■　余支福（福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，福州　350001）

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基于沖擊彈性波法的預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用

■余支福
（福建省交通建設(shè)質(zhì)量安全監(jiān)督局，福州350001）

摘要本文介紹了預(yù)應(yīng)力橋梁孔道灌漿密實(shí)度檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，基于沖擊彈性波法檢測(cè)技術(shù)的方法原理及其工程驗(yàn)證，并總結(jié)了該檢測(cè)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化檢測(cè)過程及其應(yīng)用。

關(guān)鍵詞沖擊彈性波橋梁孔道灌漿密實(shí)度檢測(cè)

1　前言

隨著我國公路橋梁建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁已在我國橋梁建設(shè)中占據(jù)主導(dǎo)地位。然而，因施工過程控制及施工管理的因素，預(yù)應(yīng)力孔道壓漿會(huì)存在不密實(shí)的現(xiàn)象，其不僅對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的耐久性有很大的影響，而且對(duì)橋梁的即時(shí)承載力也有相當(dāng)?shù)挠绊懀瑢?duì)于沿海以及潮濕地區(qū)灌漿缺陷的危害更為顯著。近年來，國內(nèi)大部分監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)意識(shí)到預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實(shí)度的重要性，應(yīng)用檢測(cè)技術(shù)對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實(shí)度開展檢查工作。目前，我省應(yīng)用了基于沖擊彈性波法檢測(cè)技術(shù)對(duì)部分在建項(xiàng)目開展預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實(shí)度檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)采取該項(xiàng)無損檢測(cè)技術(shù)手段對(duì)工程施工質(zhì)量有很好的促進(jìn)作用，進(jìn)一步深化了我省交通建設(shè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化管理內(nèi)涵。

2　孔道灌漿密實(shí)度測(cè)試技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

長期以來，針對(duì)預(yù)應(yīng)力梁孔道灌漿施工質(zhì)量的測(cè)試方法，國內(nèi)外研究人員開發(fā)了多種方法，按測(cè)試所采用的媒介來分，大致可以分為：（1）基于電磁波的檢測(cè)方法（如電磁雷達(dá)）。該方法有許多學(xué)者進(jìn)行了研究。由于電磁雷達(dá)受鋼筋影響大、適用范圍窄、對(duì)缺陷不敏感、測(cè)試精度低；（2）基于超聲波的檢測(cè)方法。從理論上，利用灌漿缺陷對(duì)波速的影響，采用對(duì)測(cè)的方法可以檢測(cè)灌漿缺陷，國內(nèi)也有學(xué)者從事這方面的研究和實(shí)踐。但需要從板的兩側(cè)面對(duì)測(cè)，而且需要耦合，因此作業(yè)性差，效率很低，難以實(shí)用；（3）基于放射線（X光、伽馬射線、銥192等）的檢測(cè)方法。該方法的檢測(cè)精度較高，但由于測(cè)試設(shè)備復(fù)雜、具有放射性、且檢測(cè)成本高，在國內(nèi)基本上沒有得到應(yīng)用；（4）基于沖擊彈性波的檢測(cè)方法。該方法被認(rèn)為是最有前途的方法，可分為兩類：基于孔道兩端穿透的方法、基于反射的沖擊回波法（IE）。

在我省部分項(xiàng)目應(yīng)用的灌漿密實(shí)度測(cè)試方案則是以沖擊彈性波為檢測(cè)媒介，綜合了國內(nèi)外及我省實(shí)際項(xiàng)目測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，根據(jù)不同檢測(cè)對(duì)象工況開展基于沖擊彈性波的定性和定位測(cè)試，其最大的特點(diǎn)在于既可以快速定性測(cè)試，也能夠?qū)τ袉栴}的管道進(jìn)行缺陷定位，從而達(dá)到了測(cè)試效率和精度的最優(yōu)化。

3　孔道灌漿密實(shí)度檢測(cè)方法原理及工程驗(yàn)證

3.1檢測(cè)方法原理

為了準(zhǔn)確測(cè)試縱向預(yù)應(yīng)力梁管道（雙端錨頭露出）的灌漿缺陷，同時(shí)兼顧測(cè)試效率，項(xiàng)目檢測(cè)中采用基于沖擊彈性波的多種方法進(jìn)行測(cè)試，各方法的適用測(cè)試工況如表1所示。

表1　各檢測(cè)方法適用的測(cè)試工況

（1）定性測(cè)試：利用錨索兩端露出的鋼絞線進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試效率高。由于空洞等缺陷通常發(fā)生在孔道的上方，因此通常只需測(cè)試最上方的鋼絞線即可。在一次測(cè)試過程中，可同時(shí)完成上述四種方法（FLEA、FLPV、PFTF、LAEA）的測(cè)試。定性測(cè)試示意圖如圖1。

