預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度檢測評價技術(shù)體系的研究

張武毅

（浙江交科工程檢測有限公司，杭州311200）

預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度檢測評價技術(shù)體系的研究

張武毅

（浙江交科工程檢測有限公司，杭州311200）

后張法預(yù)應(yīng)力孔道灌漿質(zhì)量是影響結(jié)構(gòu)的承載力和耐久性的重要因素之一，在國內(nèi)外引起了廣泛的重視。對此，針對孔道灌漿缺陷的定義、檢測方法、評價指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)以及驗(yàn)證方法等方面進(jìn)行了研究，并形成了相應(yīng)的評價體系。通過對浙江省灌漿密實(shí)度地方指南及編制的體系研究，結(jié)合十三個工程的實(shí)際應(yīng)用，證明了該體系的有效性和可靠性。

預(yù)應(yīng)力梁；沖擊彈性波；灌漿密實(shí)度；無損檢測

引言

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，被廣泛應(yīng)用于杭州灣跨海大橋、青島海灣大橋與蘇通大橋等重要基礎(chǔ)建設(shè)項(xiàng)目上［1-2］。同時，在中等跨度的各類橋梁上，基于后張法的預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁占了絕大多數(shù)。

其中，孔道灌漿密實(shí)狀況是影響梁體承載力特別是耐久性的重要因素。為此，國內(nèi)許多省份和單位都開始了灌漿密實(shí)度檢測工作。例如，2013年1月，浙江省交通運(yùn)輸廳在“浙江省公路工程竣（交）工驗(yàn)收實(shí)施細(xì)則（試行）”中，將壓漿密實(shí)度列入抽查項(xiàng)目，且比例不低于構(gòu)件或預(yù)應(yīng)力束的3%。

然而，對于檢測所應(yīng)采取的方法、檢測位置、檢測結(jié)果的可靠性和精度等方面尚無非常清晰的認(rèn)識。對基于檢測結(jié)果的橋梁施工質(zhì)量評價也沒有明確的評價標(biāo)準(zhǔn)和體系，從而嚴(yán)重地影響了相關(guān)工作的深入開展［3-4］。為此，本文結(jié)合浙江省灌漿密實(shí)度的地方指南及編制進(jìn)行了基于沖擊彈性波對灌漿密實(shí)度檢測體系的研究，并通過山西龍城高速、河南鄭盧高速等十三個工程的實(shí)際應(yīng)用，證明了該體系的有效性和可靠性。

1 國內(nèi)外灌漿密實(shí)度研究現(xiàn)狀

1．1 灌漿缺陷的危害

早在20世紀(jì)50年代，瑞士工學(xué)院的Wvans R H就對此問題進(jìn)行了研究。該問題真正引起人們足夠重視的是Ynys－y－Gwas橋梁垮塌事故。該橋位于英國威爾士，建于1953年，在沒有受到任何外在沖擊，并且毫無征兆的情況下于1985年2月1日突然倒塌。此外，比利時Schelde河上的一座橋梁的垮塌，以及建于1957年的美國康涅狄格州的Bissell大橋于1992年炸毀重建，其原因均在于預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕導(dǎo)致橋的安全度下降［5］。

灌漿不密實(shí)不僅對預(yù)應(yīng)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(dāng)?shù)挠绊憽Ｍ跻唬?］等人在模型試驗(yàn)和數(shù)值分析的基礎(chǔ)上指出，對于全空管道其開裂荷載較全密實(shí)孔道低10%，而最大撓度則可能增加50%。

此外，對于沿海以及潮濕地區(qū)，灌漿缺陷的危害更為顯著。

1．2 灌漿缺陷分級

結(jié)合國外經(jīng)驗(yàn)與葉見曙、張峰提出的灌漿密實(shí)度的分級標(biāo)準(zhǔn)，建議將灌漿密實(shí)度分為4級（圖1）：

A級：注漿飽滿或波紋管上部有小蜂窩狀氣泡，與鋼絞線不接觸。

B級：波紋管上部有空隙，與鋼絞線不接觸。

C級：波紋管上部有空隙，與鋼絞線相接觸。

D級：波紋管上部無砂漿，與鋼絞線相接觸并嚴(yán)重缺少砂漿。D級又可細(xì)分為D1、D2和D3級，分別對應(yīng)于大半空、接近全空和全空。

根據(jù)檢測技術(shù)的水平狀況，將預(yù)應(yīng)力灌漿缺陷分為大規(guī)模缺陷和小規(guī)模缺陷兩級。其中，大規(guī)模缺陷對應(yīng)于D級，而小規(guī)模缺陷主要對應(yīng)B級、C級和部分灌漿料強(qiáng)度嚴(yán)重低下的疏松型缺陷。

