PC橋梁密實(shí)度定位檢測(cè)的應(yīng)用研究

李遠(yuǎn)晨

摘 要：結(jié)合廣東多條高速公路預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實(shí)度檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)情況，介紹了沖擊回波定位檢測(cè)方法、影響因素及檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理分析方法；通過(guò)檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理、分析，指導(dǎo)施工單位封錨壓漿、補(bǔ)漿及其他專項(xiàng)處理措施和建議，從而控制預(yù)應(yīng)力孔道壓漿施工質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：橋梁；預(yù)應(yīng)力管道；壓漿密實(shí)度；沖擊回波法；定位檢測(cè)

1 前言

目前國(guó)內(nèi)外很多機(jī)構(gòu)及研究所都對(duì)管道壓漿密實(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，其中應(yīng)用較為成熟的電磁波雷達(dá)法和超聲波法由于受鐵皮波紋管的金屬屏蔽作用影響，并不適合應(yīng)用于孔道壓漿質(zhì)量的檢測(cè)。相對(duì)適用且最有發(fā)展前景的是沖擊回波法，相比于超聲測(cè)試法和雷達(dá)測(cè)試法，沖擊回波法信號(hào)穩(wěn)定，受鋼筋干擾小，具有一定的優(yōu)勢(shì)。

2 工程概況

作為一種新的檢測(cè)技術(shù)目前在廣東應(yīng)用于多條高速公路的橋梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作中，其中某高速項(xiàng)目全長(zhǎng)108公里，全線采用雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，設(shè)計(jì)時(shí)速100公里，設(shè)主線橋梁85座。橋梁上部結(jié)構(gòu)普遍采用預(yù)應(yīng)力梁，在后張法梁的施工過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力管道壓漿是橋梁施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵要素之一。通過(guò)定位檢測(cè)測(cè)試數(shù)據(jù)分析管道壓漿密實(shí)度狀況，及時(shí)指出壓漿存在的問(wèn)題，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而控制預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工質(zhì)量。

3 定位檢測(cè)

3.1 采用沖擊回波法

沖擊回波定位檢測(cè)法是通過(guò)瞬時(shí)力學(xué)沖擊產(chǎn)生瞬時(shí)應(yīng)力波，應(yīng)力波在結(jié)構(gòu)中傳播，當(dāng)遇到缺陷或界面時(shí)被反射，通過(guò)沖擊面與缺陷及界面間的多重反射，引起瞬時(shí)共振狀態(tài)，識(shí)別并能確定結(jié)構(gòu)是否完好無(wú)損或確定缺陷位置的方法，包括等效波速法和共振偏移法。根據(jù)在波紋管位置反射信號(hào)的有無(wú)以及底端的反射時(shí)間的長(zhǎng)短，即可判定壓漿缺陷的有無(wú)和類型。當(dāng)孔道壓漿存在缺陷時(shí)，有：①激振的彈性波在缺陷處會(huì)產(chǎn)生反射；②激振的彈性波從底面反射回來(lái)所用的時(shí)間比壓漿密實(shí)的地方長(zhǎng)。

3.2 測(cè)線布置

結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)預(yù)制梁和現(xiàn)澆梁進(jìn)行全面的定位檢測(cè)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和施工記錄標(biāo)出孔道的位置，定位檢測(cè)測(cè)線布置：沿孔道距梁端4m內(nèi)布置測(cè)線，測(cè)點(diǎn)間距為20cm。因梁端存在缺陷的可能性較大，所以無(wú)論是壓漿端還是出漿端都需要布置測(cè)區(qū)，如有必要可增加測(cè)區(qū)范圍。

3.3 檢測(cè)頻率

孔道壓漿成品質(zhì)量一般在壓漿完成7天后進(jìn)行檢測(cè)，各項(xiàng)目檢測(cè)頻率為：每個(gè)預(yù)制梁場(chǎng)前2片必檢，后續(xù)生產(chǎn)的預(yù)制梁按1%的比例抽檢且不少于2片，抽查到的構(gòu)件我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)能夠檢測(cè)的孔道進(jìn)行了抽檢；現(xiàn)澆、懸澆結(jié)構(gòu)縱向預(yù)應(yīng)力孔道抽檢比例不少于5%；當(dāng)發(fā)現(xiàn)孔道壓漿質(zhì)量不合格時(shí)，加倍抽檢。

3.4 判定基準(zhǔn)

在定位檢測(cè)分析中，除了在孔道線上進(jìn)行測(cè)試外，同時(shí)也在沒(méi)有波紋管的位置沿著孔道線的方向也進(jìn)行了標(biāo)定測(cè)試。根據(jù)測(cè)試原理，沒(méi)有波紋管的地方，可以等同于波紋管孔道內(nèi)壓漿密實(shí)，即沒(méi)有波紋管的地方的反射時(shí)間，可以作為波紋管壓漿是否密實(shí)的判斷基準(zhǔn)之一。

4 定位檢測(cè)的影響因素

4.1 確定性因素

通過(guò)依托工程發(fā)現(xiàn)，大量的干擾因素會(huì)造成定位檢測(cè)準(zhǔn)確性的降低，導(dǎo)致出現(xiàn)誤判。影響因素包括隨機(jī)不確定性因素以及確定性因素。確定性影響因素可以通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)以及理論分析，把其影響精準(zhǔn)地排除。確定性因素包括以下幾類：

