鐘輝武，江茂盛，鐘建國，吳佳曄

基于沖擊彈性波檢測預應力孔道壓漿質(zhì)量的評價體系研究

鐘輝武1,2，江茂盛1,2，鐘建國1,2，吳佳曄3

（1.廣東省交通規(guī)劃設(shè)計研究院股份有限公司，廣東廣州510507；2.廣東盛翔交通工程檢測有限公司，廣東廣州511400；3.四川升拓檢測技術(shù)有限責任公司，四川成都610072）

國內(nèi)外多家機構(gòu)都對孔道壓漿密實度檢測進行了相關(guān)研究，但是各種檢測方法都具有一定的局限性，大部分并不適合應用于孔道壓漿質(zhì)量的檢測。目前，檢測預應力孔道壓漿質(zhì)量最有發(fā)展前景的方法是基于沖擊彈性波。文中建立了基于定性檢測的壓漿質(zhì)量評價標準及基于定位檢測的壓漿質(zhì)量評價標準，提出了沖擊彈性波檢測預應力孔道壓漿質(zhì)量及評價結(jié)果出現(xiàn)爭議時的解決辦法，為孔道壓漿密實度檢測定量分析評價提供參考。

沖擊彈性波；孔道壓漿質(zhì)量；檢測；評價體系

0 引言

隨著我國公路橋梁建設(shè)事業(yè)的快速發(fā)展，預應力混凝土橋梁已在我國橋梁建設(shè)中占據(jù)主導地位，橋梁建設(shè)延米數(shù)幾乎以每年10%的速度高速增長，且這個統(tǒng)計數(shù)據(jù)還不包括鐵路橋梁和地方市政橋梁[1]。

在工程施工過程中難免會存在質(zhì)量事故，在對預應力孔道進行注漿過程中，會存在不密實現(xiàn)象。然而，灌漿不密實不僅對預應力混凝土橋梁的耐久性有很大的影響，而且對橋梁的即時承載力也有相當?shù)挠绊憽Ｒ虼?，行業(yè)規(guī)程、設(shè)計均要求壓漿飽滿，不得存在缺陷。但是，由于現(xiàn)場施工水平、材料水平的限制，很難完全消除壓漿缺陷，從而造成了突出的矛盾。同時，在檢測工作中，評分標準及評價體系尚未配套，在實際應用中也產(chǎn)生了不便。

因此，筆者首先收集了多個檢測工程的樣本，統(tǒng)計了不同施工工藝中出現(xiàn)壓漿缺陷的概率，在此基礎(chǔ)上提出了基于無損檢測結(jié)果的評價體系。

1 基于沖擊彈性波的壓漿密實度無損檢測技術(shù)原理[2]

基于沖擊彈性波的壓漿密實度無損檢測方法包括快速定性檢測和缺陷定位檢測。

定性檢測：利用露出的錨索，在一端激發(fā)信號，另一端接收信號。通過分析在傳播過程中信號的能量、頻率、波速等參數(shù)的變化，從而定性地判斷該孔道壓漿質(zhì)量的優(yōu)劣。該方法測試效率高，但測試精度和對缺陷的分辨力較差，一般適用于對漏灌、管道堵塞等壓漿事故的檢測。

定位檢測：沿孔道軸線的位置，逐點進行激振和接收信號。通過分析激振信號從波紋管以及對面梁側(cè)反射信號的有無、強弱、傳播時間等特性，來判斷測試點下方波紋管內(nèi)缺陷的有無及形態(tài)。該方法檢測精度高、分辨力強，適用范圍較廣，目前使用最多。但該方法耗時較長，且受波紋管位置影響較大。

2 基于檢測結(jié)果的壓漿質(zhì)量評價

2.1 壓漿質(zhì)量評價指標[3]