圖1灌漿密實(shí)度分級

1．3 灌漿密實(shí)度檢測方法

按測試所采用的媒介大致可以分為［7-11］：

（1）基于電磁波的檢測方法（如電磁雷達(dá)）。該方法有許多學(xué)者進(jìn)行了研究。目前，一致的觀點(diǎn)是：

①由于受金屬屏蔽，因此不適合于鐵皮波紋管。

②電磁雷達(dá)受鋼筋影響大、適用范圍窄、對缺陷不敏感和測試精度低。

（2）基于超聲波的檢測方法。理論上，利用灌漿缺陷對波速的影響，采用對測的方法可以檢測灌漿缺陷，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)面對測，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、伽馬射線等）的檢測方法。該方法的檢測精度較高，但存以下明顯的缺點(diǎn)：

①測試設(shè)備復(fù)雜。

②具有放射性。

③需要底片等費(fèi)用，檢測成本高。

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方法。該方法被認(rèn)為是最有前途的方法，可分為兩類：

①基于孔道兩端穿透的方法。

②基于反射的沖擊回波等效波速法（IEEV）。

基于沖擊彈性波灌漿密實(shí)度測試方案，其最大的特點(diǎn)在于既可以快速定性測試，也能夠?qū)τ袉栴}的管道進(jìn)行缺陷定位，從而達(dá)到了測試效率和精度的最優(yōu)化。

2 推薦檢測方法

基于沖擊彈性波的方法，不僅可以對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿進(jìn)行快速定性檢測，也可進(jìn)行精確的定位檢測，通過定性、定位方法的結(jié)合，可對施工問題處理提供可靠依據(jù)［12-13］。

2．1 沖擊彈性波檢測方法灌漿指標(biāo)定義

在測試過程中為將定性測試的結(jié)果定量化，該方法引入了綜合灌漿指數(shù)If。當(dāng)灌漿飽滿時，If＝1，而完全未灌時，If＝0。因此，通過定性測試方法中的各種方法（全長衰減、全長波速、傳遞函數(shù)）可得到相應(yīng)的灌漿指數(shù)IEA（全長衰減），IPV（全長波速）和ITF（傳遞函數(shù)）。同時，綜合灌漿指數(shù)可以定義為：

只要某一項(xiàng)的灌漿指數(shù)較低，綜合灌漿指數(shù)就會有較明顯的反映。綜合灌漿指數(shù)的評價方法見表1。

表1灌漿指數(shù)評價方法

為了定位測試的結(jié)果量化，進(jìn)一步引入灌漿密實(shí)度指數(shù)D。當(dāng)灌漿飽滿時D＝1，而完全未灌時D＝0。定義孔道壓漿質(zhì)量健全時權(quán)重為1，松散型權(quán)重為0.5，上部小孔洞權(quán)重為0.5，大空洞權(quán)重為0，并令NA代表健全測點(diǎn)數(shù)，松散型測點(diǎn)數(shù)為NB，上部小空洞測點(diǎn)數(shù)為NX，大空洞測點(diǎn)數(shù)為ND，M為總測點(diǎn)數(shù)，因此灌漿密實(shí)度指數(shù)可表示為：

一般情況下注漿率大于0.95，則該孔道注漿質(zhì)量為優(yōu)；0.9－0.95之間為良；低于0.9就應(yīng)該考慮處理。具體評價方法見表2。

表2灌漿具體評價方法

在各個孔道灌漿質(zhì)量的檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上，結(jié)合檢測距離和抽樣方式等因素，還可以將梁體的灌漿質(zhì)量分為4類，即Ⅰ～Ⅳ類梁。

2．2 缺陷驗(yàn)證方法

當(dāng)采用IEEV法定出缺陷位置后，常在此位置進(jìn)行鉆孔（通常采用10 mm左右的鉆桿）。不僅可以起到驗(yàn)證的作用，還可作為補(bǔ)漿孔以便處理。一般有：

