基于沖擊回波法的橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度檢測(cè)方法研究

薛松

摘 要：全國(guó)很多質(zhì)檢機(jī)構(gòu)對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁后張法孔道的灌漿密實(shí)度檢測(cè)都提出了明確的要求，很多在建工程也對(duì)灌漿密實(shí)度進(jìn)行了專項(xiàng)檢測(cè)。鑒于此，本文探討了沖擊回波法的橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)度檢測(cè)方法，以期為相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：沖擊回波法;預(yù)應(yīng)力混凝土梁;灌漿密實(shí)度;檢測(cè)方法

中圖分類號(hào)：U445.57 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）26-0078-03

Research on Detection Method of Bridge Prestressed Hole

Grouting Density Based on Shock Echo Method

XUE Song

（JSTI Group，Nanjing Jiangsu 210017）

Abstract： Many quality inspection organizations throughout the country have put forward clear requirements for the grouting density detection of the post-tensioned tunnel of prestressed concrete bridges， many construction projects have also carried out special tests on the grouting density. In view of this， this paper discussed the method of detecting the compactness of bridge prestressed tunnel grouting by impact echo method， in order to provide reference for related work.

Keywords： impact and echo method;prestressed concrete beam;grouting compactness;detection method

1 橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿質(zhì)量的無(wú)損檢測(cè)評(píng)估方法

對(duì)橋梁預(yù)應(yīng)力孔道灌漿質(zhì)量進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，是指在不讓孔道結(jié)構(gòu)受到破壞的前提下，運(yùn)用目標(biāo)性能與測(cè)試之間的直接和間接關(guān)系量來(lái)獲取目標(biāo)性能[1]。根據(jù)所使用的技術(shù)手段不同，常見的混凝土無(wú)損檢測(cè)方法可以被分為波動(dòng)振動(dòng)類、電磁波類以及其他類型。

1.1 超聲波透射法

將發(fā)射探頭和接收探頭分別放置在梁的兩端，通過(guò)管道的軸心將兩個(gè)探頭的兩端連接起來(lái)，并且按照所獲取的信號(hào)來(lái)判斷具體缺陷。如果該測(cè)點(diǎn)的波速小、能量也相對(duì)較弱，就有可能伴隨有灌漿缺陷。使用超聲波透射方法時(shí)，要確保兩側(cè)探頭位置的連線保持在水平狀態(tài)，并且不能夠?qū)⑵溆迷诖蠓秶鷻z測(cè)工作中。

1.2 探地雷達(dá)法

通過(guò)天線，高頻電磁波可以向結(jié)構(gòu)下方進(jìn)行傳播，在邊界位置處反射回傳播信號(hào)之后，另一天線會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行接收。在此過(guò)程中，在鋼絞線的作用下，電磁波會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射，此時(shí)，混凝土就會(huì)屏蔽電磁波。由此可見，這種方法對(duì)孔道中密實(shí)情況的觀察比較直接，它只能夠用來(lái)檢測(cè)塑料孔道的密實(shí)度。

1.3 射線照相檢測(cè)法

當(dāng)射線穿過(guò)物體時(shí)，光子被光吸收或者光發(fā)生了散射，迫使射線強(qiáng)度降低。此時(shí)，如果射線到達(dá)缺陷位置，其強(qiáng)度基本上不會(huì)被減弱，感光膠片也會(huì)產(chǎn)生大量的光子，此時(shí)膠片的黑度范圍也會(huì)拓寬。由此可見，要詳細(xì)觀察膠片上的黑度情況，這樣也便于對(duì)缺陷進(jìn)行判定。

1.4 紅外熱像法

這是一種在熱傳導(dǎo)理論以及紅外線成像理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的無(wú)損檢測(cè)方法，根據(jù)在物體表面產(chǎn)生的溫差，可以分成被動(dòng)和主動(dòng)熱像檢測(cè)法，其中，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的檢測(cè)需要用到主動(dòng)熱像檢測(cè)法。開始階段，熱源能夠提升混凝土解耦股的溫度，再使用紅外熱像儀對(duì)結(jié)構(gòu)表面溫度進(jìn)行觀察，可以很好地定位以及識(shí)別混凝土內(nèi)部的缺陷。