圖1　定性測(cè)試示意圖

（2）定位測(cè)試：沿著管道的正上方，沿著波紋管走向?qū)艿赖膲簼{情況以掃描的形式連續(xù)測(cè)試（激振和受信），通過反射信號(hào)的特性測(cè)試管道內(nèi)灌漿的狀況（如圖2）。同時(shí)為了準(zhǔn)確的判定，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的情況，在測(cè)線上方的混凝土結(jié)構(gòu)位置也布置相同測(cè)線，以便準(zhǔn)確的對(duì)壓漿情況進(jìn)行判定。

圖2　灌漿密實(shí)度的定位測(cè)試

根據(jù)預(yù)應(yīng)力梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，建議注漿密實(shí)度檢測(cè)采用定位檢測(cè)為主，采用的測(cè)試方法為沖擊回波等效波速法（IEEV）（原理圖見圖3）。測(cè)試儀器采用預(yù)應(yīng)力混凝土梁多功能檢測(cè)儀，其測(cè)試時(shí)通過彈性波的傳播、反射特性，對(duì)預(yù)應(yīng)力梁的孔道注漿密實(shí)度進(jìn)行定位檢測(cè)，IEEV法利用在波紋管上部激振時(shí)，根據(jù)彈性波的反射特性來判斷缺陷的具體位置，當(dāng)管道注漿存在缺陷時(shí)：①激振的彈性波在缺陷處會(huì)產(chǎn)生反射；②激振的彈性波從梁底部反射回來所用的時(shí)間比注漿密實(shí)的地方為長，即用梁長得到的等效波速慢。

圖3　沖擊回波法測(cè)試原理圖

3.2工程驗(yàn)證

筆者在工作中采用上述測(cè)試技術(shù)對(duì)我省部分現(xiàn)場(chǎng)工程進(jìn)行了檢測(cè)和驗(yàn)證。以下為一個(gè)較為典型的案例：檢測(cè)對(duì)象為我省高速公路某標(biāo)段預(yù)制30mT型梁負(fù)彎矩，主要針對(duì)孔道灌漿密實(shí)度進(jìn)行了定位檢測(cè)和驗(yàn)證，具體測(cè)試結(jié)果及驗(yàn)證情況如下：

在灌漿正常處孔道進(jìn)行標(biāo)定，經(jīng)測(cè)算其標(biāo)定位置板厚為20cm，其標(biāo)定基準(zhǔn)波速取4km/s。所檢測(cè)的位置負(fù)彎矩管道均為直徑5.5cm的鐵皮波紋管，測(cè)試位置的板厚為17.35cm，由于厚度取各自圖紙?jiān)O(shè)計(jì)厚度，且每個(gè)孔道的厚度無變化，以延遲5％以上作為判定缺陷的依據(jù)。根據(jù)圖4測(cè)試的數(shù)據(jù)分析形成的云圖分析，其反射時(shí)間滯后較多，故判定該孔道存在較大注漿缺陷，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)鉆孔方式驗(yàn)證確認(rèn)該段需要補(bǔ)漿處置。

圖4　彈性波反射云圖

4　檢測(cè)工作的規(guī)范化

為進(jìn)一步促進(jìn)我省公路橋梁預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量管控，加強(qiáng)事后檢測(cè)手段，筆者按照參與項(xiàng)目的測(cè)試情況總結(jié)了預(yù)應(yīng)力梁的檢測(cè)工作相關(guān)流程和規(guī)范化測(cè)試工作，從而促進(jìn)我省公路建設(shè)項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力橋梁施工檢測(cè)新技術(shù)應(yīng)用。

檢測(cè)考慮到效率和準(zhǔn)確性，筆者建議優(yōu)先采用定位檢測(cè)，當(dāng)定位檢測(cè)條件受限時(shí)再使用定性檢測(cè)方法；當(dāng)然，如果用于普查或灌漿質(zhì)量問題排查，考慮到測(cè)試的高效率，可以采用定性檢測(cè)方法，檢測(cè)的一般工作流程見圖5。

圖5　測(cè)試工作流程

4.1測(cè)試前準(zhǔn)備

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)，主要把握以下幾項(xiàng)工作：（1）掌握了解測(cè)試對(duì)象孔道布置施工圖紙；（2）測(cè)試過程中需記錄清楚對(duì)象編號(hào)、孔道編號(hào)等能說明測(cè)試區(qū)域準(zhǔn)確位置的信息；（3）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試對(duì)象的表面應(yīng)較為平整，無浮漿、其他異物等影響振動(dòng)信號(hào)因素；（4）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的波紋管位置定位畫線要確定。