（1）光學(xué)方法：

①肉眼觀察：最直觀，但需要開孔較大，10 mm左右的鉆桿不夠。

②內(nèi)窺鏡觀察：相對而言，適用面最廣，可以利用小口徑孔，但要注意聚焦等問題。

（2）阻抗變化：即利用鉆孔過程中阻抗、聲響的變化來判定是否遇到空腔。

（3）機(jī)械工具：

①穿絲：鐵絲是否能穿過，一般適用于較長、以及埋深較淺的缺陷（如頂板、空心板）。

②掛鉤：用小鉤去掛鋼絞線，若能鉤住鋼絞線即表明鋼絞線存在較大的缺陷，整體未被包裹。

2．3 現(xiàn)場不同梁型檢測及驗(yàn)證統(tǒng)計結(jié)果

通過對國內(nèi)十三個工程的數(shù)百個灌漿孔道進(jìn)行了定位檢測及驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)：

（1）現(xiàn)澆梁中存在較為嚴(yán)重的灌漿缺陷。灌漿密實(shí)度指數(shù)D在0.90以上僅3.13%，而在0.70以下占68.75%（圖2）。

（2）對于預(yù)制梁，灌漿密實(shí)度指數(shù)D在0.95以上占統(tǒng)計的57.97%，在0.85以下的占8.7%（圖3）。

總體上看，預(yù)制梁灌漿情況較好，但還是存在不同程度的灌漿缺陷。

圖2現(xiàn)澆梁灌漿密實(shí)統(tǒng)計

圖3預(yù)制梁梁灌漿密實(shí)統(tǒng)計

3 結(jié)束語

本技術(shù)體系以基于沖擊彈性波的預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度檢測技術(shù)為基礎(chǔ)，包括缺陷定義、分級、檢測方法、評價標(biāo)準(zhǔn)和驗(yàn)證方法等多個方面。同時，該套體系已在多個實(shí)際工程中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好的效果，有利于施工質(zhì)量的保證。

［1］徐建達(dá)，楊超，季文洪，等.預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量無損檢測技術(shù)綜述［A］.第十四屆全國混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土分會學(xué)術(shù)會議論文［C］.北京：2007.

［2］欒健.預(yù)應(yīng)力管道灌漿質(zhì)量檢測的試驗(yàn)研究［D］.長沙：中南林業(yè)科技大學(xué)，2011.

［3］李躍華.橋梁預(yù)應(yīng)力孔道注漿質(zhì)量檢測探討［J］.工程地球物理學(xué)報，2012（1）：24-25.

［4］鄧屹松.預(yù)應(yīng)力孔道注漿狀態(tài)對大跨PC箱梁橋受力性能影響研究［D］.長沙：湖南大學(xué)，2011.

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［8］吳佳曄，張高強(qiáng).沖擊彈性波激勵殘留信號的消減及反射信號的抽出技術(shù)［P］.中國專利：ZL2009100828 51.4，2012-04-11.

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［10］姜盼.超聲波檢測預(yù)應(yīng)力梁孔道壓漿質(zhì)量的試驗(yàn)研究［D］.哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2012.

［11］程海潛.PC彎曲孔道內(nèi)接觸應(yīng)力、預(yù)應(yīng)力摩阻損失及張拉伸長量研究［D］.武漢：武漢理工大學(xué)，2011.

［12］張一新.橋梁預(yù)應(yīng)力孔道彈性波傳播特性研究［D］.重慶：重慶交通大學(xué)，2012.

［13］Sansalone M，StreetW.沖擊-回波法及其現(xiàn)場型儀器在砼結(jié)構(gòu)無損檢測中的應(yīng)用［A］.土木工程無損檢測國際會議譯文集［C］.1997.

Study on the Testing Evaluation Technology System of Prestressed Duct Grouting Com pactness

ZHANGWuyi
（Zhejiang Science and Engineering Detection Co.Ltd.，Hangzhou 311200，China）

The grouting quality of post-tension prestressing duct is one of the important factors affecting the structure capacity and durability，and attracts wide attention both domestically and internationally.Therefore，the definition of duct grouting defects，the inspection and testingmethod，evaluation parameters and standard as well as the verification method，are studied，and the corresponding evaluation system is formed.Furthermore，through the research of grouting compactness local guide and compiling system in Zhejiang，and combined with the practical applications ofmore than ten projects，the effectiveness and reliability of the system are proved.

prestressed beam；impact-elastic wave；grout fullness；nondestructive testing

TU378.1

A

1673-1549（2015）01-0046-04

10．11863／j．suse．2015．01．11

2014-11-12

張武毅（1982-），男，浙江新昌人，工程師，主要從事無損檢測方面的研究，（E-mail）zhangwuyi001＠163.com