1.5 沖擊回波法

將瞬時(shí)沖擊彈性波施加于混凝土表面，這一彈性波可以穿透波紋管，傳播到混凝土內(nèi)部。在遇見不同的阻抗介質(zhì)時(shí)，這種彈性波會(huì)被缺陷或者地面反射。如果依然有缺陷存在，就會(huì)伴隨明顯的反射信號(hào)。

2 沖擊回波法檢測(cè)孔道灌漿質(zhì)量的影響因素分析

2.1 孔道直徑的影響

預(yù)應(yīng)力孔道灌漿缺陷在不同的工程項(xiàng)目中各有差距，由于孔道直徑的不同，其間會(huì)出現(xiàn)沖擊回波。針對(duì)不同的直徑，要建立全空波紋管模型，運(yùn)用彈性波的應(yīng)力云圖觀察缺陷，當(dāng)孔道中缺陷的直徑為1cm時(shí)，人們能夠明顯看到在缺陷的頂端位置處彈性波發(fā)生了發(fā)射。通過(guò)分析頻譜圖，人們可以發(fā)現(xiàn)比較明顯的反射頻率。隨著孔道缺陷直徑的逐漸增加，頻譜圖中的缺陷反射頻率也會(huì)逐漸明顯起來(lái)，由此可見，對(duì)于沖擊回波的檢測(cè)結(jié)果而言，孔道直徑對(duì)其有著直接的影響。當(dāng)孔道中的缺陷直徑是1cm時(shí)，沖擊回波難以對(duì)孔道中的缺陷進(jìn)行分辨，隨著孔道直徑的不斷增加，沖擊回波才可對(duì)孔道中的缺陷進(jìn)行準(zhǔn)確定位。

2.2 孔道材質(zhì)的影響

一般情況下，塑料波紋管和金屬波紋管為常見的兩種預(yù)應(yīng)力混凝土孔道。其中，金屬波紋管的阻抗高于混凝土，而混凝土的阻抗又高于塑料波紋管，它們之間的差值較大。因阻抗不同，鋼界面、塑料乃至混凝土的界面都可以反射應(yīng)力波。從混凝土進(jìn)入鋼界面，阻抗可以從低變高，此時(shí)，反射系數(shù)也將逐漸成為正值，但是，在此過(guò)程中，相位不會(huì)出現(xiàn)變化，小部分的波受到反射，大部分波則會(huì)折射到金屬介質(zhì)中。然而，從混凝土界面至塑料界面，阻抗從高到低，反射系數(shù)也會(huì)成為負(fù)數(shù)，相位隨之出現(xiàn)變化，在此過(guò)程中，小部分波在塑料介質(zhì)中進(jìn)行了折射，大部分受到反射后被射回來(lái)。塑料介質(zhì)的反射更為明顯，其間會(huì)伴隨大量能量的失散，因此會(huì)影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。在實(shí)施混凝土孔道灌漿模擬作業(yè)時(shí)，金屬波紋管的選用比較常見。

2.3 波紋管間距影響

當(dāng)相鄰的未灌漿孔道與測(cè)試孔道的凈距大于孔道內(nèi)徑的0.5倍時(shí)，被測(cè)試的孔道板厚頻率不會(huì)受到未灌漿孔道的太大影響。如果灌漿飽滿孔道的測(cè)點(diǎn)為波速測(cè)點(diǎn)，那么，對(duì)板厚頻率的測(cè)試就不會(huì)影響到臨近的空管道，換言之，如果波紋管的凈距離不小于0.5倍的孔道內(nèi)徑時(shí)，鄰近空管道也不會(huì)影響到灌漿飽滿孔道。

