基于沖擊彈性波檢測(cè)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量的評(píng)價(jià)體系研究

鐘輝武，江茂盛，鐘建國，吳佳曄

基于沖擊彈性波檢測(cè)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量的評(píng)價(jià)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(jì)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(cè)有限公司，廣東廣州511400；3.四川升拓檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司，四川成都610072）

國內(nèi)外多家機(jī)構(gòu)都對(duì)孔道壓漿密實(shí)度檢測(cè)進(jìn)行了相關(guān)研究，但是各種檢測(cè)方法都具有一定的局限性，大部分并不適合應(yīng)用于孔道壓漿質(zhì)量的檢測(cè)。目前，檢測(cè)預(yù)應(yīng)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(cè)的壓漿質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及基于定位檢測(cè)的壓漿質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，提出了沖擊彈性波檢測(cè)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量及評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)爭(zhēng)議時(shí)的解決辦法，為孔道壓漿密實(shí)度檢測(cè)定量分析評(píng)價(jià)提供參考。

沖擊彈性波；孔道壓漿質(zhì)量；檢測(cè)；評(píng)價(jià)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(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，橋梁建設(shè)延米數(shù)幾乎以每年10%的速度高速增長(zhǎng)，且這個(gè)統(tǒng)計(jì)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(huì)存在質(zhì)量事故，在對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道進(jìn)行注漿過程中，會(huì)存在不密實(shí)現(xiàn)象。然而，灌漿不密實(shí)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?。因此，行業(yè)規(guī)程、設(shè)計(jì)均要求壓漿飽滿，不得存在缺陷。但是，由于現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，在檢測(cè)工作中，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)及評(píng)價(jià)體系尚未配套，在實(shí)際應(yīng)用中也產(chǎn)生了不便。

因此，筆者首先收集了多個(gè)檢測(cè)工程的樣本，統(tǒng)計(jì)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(cè)結(jié)果的評(píng)價(jià)體系。

1 基于沖擊彈性波的壓漿密實(shí)度無損檢測(cè)技術(shù)原理[2]

基于沖擊彈性波的壓漿密實(shí)度無損檢測(cè)方法包括快速定性檢測(cè)和缺陷定位檢測(cè)。

定性檢測(cè)：利用露出的錨索，在一端激發(fā)信號(hào)，另一端接收信號(hào)。通過分析在傳播過程中信號(hào)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(cè)試效率高，但測(cè)試精度和對(duì)缺陷的分辨力較差，一般適用于對(duì)漏灌、管道堵塞等壓漿事故的檢測(cè)。

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

2 基于檢測(cè)結(jié)果的壓漿質(zhì)量評(píng)價(jià)

2.1 壓漿質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)[3]

2.1.1 定性檢測(cè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

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

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

2.1.2 定量檢測(cè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

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

其中，N為定位測(cè)試的點(diǎn)數(shù)；β為測(cè)點(diǎn)的壓漿狀態(tài)，即良好：1，小規(guī)模空洞：0.5，大規(guī)?？斩矗?。上式也可改寫成：

其中，NJ代表健全測(cè)點(diǎn)數(shù)；

NX代表小空洞測(cè)點(diǎn)數(shù)；

ND代表大空洞測(cè)點(diǎn)數(shù)；

N為總測(cè)點(diǎn)數(shù)，有N=NJ+NX+ND。

2.2 壓漿質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)（定性檢測(cè)）

結(jié)合在數(shù)個(gè)工程上的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)定性檢測(cè)的壓漿密實(shí)度指數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，推定得出以下經(jīng)驗(yàn)結(jié)果：

(1)定性檢測(cè)目前主要用于預(yù)制梁；對(duì)于現(xiàn)澆梁，定性檢測(cè)的應(yīng)用較少。

(2)對(duì)于未壓漿孔道，定性檢測(cè)的綜合壓漿指數(shù)If均趨近于0。

(3)對(duì)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(dāng)If在0.80以下時(shí)，經(jīng)驗(yàn)證，壓漿均出現(xiàn)明顯缺陷。