2.1.1 定性檢測的評價指標

為了定性測試的結(jié)果定量化，引入了綜合壓漿指數(shù)。當壓漿飽滿時，If=1；而完全未灌時，If=0。因此，定性檢測的各方法（FLEA、FLPV、PFTF）可得到相應的壓漿指數(shù)IEA（全長衰減），IPV（全長波速）和ITF（傳遞函數(shù)）。同時，綜合壓漿指數(shù)可以定義為：

只要某一項的壓漿指數(shù)較低，綜合壓漿指數(shù)就會有較明顯的反映。

2.1.2 定量檢測的評價指標

為了定位測試的結(jié)果量化，引入了壓漿密實度指數(shù)D。當壓漿飽滿時，D=1；而完全未灌時，D=0。

其中，N為定位測試的點數(shù)；β為測點的壓漿狀態(tài)，即良好：1，小規(guī)?？斩矗?.5，大規(guī)?？斩矗?。上式也可改寫成：

其中，NJ代表健全測點數(shù)；

NX代表小空洞測點數(shù)；

ND代表大空洞測點數(shù)；

N為總測點數(shù)，有N=NJ+NX+ND。

2.2 壓漿質(zhì)量現(xiàn)場統(tǒng)計（定性檢測）

結(jié)合在數(shù)個工程上的試驗結(jié)果，對定性檢測的壓漿密實度指數(shù)進行了統(tǒng)計，推定得出以下經(jīng)驗結(jié)果：

(1)定性檢測目前主要用于預制梁；對于現(xiàn)澆梁，定性檢測的應用較少。

(2)對于未壓漿孔道，定性檢測的綜合壓漿指數(shù)If均趨近于0。

(3)對于絕大多數(shù)正常施工的孔道，綜合壓漿指數(shù)If均在0.88～0.99之間。

(4)當If在0.80以下時，經(jīng)驗證，壓漿均出現(xiàn)明顯缺陷。

(5)當If在0.88以上時，綜合壓漿指數(shù)If與更能反映實際情況的壓漿密實度指數(shù)之間的相關(guān)性離散較大。

(6)定性檢測的綜合壓漿指數(shù)If可以用來反映是否存在漏灌、堵塞等嚴重、惡性施工事故，但用于判斷梁體質(zhì)量其分辨力不夠。

2.3 壓漿質(zhì)量現(xiàn)場統(tǒng)計（定位檢測）

在數(shù)十個工程上，對定位檢測的壓漿密實度指數(shù)進行了統(tǒng)計。預制梁的定位檢測統(tǒng)計結(jié)果（壓漿密實度指數(shù)D）見圖1，修正后現(xiàn)澆梁定位檢測統(tǒng)計結(jié)果見圖2（修正方法參照2.4節(jié)中描述）。

通過對上述檢測結(jié)果的分析，可以得到規(guī)律性的結(jié)果如下：

(1)預制梁一般質(zhì)量較好，但也有少部分梁（7%左右）壓漿質(zhì)量較差。

(2)現(xiàn)澆梁普遍壓漿質(zhì)量較差，特別是負彎矩處和先剪后連孔道的壓漿。

圖1 預制梁壓漿密實度指數(shù)分布

此外，采用壓漿密實度指數(shù)D時，要注意測點選取位置以及測點數(shù)的影響。在實際測試中，可以對孔道全長進行檢測，也可以對易于出現(xiàn)缺陷的區(qū)域進行局部抽檢。顯然，對孔道全長的檢測得到的D會高于局部抽檢得到的D值，這也可以部分解釋現(xiàn)澆梁D偏低的現(xiàn)象。

2.4 定性與定位檢測相結(jié)合

主要針對預制梁進行了定性檢測。其中，對定性檢測中發(fā)現(xiàn)問題的梁體進行了定位檢測和鉆孔驗證。

圖2 (修正后)現(xiàn)澆梁壓漿密實度指數(shù)分布

例如，對某高架橋預制箱梁進行壓漿密實度定性檢測的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)某梁N3孔道CH1端壓漿指數(shù)較低，僅為77.8%（見圖3），且其傳遞函數(shù)法CH1端的壓漿指數(shù)僅為67.3%，推斷孔道端部附近存在壓漿不密實情況。為了確定缺陷的具體位置，對CH1端進行定位檢測，測試結(jié)果見圖4。