3 孔道灌漿密實(shí)度質(zhì)量檢測(cè)

3.1 定性檢測(cè)

3.1.1 全長(zhǎng)衰減法（FLEA）。如果孔道中的灌漿密實(shí)度比較高，激振信號(hào)傳遞到受信信號(hào)，能量就會(huì)出現(xiàn)大面積的衰減，振幅也會(huì)相對(duì)減小;如果孔道中灌漿密實(shí)度減弱，在激振信號(hào)到達(dá)受信信號(hào)時(shí)，能量減弱的同時(shí)振幅也會(huì)增加。由此可見，通過(guò)比較能量的振幅大小，人們能夠準(zhǔn)確判定灌漿的質(zhì)量，詳情如圖1所示。

3.1.2 全長(zhǎng)波速法（FLPV）。在確定孔道距離的基礎(chǔ)上，對(duì)彈性波經(jīng)過(guò)孔道的時(shí)間進(jìn)行測(cè)定，以便計(jì)算出彈性波經(jīng)過(guò)孔道的波速，借助波速的大小對(duì)灌漿質(zhì)量進(jìn)行判斷。當(dāng)灌漿的密實(shí)度為0時(shí)，測(cè)試波速基本與鋼絞線的波速相同;當(dāng)灌漿密實(shí)度為1時(shí)，測(cè)試波速基本等于混凝土的波速。隨著灌漿密實(shí)度的不斷增加，測(cè)試波速將逐漸減小。

3.1.3 傳遞函數(shù)法（PFTF）。激振信號(hào)產(chǎn)生于預(yù)應(yīng)力梁的一端，如果灌漿的接收缺乏密實(shí)性，就會(huì)出現(xiàn)高頻振蕩。如果接收端的灌漿密實(shí)性較高，就會(huì)出現(xiàn)低頻振蕩。由此可見，通過(guò)對(duì)比接收信號(hào)和激振信號(hào)，人們能夠?qū)α憾烁浇墓酀{缺陷狀況進(jìn)行判斷。按照綜合灌漿指數(shù)的大小，人們就能夠確定灌漿質(zhì)量的好壞。

3.2 定位檢測(cè)

對(duì)灌漿密實(shí)度進(jìn)行定位檢測(cè)時(shí)，人們可以使用沖擊回波法。在開展檢測(cè)的過(guò)程中，要順著孔道的位置，在縱向方向上用掃描的方式逐點(diǎn)在測(cè)試區(qū)域完成激振和信號(hào)的接收。通過(guò)判斷波紋管處是否存在反射信號(hào)和反射時(shí)間的長(zhǎng)短，人們就能得知灌漿缺陷類型，一旦孔道中存在缺陷，部分彈性波傳遞到缺陷處后就會(huì)出現(xiàn)反射，而另一部分彈性波則會(huì)繞過(guò)缺陷，直接傳送到板底，這時(shí)就會(huì)延長(zhǎng)傳播路徑[2-4]。

3.3 檢測(cè)技術(shù)及設(shè)備

在檢測(cè)T梁的孔道灌漿密實(shí)度時(shí)，檢測(cè)所用的設(shè)備是沖擊彈性波檢測(cè)儀。該設(shè)備是立足于無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，將沖擊彈性波作為測(cè)試媒介的無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，因此能夠有效確?；炷两Y(jié)構(gòu)和材料不會(huì)受到二次傷害，可以提升混凝土結(jié)構(gòu)和材料質(zhì)量。

檢測(cè)時(shí)采用的工具如表1所示。

表1 檢測(cè)工具

[名稱 數(shù)量 作用 沖擊彈性波檢測(cè)儀 1 沖擊回波測(cè)試 沖擊錘 1 產(chǎn)生彈性波 直尺 1 布置測(cè)線測(cè)點(diǎn) 顏料筆 2 布置測(cè)線測(cè)點(diǎn) 記錄本 2 記錄數(shù)據(jù) 電腦 1 分析數(shù)據(jù) ]

