗證，同時為了驗證測試的精準(zhǔn)度，對測試結(jié)果顯示為密實的管道，也進(jìn)行開孔驗證。

圖3 管道檢測結(jié)果圖

在對NO4管道鉆孔時，明顯感覺鉆頭突然鉆進(jìn)約3 cm。開孔后，利用鐵絲插入其中，確定不密實及空洞情況。NO1～NO4開孔后的結(jié)果如圖4所示。

4 結(jié)束語

當(dāng)預(yù)應(yīng)力管道的壓漿不密實時，導(dǎo)致鋼絞線過度銹蝕，進(jìn)而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力損失，對橋梁結(jié)構(gòu)耐久性和承載力影響較大。壓漿質(zhì)量與施工工藝、灌漿料和配合比等有關(guān)，其中任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，都會導(dǎo)致壓漿不密實。特別是連續(xù)剛構(gòu)橋，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，更容易出現(xiàn)灌漿不密實的情況。因此，對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿質(zhì)量的控制，應(yīng)通過有效的檢測手段對施工質(zhì)量進(jìn)行控制，對出現(xiàn)壓漿不密實的管道進(jìn)行二次壓漿，確保工程質(zhì)量。經(jīng)過本次的現(xiàn)場測試及驗證，進(jìn)一步證明了基于沖擊彈性波的測試方法在測試孔道壓漿質(zhì)量檢測方面的可靠性，為施工質(zhì)量提供可靠的技術(shù)保障。

圖4 管道驗證結(jié)果圖

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