圖3 定性測試結(jié)果

圖4 定位測試結(jié)果

為了驗證測試結(jié)果，現(xiàn)場在0.6~0.8 m的區(qū)域內(nèi)開了3個窗口進行驗證（見圖5）。從開窗結(jié)果來看，在端頭到0.8 m范圍出現(xiàn)缺陷，與定性測試結(jié)果十分吻合。

圖6是整理的定性檢測統(tǒng)計結(jié)果（綜合壓漿指數(shù)If）與定位檢測結(jié)果（壓漿密實度指數(shù)D）的相關(guān)關(guān)系。

圖5 現(xiàn)場鉆孔開窗驗證結(jié)果

圖6 綜合壓漿If~壓漿密實度指數(shù)D的相關(guān)關(guān)系

2.5 孔道壓漿質(zhì)量評價標準

2.5.1 基于定性檢測的壓漿質(zhì)量評價標準

對于長度在50 m之內(nèi)的預制梁，根據(jù)綜合壓漿指數(shù)If：

①If＜0.80：有較大的壓漿質(zhì)量缺陷，應進行定位檢測；

②If≥0.80：無較大的壓漿質(zhì)量缺陷。

對于現(xiàn)澆梁，評價標準應進行現(xiàn)場試驗后確定。

2.5.2 基于定位檢測的壓漿質(zhì)量評價標準

根據(jù)壓漿密實度指數(shù)D進行判定。但在實際的檢測工程中，檢測點的位置并不同，主要有：

①對孔道的全長（或者僅避開檢測盲區(qū)）進行檢測；

②對容易出現(xiàn)問題的部位（如預制梁的端頭、反彎點、起彎點附近，先剪后連的部分）進行局部檢測。

顯然，對孔道的全長范圍內(nèi)進行檢測得到的D值要大于局部范圍檢測得到的D值。為了修正由于測試區(qū)間不同而造成的評價結(jié)果的過大差別，引入修正壓漿密實度指數(shù)De：

其中，D為檢測區(qū)段的壓漿密實度指數(shù)；

Ld為檢測區(qū)段長度；

L0為孔道全長；

DK為當該孔道各檢測區(qū)段中，壓漿質(zhì)量較好的連續(xù)區(qū)段的壓漿密實度指數(shù)。該連續(xù)區(qū)段的長度取檢測區(qū)段的1/2。

根據(jù)修正壓漿密實度指數(shù)De，有：

①De≥0.95：良好；

②0.90≤De＜0.95：為一般（合格）；

③De＜0.90：較差（不合格）。

3 檢測及評價結(jié)果出現(xiàn)爭議時的處理

當檢測方和被檢方對測試結(jié)果出現(xiàn)爭議時，應對測試存在疑問區(qū)域進行開孔驗證，以確保測試結(jié)果的可靠性。但是，考慮到客觀性等多方面因素，在鉆孔驗證時，應該遵循以下原則：

(1)應有一定的鉆孔數(shù)量：考慮到無損檢測和鉆孔驗證各自均有一定的誤差，因此每個爭議地點的鉆孔數(shù)量應不少于3個。

(2)鉆孔口徑不宜太小。

(3)鉆孔的位置應盡量位于管道的上部。

(4)條件允許時，應從上向下鉆孔，避免從下向上鉆孔。

(5)鉆孔后宜用內(nèi)窺鏡觀察，可輔以掛鉤法，但不應僅用掛鉤法。

(6)當鉆孔后未發(fā)現(xiàn)波紋管時，表明波紋管位置與設(shè)計位置偏差過大，應按相關(guān)規(guī)定處理。

(7)當鉆孔驗證的結(jié)果有一半以上與檢測結(jié)果不符時：

檢測結(jié)果偏嚴：從理論上講，無損檢測和鉆孔驗證的方法均存在漏檢的可能性。相比而言，鉆孔驗證對于小缺陷（B、C類）漏檢的可能性更大。此時，檢測單位應對測試結(jié)果重新判定，并適當改變鉆孔位置（如略微提高，以便打到管道上部）；