（1）梁、板的厚度，一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)管徑相同時(shí)，板厚越薄，沖擊回波定位檢測(cè)法的測(cè)試精度越高，這也是IEEV法的特點(diǎn)。基于目前的定位檢測(cè)的技術(shù)水平，在采用D50激振錘激振時(shí)，等效波速法一般要求梁、板的厚度不超過(guò)0.6m，而共振偏移法則要求管道最大埋深不超過(guò)0.6m。

（2）管道的排列，對(duì)于梁體中多排灌漿孔道，定位檢測(cè)往往只能檢測(cè)出最靠近檢測(cè)面。因此，當(dāng)有雙排管道時(shí)，盡可能從兩個(gè)側(cè)面測(cè)試。

（3）管道的位置，對(duì)角落邊界條件比較復(fù)雜的管道需要加密測(cè)點(diǎn)。

（4）壓漿齡期，顯然的壓漿齡期較短時(shí)，壓漿料強(qiáng)度較小，未能和混凝土梁結(jié)合為一體共同受力，其情況接近于缺陷狀態(tài)。規(guī)范對(duì)壓漿料有具體要求，必須滿足3d抗壓強(qiáng)度達(dá)到20MPa，7d抗壓強(qiáng)度達(dá)到40MPa。現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)部分有質(zhì)量問(wèn)題的壓漿料在壓漿長(zhǎng)達(dá)1個(gè)月的時(shí)間才能凝固硬化，甚至更長(zhǎng)時(shí)間。

4.2 不確定性因素

除此之外，定位回波法檢測(cè)時(shí)應(yīng)考慮隨機(jī)不確定性因素。隨機(jī)因素占比越大，誤判可能性越高。這些隨機(jī)因素可以分一下三類：

（1）第一類來(lái)源為砼結(jié)構(gòu)自身的離散性，沖擊回波法頻率響應(yīng)與混凝土的波速和混凝土板的厚度有關(guān)，波速越大，頻率越大，板厚越大，頻率越小。根據(jù)公路鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范，不同標(biāo)號(hào)的混凝土材料強(qiáng)度本身具有一定的離散性。以C50的混凝土為例，變異系數(shù)為0.11，標(biāo)準(zhǔn)差為強(qiáng)度平均值的11%，1倍標(biāo)準(zhǔn)差范圍外即約占40%的混凝土強(qiáng)度會(huì)偏離平均值11%左右，更不用提工程施工不一定能滿足規(guī)范要求，與混凝土強(qiáng)度相關(guān)的混凝土波速也具有較大的離散性。

（2）第二類來(lái)源為激振錘沖擊脈沖及激振位置的可靠性，為了得到檢測(cè)結(jié)構(gòu)的彈性波響應(yīng)頻譜，需要在混凝土表面作用一個(gè)沖擊脈沖。理想的沖擊脈沖在時(shí)間無(wú)限小而作用力無(wú)限大的激勵(lì)。然而，在真實(shí)世界中不可能存在時(shí)間無(wú)限小而作用力無(wú)限大的情況。

（3）第三類來(lái)源為檢測(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)采樣以及數(shù)據(jù)分析的適用性，信號(hào)采樣和處理直接影響到檢測(cè)信號(hào)的有效性，對(duì)檢測(cè)精度具有重要影響。

5 檢測(cè)結(jié)果及數(shù)據(jù)分析

目前通過(guò)對(duì)廣東多條高速公路200多片預(yù)制梁以及部分現(xiàn)澆梁管道的檢測(cè)以及開(kāi)孔驗(yàn)證情況，發(fā)現(xiàn)檢測(cè)過(guò)程中盡管大部分的管道壓漿質(zhì)量較好，但是壓漿存在明顯缺陷的情況仍然不少，部分孔道梁端端頭處甚至完全空洞。

圖1為單個(gè)管道缺陷比例的數(shù)量分布直方圖。從圖中可以看出，大部分管道（接近80%）是飽滿的，但是有不小一部分管道的缺陷很嚴(yán)重。缺陷管道的頻率隨著缺陷比例的增大而逐漸減小，但是并沒(méi)有顯著消失，在20%的位置上仍然有不小的數(shù)值。這種管道缺陷比例的概率分布形式明顯是不對(duì)稱的，和正態(tài)分布不一致，其概率分布形式更接近于冪律分布。

6 結(jié)語(yǔ)

研究表明PC橋梁壓漿密實(shí)度采用的基于沖擊彈性波的檢測(cè)技術(shù)是目前最為有效的檢測(cè)方法，但它仍受諸多因素的影響，還需進(jìn)一步完善以保證檢測(cè)的精確性。對(duì)依托工程進(jìn)行管道壓漿質(zhì)量檢測(cè)，并總結(jié)了壓漿質(zhì)量的情況，提出了壓漿缺陷比例的分布屬于冪律分布的觀點(diǎn)。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，明確了壓漿缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法的工程適用性及可靠性，同時(shí)，根據(jù)目前國(guó)內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)壓漿技術(shù)規(guī)范的欠缺，針對(duì)性的編制檢測(cè)地方指南，將會(huì)對(duì)系統(tǒng)控制預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量，保證PC橋梁結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] JTG D62—2012.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].