基于冲击回波法的预应力管道压浆质量现场检测及验证∗

王华，李斌，谢勇，赵剑

（贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司，贵州贵阳 550000）

基于冲击回波法的预应力管道压浆质量
现场检测及验证∗

王华，李斌，谢勇，赵剑

（贵州省质安交通工程监控检测中心有限责任公司，贵州贵阳 550000）

预应力管道压浆密实性能直接影响预应力砼桥梁的使用性能、耐久性和安全性。文中运用冲击回波法对预应力管道灌浆密实度进行相关研究，结合后张法预制T梁灌浆密实度现场检测，将疑似病害区域进行剖切对比验证，检测结果吻合度较好，说明冲击回波法能准确判定管道内部压浆缺陷。

桥梁；冲击回波法；压浆质量；预应力管道

早期建设的桥梁，由于灌浆工艺及检测技术不成熟，管道压浆不密实问题十分严重。而预应力管道压浆不饱满直接影响预应力砼桥梁的使用性能、安全性及耐久性。目前国内外针对管道压浆密实度的检测技术主要有超声波法、钻芯取样法、探地雷达法、冲击回波法等，前3种方法检测手段复杂，加上压浆管道界面边界条件及压浆介质多样性，不能被很好地应用。将冲击回波法用于实际工程现场测试和分析的研究有不少，如周先雁、晏班夫等采用冲击回波法对厦门某在建桥梁的预应力管道压浆质量进行了检测和分析，得出了较准确的检测结果。该文基于冲击回波法对预应力管道灌浆密实度进行研究，验证冲击回波法压浆密实度检测的准确性。

1　冲击回波法原理

1.1定性检测

1.1.1全体灌浆性能

（1）全长衰减法（FLEA）。如图1所示，如果预应力管道压浆密实度较高，则能量在传播过程中逸散越多，衰减越大；反之，若预应力管道压浆密实度较低，则能量在传播过程中逸散较少，衰减小。该方法对能量衰减的测试误差往往较大，定性测试时采用“双方向激振技术”，以提高测试能量衰减的精度，即提高全长衰减分析灌浆指数的精度。

（2）全长波速法（FLPV）。通过测试弹性波经过

图1　全长衰减测试示意图

锚索的传播时间，结合锚索的距离计算出弹性波经过锚索的波速，通过波速的变化判断预应力管道灌浆密实度情况。随着灌浆密实度的增加波速逐渐减小，当灌浆密实度为完全密实（达到100%）时，测试的锚索的P波波速接近砼中的P波波速（如图2所示）。灌浆密实度为零时认为未灌浆，为1时认为灌浆密实。在FLPV法中，基准波速的测试是一个很重要的因素。一般来说，基准波速可取钢筋砼的波速，可在接近梁顶板的位置进行标定得到。但在采用特制压浆材料时，如果压浆材料的波速快于砼的波速，则应采用压浆材料中的波速。压浆材料的波速通过试块加以测试。

图2　全长波速法测试示意图

1.1.2端部灌浆性能

主要采用传递函数法（PFTF）测试端部压浆性能。在砼预应力梁的一端进行激振，如果接收端存在压浆不密实现象，则会在接收端产生高频振荡信号，通过对比接收端与激发段的信号频率变化，可判定锚头两端附近的缺陷情况。当预应力砼梁激振端附近的钢绞线也存在灌浆不密实现象时，激振端的传感器采集的振动信号的频率也会相应增加。

1.2定位检测

根据结构的状态，采用冲击回波等效波速法（IEEV）进行定位检测。其基本原理（如图3所示）如下：沿着预应力波纹管走向对管道的压浆情况以扫描的形式进行连续测试（采取激振和受信方式），通过反射信号的特性测试管道内部灌浆状况。同时根据现场测试情况，在测线上方的砼结构位置布置相同测线，以准确地对压浆情况进行判定（即标定）。