檢測結(jié)果偏寬：表明檢測數(shù)據(jù)或者判定依據(jù)出現(xiàn)問題，應重新解析檢測數(shù)據(jù)，必要時重測；無有意義偏差：表明測試數(shù)據(jù)可能存在較大偏差，應重測。

(8)當鉆孔驗證的結(jié)果有一半以上與檢測結(jié)果相符時，應以檢測結(jié)果為準。

(9)當鉆孔未找到波紋管時，一方面說明施工時波紋管定位有誤；另一方面也說明混凝土可能存在澆筑缺陷（顯示為壓漿缺陷）。此時應該上下改變位置鉆孔，繼續(xù)驗證。

(10)當鉆孔后發(fā)現(xiàn)雖無空洞，但壓漿料較為松軟時，表明存在疏松型缺陷。

4 結(jié)語

(1)定性檢測的評價指標，引入了綜合壓漿指數(shù)If，當壓漿飽滿時，If=1；而完全未灌時，If=0。定性檢測的綜合壓漿指數(shù)可以用來反映是否存在漏灌、堵塞等嚴重、惡性施工事故。

(2)定量檢測的評價指標，引入了壓漿密實度指數(shù)。當壓漿飽滿時D=1；而完全未灌時，D=0。

(3)得出了基于定性檢測的壓漿質(zhì)量評價標準及基于定位檢測的壓漿質(zhì)量評價標準。

(4)給出了基于沖擊彈性波檢測預應力孔道壓漿質(zhì)量及評價結(jié)果出現(xiàn)爭議時的解決辦法。

[1]張武毅．預應力孔道灌漿密實度檢測評價技術(shù)體系的研究[J]．四川理工學院學報（自然科學版），2015，28(1).

[2]侯海元，吳進星，吳佳曄．預應力孔道壓漿密實度檢測方法應用分析[J]．西部交通科技，2013，(10)．

[3]余靖輝．BGM2000橋梁預應力管道智能注漿控制儀注漿質(zhì)量現(xiàn)場對比試驗研究[J]．公路工程，2012，37(6)．

Study on Evaluation System of Pre-stressed Pore Pressure Grouting Quality Based on Impact Elastic Wave

ZHONG Hui-wu1,2,JIANG Mao-sheng1,2,ZHONG Jian-guo1,2,WU Jia-ye3

（1.Guangdong Province Communications Planning&Design Institute Co.,Ltd.,Guangzhou 510507,China;2.Guangdong Shengxiang Traffic Engineering Testing Co.,Ltd.,Guangzhou 511400,China;3.Sichuan Shengtuo Detection Technology Co.,Ltd.,Chengdu 610072,China）

Though many related researches have been conducted on the compaction degree detection of pore pressure paste by the institutions home and abroad,these detection methods have their limitations in different degrees and most of which are not suitable for pulp quality detection of pore pressure.At present,the most promising detection method is the impact-elastic-wave-based method for pre-stressed pore pressure pulp quality.This paper,sets up the grouting quality evaluation criteria based on the qualitative detection and localization detection,puts forward the solution for settling the disputes of impact elastic wave testing of pre-stressed duct pressure pulp quality and evaluation results,which provides some reference to the relative field.

impact elastic wave;pore pressure grouting quality;detection;evaluation system

U446

A

1671-8496-(2016)-04-0024-05

2016-05-24

鐘輝武(1987-)，男，助理工程師

研究方向：橋梁檢測