大型輸水工程PCCP管道纏絲預(yù)應(yīng)力無損檢測新方法探析

張恒珍

(遼寧省白石水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧 朝陽 122000)

預(yù)應(yīng)力鋼絲是管道提升強(qiáng)度、抵抗內(nèi)壓或外壓產(chǎn)生的拉應(yīng)力的重要組成部分。而在管道制造和實際運(yùn)行過程中鋼絲受生產(chǎn)工藝、氫脆性、安裝質(zhì)量、雜散電流、保護(hù)層砂漿質(zhì)量差等影響，會造成鋼絲的損傷或腐蝕，影響管道的運(yùn)行安全，鋼絲腐蝕到一定程度后所在部位管道強(qiáng)度下降、腐蝕進(jìn)一步發(fā)展后，造成同一部位出現(xiàn)多個斷絲，管道強(qiáng)度明顯降低，甚至出現(xiàn)管道爆裂事故。

1 管芯混凝土纏絲后預(yù)應(yīng)力檢測原理

PCCP管道管芯混凝土受預(yù)應(yīng)力鋼絲束縛，始終保持受壓狀態(tài)，預(yù)應(yīng)力的施加使混凝土中的微裂縫和微孔隙閉合，從而使混凝土的實際受壓面積增大。也可以說混凝土的彈性模量與施加的預(yù)應(yīng)力成正比，而預(yù)應(yīng)力的施加者為鋼絲，因此鋼絲施加的預(yù)應(yīng)力越大則管芯混凝土彈性模量越大，如鋼絲出現(xiàn)腐蝕或預(yù)應(yīng)力松弛，則管芯混凝土的彈性模量變小。彈性波雷達(dá)法是利用發(fā)振彈性波的反射特性來檢測結(jié)構(gòu)物內(nèi)部及背面的構(gòu)造、缺陷以及材質(zhì)狀況的一種檢測方法。

2 管芯混凝土預(yù)應(yīng)力檢測方法

利用沖擊回波法檢測混凝土彈性模量時，應(yīng)根據(jù)檢測對象的檢測條件選擇適當(dāng)?shù)臋z測方法?；炷敛馁|(zhì)檢測最常用的方法有雙面透過法、單面反射法、單面?zhèn)鞑シ?P波、R波)。具體項目采用了對應(yīng)的檢測方法(見表1)進(jìn)行檢測。

表1 檢測方法比較

3 檢測方法的選擇

對于不同的結(jié)構(gòu)物，可以用雙面透過法、單面反射法、單面?zhèn)鞑シ?P波、R波)檢測P波、R波速度來推測結(jié)構(gòu)物的內(nèi)部強(qiáng)度，幾乎適合所有的結(jié)構(gòu)物，檢測范圍相當(dāng)廣。對不同的檢測對象可以選擇對用的檢測方法(見圖1)。

圖1 檢測方法的選擇

4 傳感器的安裝

根據(jù)選擇的檢測方法不同，所使用的傳感器不盡相同，傳感器的安裝亦有不同。具體的傳感器選擇、安裝和激振方法見圖2。

圖2 單面反射法檢測

4.1 雙面透過法傳感器的安裝

雙面透過法、單面?zhèn)鞑シㄐ鑼鞲衅鱈T0408T/305m安裝在沖擊錘上；雙面透過法沖擊錘型號主要根據(jù)兩個傳感器之間的距離選擇：傳感器間距越大，所選擇的沖擊錘直徑也越大。一般情況下可以選擇PB-D30或者PB-D50型號的沖擊錘，對于小于0.5m的構(gòu)件，可以考慮選用PB-D17。

4.2 瑞利波法傳感器的安裝

采用瑞利波法進(jìn)行檢測，一般要求受信傳感器的移動距離為0.2m或者0.4m，而激振點到受信傳感器之間的距離一般要求介于0.4～1.0m之間；為了提高檢測精度，可以通過改變傳感器之間距離進(jìn)行回歸。

4.3 單面法傳感器的安裝

單面?zhèn)鞑シ?R波)檢測時打擊錘很重要，一般輕質(zhì)低頻錘更容易產(chǎn)生有效瑞利波；單面反射法在一個檢測面上進(jìn)行檢測。一般要求傳感器固定時與檢測面接觸良好，傳感器與打擊錘之間距離不大于0.1m；單面反射法可供選擇的打擊錘有SB-D10、SB-D17、SB-D30、SB-D50。打擊錘的選擇與結(jié)構(gòu)厚度有關(guān)：一般情況下，厚度越大，要求打擊錘直徑越大(原則上建議按表2選擇)。

表2 打擊錘的選擇

單面?zhèn)鞑シ?P波)在垂直方向上發(fā)振，橫方向傳播的波中，P波成分非常少，要充分地獲取到P波信號，傳感器S31SC需要倒置，且激振點與受信點間距應(yīng)大于0.6m。

5 工程實例

本次PCCP管道預(yù)應(yīng)力松弛區(qū)檢測，采用SCE-MATS型混凝土多功能檢測儀進(jìn)行現(xiàn)場檢測，檢測對象恒潤管道集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的長度為5m的DN2800預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，檢測面均為管芯混凝土外側(cè)壁，激振點與接收點分別位于鋼絲兩側(cè)。為配合本次試驗，生產(chǎn)廠商分別現(xiàn)場進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力鋼絲纏繞，纏繞應(yīng)力分別為1099MPa和437MPa(管道技術(shù)參數(shù)見表3)。

表3 檢測管道技術(shù)參數(shù)

為排除掉管道生產(chǎn)影響，采用同日管芯混凝土澆筑和同樣養(yǎng)護(hù)方式的管芯混凝土進(jìn)行現(xiàn)場檢測，試驗齡期同為12天。檢測前針對管芯混凝土進(jìn)行了全面排查，預(yù)應(yīng)力區(qū)均無環(huán)向及縱向裂縫。每個管道分別在距離管道承插口0.5m范圍內(nèi)均勻布置5個測點，每個測點單次測量5次(檢測結(jié)果見表4)。

表4 檢測結(jié)果

6 結(jié) 語

預(yù)應(yīng)力鋼絲是PCCP管道的重要組成部分，是管道在制造生產(chǎn)及安裝運(yùn)行過程中的主要受力點，為此鋼絲纏絲后的應(yīng)力成為管道安裝的重要條件。通過上述檢測方法比選和現(xiàn)場檢測結(jié)果，采用沖擊回波單面?zhèn)鞑シ?P波、R波)進(jìn)行檢測時能夠有效地檢測出管芯混凝土的彈性模量。對此通過現(xiàn)場試驗的對比，采用無損檢測的方式能夠識別出纏絲控制應(yīng)力對管芯混凝土纏絲后彈性模量的影響。通過管芯混凝土彈性模量的大小能夠有效地推算鋼絲實際受力情況。本文結(jié)果為今后管道纏絲應(yīng)力復(fù)核、混凝土內(nèi)部應(yīng)力標(biāo)定及預(yù)應(yīng)力松弛判別提供了參考依據(jù)。?