图3　灌浆密实度定位测试示意图

如图4（a）所示，无压浆管道的砼梁中，应力波直接传播至底部后反射回接收器，应力波行程为2倍梁厚度即2l［如图5（a）所示］，此时相应频率计算公式为：

式中：αs为截面形状系数。

如图4（b）所示，管道未压浆的砼梁中，冲击回波对应2个波峰，一个由发射器至波纹管表面至接收器，应力波行程为2d；另一个沿ABCD路径传播至底部，再经相同路径反射至接收器，此时应力波行程大于2l，频率会向低频发射漂移。

如图4（c）所示，砼预应力管道部分压浆的砼梁中，由于管道上部有空洞，冲击回波响应信号与未灌浆管道的响应类似［如图5（c）所示］，但应力波在传播过程中随着空洞位置变化，管道板厚频率和反射频率会发生变化，其计算公式如下：

如图4（d）所示，管道灌浆密实的砼梁中，一部分应力波通过管道到达底板再反射回来，应力波的传播路程为2倍板厚；另外一部分应力波在预应力筋/水泥浆界面被反射回测试面，此时的应力波反射需按照钢/砼界面来考虑，在一周期内，应力波的传播路程为4d［如图5（b）所示］，则其频率计算公式如下：

图4　不同压浆管道应力波传播路径示意图

图5　不同压浆管道情况下冲击回波响应

2　现场测试

随机抽取部分预制砼T梁进行测试。为保证试验的准确性及方便测试，首先将试验梁安放在预先准备好的台座上，保证构件与地面处于分离状态，然后对试件的砼板表面进行如下处理：

（1）将需要测试的砼板表面用砂纸或磨石打磨，清除构件表面的浮浆和灰尘，保证试件表面平整、光滑，确保测试精度及效率。

（2）将构件清洁完毕后，为保证激振信号及响应信号的稳定性，用水将测试面进行湿润处理。

（3）测试前将波纹管沿设计图纸进行放样，一般每10cm标定1点，进行定位测试。

3　冲击回波法灌浆密实度检测结果

为高效快速测出缺陷位置，定位测试选取距梁两端头3m范围（一般认为梁跨中处灌浆密实）。测试结果如表1、表2所示，对测试结果的推算分析如图6、图7所示。

表1　预应力管道灌浆定性检测结果

表2　预应力管道灌浆定位检测结果

图6　预应力管道灌浆定性检测推算分析

图7　预应力管道灌浆定位检测推算分析

4　破损检测验证

现场采取对预制梁进行切割的方式对冲击回波法检测结果进行验证，以准确判定预应力管道压浆密实度情况。

根据检测结果，对距小桩号端头79.6cm处、大桩号端头156.5cm处两个断面进行切割，结果如图8～11所示。

图8　现场剖切及钢束管道编号

图9　小桩号端N3X管道压浆剖面图

图10　小桩号端N4X管道压浆剖面图

图11　大桩号端剖切断面图

根据现场剖切结果，N3X距跨中压浆脱空长度为30cm，则脱空总长度l=79.6+30=109.6cm（此时认为剖切面距小桩号端头已全部脱空）；N4X管道0～0.2m范围内压浆不密实，呈松散型病状（如表3所示）。

表3　测试结果验证

5　结语

该文运用冲击回波法对预应力管道灌浆密实度进行检测，并与后张法预制T梁灌浆密实度现场检测结果进行对比，验证了冲击回波法判定管道内部压浆缺陷的准确性。在快速评定PC构件灌浆密实度时，可优先从梁端测定，当梁端PC构件灌浆密实时，则可认为该构件已灌浆密实。

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U445.7

A

1671-2668（2016）04-0234-04

∗国家自然科学基金资助项目（50878031；51008037）；湖南省自然科学基金项目（12JJ6050）；湖南省科技计划项目（2012FJ4124）；贵州省交通运输厅科技项目（2016-121-038）

2016-02-23