橋梁工程壓漿密實度檢測改進(jìn)措施

范杰林

（新疆維吾爾自治區(qū)交通運(yùn)輸綜合行政執(zhí)法局工程質(zhì)量監(jiān)督執(zhí)法支隊，新疆烏魯木齊 830000）

1 檢測必要性

在加強(qiáng)孔道壓漿施工質(zhì)量現(xiàn)場管控的同時，對壓漿密實度進(jìn)行抽檢不僅是對施工結(jié)果進(jìn)行摸底，做到心里有數(shù)，也是質(zhì)量控制的必要環(huán)節(jié)。

事實上，我國早在1991年的《公路橋梁養(yǎng)護(hù)管理工作制度》（交通部工程管理司）中，對預(yù)應(yīng)力壓漿質(zhì)量的檢測就有明確要求，第二十四條“特殊檢查項目”中，要求“預(yù)應(yīng)力鋼筋現(xiàn)狀及灌漿管道狀況、空隙情況調(diào)查”。但在當(dāng)時并沒有行之有效的檢測方法。

隨著檢測技術(shù)的進(jìn)步，河北省2017年對灌漿密實度的檢測再次被提上歷史日程?！稑蛄侯A(yù)應(yīng)力孔道密實注漿質(zhì)量檢測技術(shù)規(guī)程》（DB13/T2480—2017）中指出：

新建預(yù)制梁壓漿抽檢頻率≥10%；現(xiàn)澆梁≥5%；當(dāng)綜合注漿密實度等級Ⅲ、Ⅳ類占抽檢總數(shù)的50%及以上時，應(yīng)采用沖擊彈性波定性法雙倍抽檢。若仍出現(xiàn)上述情況時，則應(yīng)全檢。

截至2019年，浙江省、福建、河北、云南、山西先后頒布了地方規(guī)程。除此以外，貴州、四川、湖北、寧夏、廣東、廣西等多地均開展了預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量專項檢查工作，其中，灌漿密實度成為重要的檢查專項。

廣東省交通運(yùn)輸廳指出，檢測頻率為：每個預(yù)制場前2片梁必檢,后續(xù)生產(chǎn)的預(yù)制梁按1%的比例抽檢且不少于2片。然而，由于目前對灌漿密實度的無損檢測方法多樣，對檢測結(jié)果的判定存在不確定性等因素，在國內(nèi)缺乏行業(yè)、地方的相關(guān)檢測規(guī)程和評定標(biāo)準(zhǔn)，為實際檢測工程的推廣帶來了不便。為此，在總結(jié)多年檢測工作經(jīng)驗及借鑒他省相關(guān)理論實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上編制了該規(guī)程，期望能夠為相關(guān)工作提供指導(dǎo)和借鑒。

2 阿克蘇某項目孔道壓漿密實度模型試驗概況

2.1 工程概況

2021年7月，于阿克蘇某項目梁場進(jìn)行了模型檢測驗證工作。該類型為室外模型，根據(jù)現(xiàn)場工況共設(shè)計澆筑了A1、A2、B1、B2、共4個不同的模型，模型長度均為150cm，現(xiàn)場采取間隔5cm的測點間距進(jìn)行測試?，F(xiàn)場測試之前需先將波紋管位置按照圖紙進(jìn)行確定，用記號筆將孔道位置走向標(biāo)記出來，測點間距按照5cm的間距進(jìn)行布置，壓漿材料的強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到混凝土強(qiáng)度的70%以上。一般夏天應(yīng)在壓漿3天后,冬天應(yīng)在壓漿7天后，測試前需盡量保證測試模型表面干凈無浮漿、灰塵等，測試現(xiàn)場附近確保無其他震動源，方可進(jìn)行測試。沿著測點方向，以掃描的形式連續(xù)測試（激振和受信），通過反射信號的特性測試管道內(nèi)壓漿的狀況，混凝土中彈性波信號直接傳播到底部反射回來，而針對未灌漿孔道，彈性波傳播特性將改變。通過對彈性波信號特性分析，即可判斷測試區(qū)域孔道內(nèi)缺陷的分布位置。

2.2 試驗?zāi)Ｐ突拘畔?/h3>

此次試驗共檢測4片模型梁A1、A2、B1、B2，現(xiàn)場測試對象的試驗梁為模擬的小箱梁、T梁的兩種梁型，厚度尺寸分別為20cm、30cm，每個模型內(nèi)部有上下兩個孔道，分別為金屬波紋管與塑料波紋管兩種不同材質(zhì)?，F(xiàn)場將每個模型的上部的孔道默認(rèn)命名為1#孔道、下部孔道默認(rèn)命名為2#孔道，模型梁的每個孔道在不同位置分別設(shè)置不同的缺陷類型，現(xiàn)場對每個模型的孔道分別進(jìn)行測試[1]。

2.3 測試內(nèi)容

該次測試目的為檢測出測試對象模型孔道中的注漿飽滿度的情況，確定能否測試出注漿缺陷的分布位置（已提前設(shè)置缺陷位置），以及缺陷的大小。充分保證測試結(jié)果的可比性與可靠性，在現(xiàn)場測試以沿孔道水平方向為測試方向，逐點掃描的方式，依據(jù)此方法檢測結(jié)果分析圖，可以明顯的得到預(yù)設(shè)缺陷和密實位置圖像的差異性，從而驗證檢測設(shè)備的可靠性。