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

(6)定性檢測(cè)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(yán)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(chǎng)統(tǒng)計(jì)（定位檢測(cè)）

在數(shù)十個(gè)工程上，對(duì)定位檢測(cè)的壓漿密實(shí)度指數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。預(yù)制梁的定位檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（壓漿密實(shí)度指數(shù)D）見圖1，修正后現(xiàn)澆梁定位檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖2（修正方法參照2.4節(jié)中描述）。

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

(1)預(yù)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(fù)彎矩處和先剪后連孔道的壓漿。

圖1 預(yù)制梁壓漿密實(shí)度指數(shù)分布

此外，采用壓漿密實(shí)度指數(shù)D時(shí)，要注意測(cè)點(diǎn)選取位置以及測(cè)點(diǎn)數(shù)的影響。在實(shí)際測(cè)試中，可以對(duì)孔道全長(zhǎng)進(jìn)行檢測(cè)，也可以對(duì)易于出現(xiàn)缺陷的區(qū)域進(jìn)行局部抽檢。顯然，對(duì)孔道全長(zhǎng)的檢測(cè)得到的D會(huì)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(cè)相結(jié)合

主要針對(duì)預(yù)制梁進(jìn)行了定性檢測(cè)。其中，對(duì)定性檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)問題的梁體進(jìn)行了定位檢測(cè)和鉆孔驗(yàn)證。

圖2 (修正后)現(xiàn)澆梁壓漿密實(shí)度指數(shù)分布

例如，對(duì)某高架橋預(yù)制箱梁進(jìn)行壓漿密實(shí)度定性檢測(cè)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(shí)情況。為了確定缺陷的具體位置，對(duì)CH1端進(jìn)行定位檢測(cè)，測(cè)試結(jié)果見圖4。

圖3 定性測(cè)試結(jié)果

圖4 定位測(cè)試結(jié)果

為了驗(yàn)證測(cè)試結(jié)果，現(xiàn)場(chǎng)在0.6~0.8 m的區(qū)域內(nèi)開了3個(gè)窗口進(jìn)行驗(yàn)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(cè)試結(jié)果十分吻合。

圖6是整理的定性檢測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（綜合壓漿指數(shù)If）與定位檢測(cè)結(jié)果（壓漿密實(shí)度指數(shù)D）的相關(guān)關(guān)系。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)鉆孔開窗驗(yàn)證結(jié)果

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

2.5 孔道壓漿質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.5.1 基于定性檢測(cè)的壓漿質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

對(duì)于長(zhǎng)度在50 m之內(nèi)的預(yù)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(yīng)進(jìn)行定位檢測(cè)；

②If≥0.80：無較大的壓漿質(zhì)量缺陷。

對(duì)于現(xiàn)澆梁，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后確定。

2.5.2 基于定位檢測(cè)的壓漿質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)壓漿密實(shí)度指數(shù)D進(jìn)行判定。但在實(shí)際的檢測(cè)工程中，檢測(cè)點(diǎn)的位置并不同，主要有：

①對(duì)孔道的全長(zhǎng)（或者僅避開檢測(cè)盲區(qū)）進(jìn)行檢測(cè)；

②對(duì)容易出現(xiàn)問題的部位（如預(yù)制梁的端頭、反彎點(diǎn)、起彎點(diǎn)附近，先剪后連的部分）進(jìn)行局部檢測(cè)。

顯然，對(duì)孔道的全長(zhǎng)范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)得到的D值要大于局部范圍檢測(cè)得到的D值。為了修正由于測(cè)試區(qū)間不同而造成的評(píng)價(jià)結(jié)果的過大差別，引入修正壓漿密實(shí)度指數(shù)De：