4.2檢測(cè)對(duì)象和位置

（1）預(yù)制梁

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在后張法預(yù)應(yīng)力梁的腹板孔道中，以下部位出現(xiàn)注漿不密實(shí)的可能性較大。因此，對(duì)于縱、橫向波紋管，其缺陷往往在管的上部，當(dāng)然管壁下外側(cè)與混凝土間也有可能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。此外，當(dāng)注漿料發(fā)生初凝，以及注漿壓力機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，注漿缺陷可能會(huì)大面積出現(xiàn)?，F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試預(yù)制梁時(shí)，重點(diǎn)測(cè)試上述易發(fā)生缺陷問題點(diǎn)。詳見缺陷部位示意圖。

圖6　缺陷部位示意圖

（2）現(xiàn)澆梁和連續(xù)剛構(gòu)

在先簡后連的連接段、W型連續(xù)梁的反彎點(diǎn)、注漿口等容易出現(xiàn)注漿缺陷的部位，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行定位檢測(cè)。

4.3檢測(cè)頻率

具體檢測(cè)數(shù)量一般以每批次的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際抽檢為準(zhǔn)，若無具體要求時(shí)可參照以下原則抽檢：預(yù)制梁正彎矩區(qū)按梁片數(shù)量的1％～3％；負(fù)彎矩區(qū)按孔道數(shù)量的10％～20％；現(xiàn)澆梁和連續(xù)剛構(gòu)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際抽檢情況確定頻率。若檢測(cè)對(duì)象中有15％不合格時(shí)，應(yīng)加倍檢測(cè)；若檢測(cè)對(duì)象中有30％不合格時(shí)應(yīng)全橋檢測(cè)。

4.4測(cè)點(diǎn)布置和間距

對(duì)孔道全長進(jìn)行定位檢測(cè)時(shí)，測(cè)點(diǎn)間距一般取0.2m；對(duì)易發(fā)生注漿缺陷位置進(jìn)行定位檢測(cè)時(shí)，測(cè)點(diǎn)間距可取0.1～0.2m。

4.5檢測(cè)時(shí)間及報(bào)告

在注漿至少7d以后進(jìn)行檢測(cè)，冬季施工應(yīng)當(dāng)在至少10d以后進(jìn)行檢測(cè)為宜。一般在現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)后的一周內(nèi)宜提供有質(zhì)量較大缺陷給相關(guān)方，這樣確保測(cè)試的有足夠的數(shù)據(jù)分析時(shí)間且又不影響工程的總體施工進(jìn)度。

4.6缺陷分類及驗(yàn)證方法

根據(jù)反射信號(hào)及等效速度的特點(diǎn)，利用IEEV法能夠檢測(cè)缺陷的位置和缺陷類型，一般對(duì)缺陷的類型定義如表2：

表2　缺陷的類型與定義

根據(jù)缺陷的類型、規(guī)模和長度，筆者結(jié)合項(xiàng)目實(shí)踐，提出如下處理建議：（1）對(duì)于松散型（注漿料強(qiáng)度和剛性較低，較為松散，但仍保持連續(xù)性，對(duì)鋼絞線能起到保護(hù)作用），此類型缺陷一般不必處理。（2）對(duì)于空洞型（有空洞，容易侵入空氣和水），此類型缺陷可采取鉆孔二次注漿處理。缺陷處理較為方便，采用材料可以根據(jù)情況選用原配漿料、環(huán)氧樹脂材料、聚氨酯材料等。

驗(yàn)證檢測(cè)考慮到成本與對(duì)梁的破壞性，首選鉆孔和內(nèi)窺鏡結(jié)合的方法，該方法破壞性小成本低，而且結(jié)果直觀。因此，當(dāng)檢測(cè)方和被檢方對(duì)測(cè)試結(jié)果出現(xiàn)爭(zhēng)議時(shí)，應(yīng)對(duì)測(cè)試存在疑問區(qū)域進(jìn)行開孔驗(yàn)證（可以使用25～32mm的水鉆進(jìn)行鉆孔驗(yàn)證，同時(shí)鉆孔也可用于缺陷補(bǔ)漿），以確保測(cè)試結(jié)果的可靠性。一般針對(duì)開孔位置，采取目視、穿絲掛鉤方式或內(nèi)窺鏡觀察的方法進(jìn)行判定。

5　結(jié)語

從該項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用效果看，目前研究開展的預(yù)應(yīng)力管道密實(shí)度檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用已較為成熟可靠，其檢測(cè)技術(shù)直觀且檢測(cè)位置缺陷也容易得到驗(yàn)證，預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量得到普遍提升。結(jié)合交通運(yùn)輸部提出打造品質(zhì)工程推廣應(yīng)用此項(xiàng)檢測(cè)技術(shù)，對(duì)促進(jìn)全省在建項(xiàng)目預(yù)應(yīng)力梁施工精細(xì)化管理，進(jìn)一步提高我省交通建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化管理有其積極意義。