4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)可以運(yùn)用定性檢測(cè)方法，它能夠有效檢測(cè)孔道灌漿的密實(shí)度，獲取不同孔道的灌漿指數(shù)。通過(guò)對(duì)灌漿指數(shù)進(jìn)行分析，人們可以對(duì)能否繼續(xù)開展測(cè)試進(jìn)行判定。在具體開展各項(xiàng)工作的過(guò)程中，人們需要在指數(shù)相對(duì)較低的孔道中開展定位測(cè)試工作，在落實(shí)定位測(cè)試工作的過(guò)程中，要使用沖擊錘敲擊梁表面，并且對(duì)板的厚度用彈性波進(jìn)行檢測(cè)，定量檢測(cè)灌漿的密實(shí)度，根據(jù)灌漿密實(shí)度的大小，判斷不同位置的灌漿情況。受梁體結(jié)構(gòu)的影響，在開展定位測(cè)試的過(guò)程中，要保障測(cè)試距離為0.2m，并且順著孔道走向在腹板上逐點(diǎn)實(shí)施測(cè)試。在布置測(cè)試點(diǎn)的過(guò)程中，要確保混凝土的表面處于平整狀態(tài)，還應(yīng)該保持測(cè)試面的整潔度，不能出現(xiàn)浮土等可能對(duì)沖擊效果產(chǎn)生影響的覆蓋物。

5 預(yù)應(yīng)力孔道位置驗(yàn)證經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

一是應(yīng)該明確測(cè)量孔道在混凝土梁中的具體位置，為后續(xù)工作的順利開展奠定良好基礎(chǔ)。二是掌握梁的長(zhǎng)度對(duì)定性檢測(cè)工作的影響，通常應(yīng)該控制梁的長(zhǎng)度在50m之內(nèi)，一旦超出此長(zhǎng)度，就會(huì)影響定性檢測(cè)工作的精度。此時(shí)就需要用到定位檢測(cè)，再對(duì)缺陷位置進(jìn)行判定。三是管道的測(cè)試方向和排列都會(huì)對(duì)定性測(cè)試方法產(chǎn)生影響，此次試驗(yàn)使用定位檢測(cè)方法，到達(dá)“馬蹄”位置的3個(gè)孔道呈平面布置狀態(tài)，不能定位測(cè)試每個(gè)孔道。因此，雙排管道要盡可能從梁的側(cè)面開展測(cè)試工作。

四是管道材質(zhì)對(duì)測(cè)量質(zhì)量的影響。在對(duì)梁板預(yù)應(yīng)力孔道進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，用到的是金屬波紋管，因梁端已經(jīng)封端封錨，再加上鐵皮和缺陷的反射互逆，存在相互抵消現(xiàn)象，因此需要用到定性檢測(cè)方法來(lái)進(jìn)行綜合判斷。五是混凝土澆筑質(zhì)量產(chǎn)生的影響。通常，混凝土的澆筑質(zhì)量影響并不大，但是混凝土存在不均勻測(cè)區(qū)以及澆筑缺陷，這就會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果，因此，檢測(cè)人員會(huì)判定混凝土內(nèi)部缺陷為孔道缺乏密實(shí)性，這就需要具備豐富的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)。

6 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，人們可以運(yùn)用沖擊回波方法對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁灌漿密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，這是一種比較經(jīng)濟(jì)準(zhǔn)確的檢測(cè)方法。但是，在橋梁工程施工中，預(yù)應(yīng)力梁型的布筋方式會(huì)在檢測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生干擾，這就需要檢測(cè)人員全面考慮，運(yùn)用科學(xué)的檢測(cè)方法，結(jié)合多種驗(yàn)證手段，準(zhǔn)確判定預(yù)應(yīng)力孔道的質(zhì)量，這樣能夠有效確保整個(gè)橋梁的可靠性和安全性。

參考文獻(xiàn)：

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