其中，D為檢測(cè)區(qū)段的壓漿密實(shí)度指數(shù)；

Ld為檢測(cè)區(qū)段長(zhǎng)度；

L0為孔道全長(zhǎng)；

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

根據(jù)修正壓漿密實(shí)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(cè)及評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)爭(zhēng)議時(shí)的處理

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，以確保測(cè)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(yàn)證時(shí)，應(yīng)該遵循以下原則：

(1)應(yīng)有一定的鉆孔數(shù)量：考慮到無損檢測(cè)和鉆孔驗(yàn)證各自均有一定的誤差，因此每個(gè)爭(zhēng)議地點(diǎn)的鉆孔數(shù)量應(yīng)不少于3個(gè)。

(2)鉆孔口徑不宜太小。

(3)鉆孔的位置應(yīng)盡量位于管道的上部。

(4)條件允許時(shí)，應(yīng)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(yīng)僅用掛鉤法。

(6)當(dāng)鉆孔后未發(fā)現(xiàn)波紋管時(shí)，表明波紋管位置與設(shè)計(jì)位置偏差過大，應(yīng)按相關(guān)規(guī)定處理。

(7)當(dāng)鉆孔驗(yàn)證的結(jié)果有一半以上與檢測(cè)結(jié)果不符時(shí)：

檢測(cè)結(jié)果偏嚴(yán)：從理論上講，無損檢測(cè)和鉆孔驗(yàn)證的方法均存在漏檢的可能性。相比而言，鉆孔驗(yàn)證對(duì)于小缺陷（B、C類）漏檢的可能性更大。此時(shí)，檢測(cè)單位應(yīng)對(duì)測(cè)試結(jié)果重新判定，并適當(dāng)改變鉆孔位置（如略微提高，以便打到管道上部）；

檢測(cè)結(jié)果偏寬：表明檢測(cè)數(shù)據(jù)或者判定依據(jù)出現(xiàn)問題，應(yīng)重新解析檢測(cè)數(shù)據(jù)，必要時(shí)重測(cè)；無有意義偏差：表明測(cè)試數(shù)據(jù)可能存在較大偏差，應(yīng)重測(cè)。

(8)當(dāng)鉆孔驗(yàn)證的結(jié)果有一半以上與檢測(cè)結(jié)果相符時(shí)，應(yīng)以檢測(cè)結(jié)果為準(zhǔn)。

(9)當(dāng)鉆孔未找到波紋管時(shí)，一方面說明施工時(shí)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(shí)應(yīng)該上下改變位置鉆孔，繼續(xù)驗(yàn)證。

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

4 結(jié)語

(1)定性檢測(cè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，引入了綜合壓漿指數(shù)If，當(dāng)壓漿飽滿時(shí)，If=1；而完全未灌時(shí)，If=0。定性檢測(cè)的綜合壓漿指數(shù)可以用來反映是否存在漏灌、堵塞等嚴(yán)重、惡性施工事故。

(2)定量檢測(cè)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，引入了壓漿密實(shí)度指數(shù)。當(dāng)壓漿飽滿時(shí)D=1；而完全未灌時(shí)，D=0。

(3)得出了基于定性檢測(cè)的壓漿質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及基于定位檢測(cè)的壓漿質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

(4)給出了基于沖擊彈性波檢測(cè)預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量及評(píng)價(jià)結(jié)果出現(xiàn)爭(zhēng)議時(shí)的解決辦法。

[1]張武毅．預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度檢測(cè)評(píng)價(jià)技術(shù)體系的研究[J]．四川理工學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2015，28(1).

[2]侯海元，吳進(jìn)星，吳佳曄．預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實(shí)度檢測(cè)方法應(yīng)用分析[J]．西部交通科技，2013，(10)．

[3]余靖輝．BGM2000橋梁預(yù)應(yīng)力管道智能注漿控制儀注漿質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)對(duì)比試驗(yàn)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(cè)