2.4 模型測試結(jié)果

根據(jù)現(xiàn)場實際測試結(jié)果對比驗證，綜合模型實際測試結(jié)果與現(xiàn)場模型的設(shè)計缺陷位置進(jìn)行對比，現(xiàn)場模型設(shè)計無缺陷位置該次測試結(jié)果顯示無正常反射、無問題，現(xiàn)場存在缺陷的位置完全被準(zhǔn)確的測試出來，測試結(jié)果與模型實際缺陷情況完全吻合。四川陸通檢測科技有限公司的預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度質(zhì)量檢測儀在該次模型測試中，基本將所有設(shè)計的缺陷全部測試準(zhǔn)確。

3 現(xiàn)場試驗檢測

3.1 阿克蘇某項目現(xiàn)場梁檢測

2021年7月，現(xiàn)場對阿克蘇某項目存梁區(qū)隨即抽取一片30m預(yù)制箱梁，對該梁開展了孔道定性檢測及孔道定位檢測，根據(jù)現(xiàn)場條件其中定性抽取了3個孔道，分別為右N1、右N2、右N3。定位則將整片梁的左右腹板的孔道都進(jìn)行測試，定位測點間距為0.2m，每個孔道從端頭向跨中測試長度5m。

3.2 現(xiàn)場檢測異常情況

一是部分梁未在規(guī)定時間內(nèi)壓漿，張拉時間顯示為7月10日，現(xiàn)場檢測日期為7月13日，該片梁已超過48h未壓漿[2]，見圖1。

二是部分梁片未按規(guī)定要求按照錨墊板，該片梁注漿口位置安裝錯誤，見圖2。

4 設(shè)備與檢測技術(shù)對比與完善

4.1 孔道壓漿密實度

經(jīng)過大量的現(xiàn)場實驗和模型梁檢測發(fā)現(xiàn)：第一，不同類型缺陷的超聲波聲速、波幅存在較大重疊區(qū)域，且不同缺陷類型超聲波聲速、波幅平均值也無明顯變化規(guī)律，所以超聲波無法對孔道內(nèi)缺陷進(jìn)行檢測；第二，金屬波紋管由于對電磁波有較強(qiáng)的屏蔽作用，使得電磁波無法穿透波紋管對其內(nèi)部壓漿質(zhì)量進(jìn)行檢測；對于塑料波紋管，若不密實部位存在積水的情況，勉強(qiáng)可以測得積水位置（一般壓漿料都加有減水劑此類情況較少），但實際情況下由于受結(jié)構(gòu)鋼筋影響也很難對缺陷進(jìn)行判斷；第三，X射線可以對孔道缺陷類型進(jìn)行定性檢測，也可以進(jìn)行定量檢測，但此方法對操作人員的身體健康存在一定的危害，且底片沖洗成本過高，雖然結(jié)果直觀準(zhǔn)確但在實際工程中可行性較差；第四，沖擊應(yīng)力法具有波長較長、能量大、頻率較低有利于信號分析，采用沖擊應(yīng)力波并結(jié)FFT/MEM等頻譜處理技術(shù)，通過對應(yīng)力波傳播時間的測試可確定孔缺陷的大致尺寸并推斷缺陷大致類型，是目前幾種方法中最為經(jīng)濟(jì)也是最符合工程實際的一種檢測手段[3]。

4.2 沖擊回波法無損檢測技術(shù)

4.2.1 孔道壓漿密實度定性測試?yán)碚摶A(chǔ)

定性檢測是指在預(yù)制梁還未完全封錨前，利用激振錘或者激振錐對梁板端頭露出的鋼絞線或者錨具進(jìn)行激振，觀察應(yīng)力波在孔道內(nèi)傳播的波速、波形特征等，得出孔道內(nèi)的整體壓漿質(zhì)量。由于預(yù)制梁孔道內(nèi)壓漿缺陷一般出現(xiàn)在孔道上部，應(yīng)在孔道最上面的一根鋼絞線或者錨具上部進(jìn)行激振，激振方向與梁板方向平行。

定性檢測需要兩個傳感器，兩個傳感器對應(yīng)固定在孔道兩端最上面的一根鋼絞線上。敲擊端傳感器，用于接收激振的初始信號，接收端傳感器則接收應(yīng)力波在孔道內(nèi)傳播過的信號。檢測時，先在孔道兩端固定傳感器（若孔道已經(jīng)用砂漿封錨，則需要先把封錨砂漿鑿掉，至少露出最上面一根鋼絞線），在接收端錨具或最上面一根鋼絞線進(jìn)行激振，觀察信號是否正常，若信號正常則保存數(shù)據(jù)；若信號雜亂應(yīng)排查造成信號雜亂因素并重新采集。一般情況下，一個孔道保存3～5個有效數(shù)據(jù)即可。通常，現(xiàn)場只要兩個通道的信號前端平滑、首波清晰，則可以作為有效數(shù)據(jù)。在進(jìn)行一個批次的梁板檢測時，還需要對該批次梁板進(jìn)行波速標(biāo)定，確定在孔道灌漿密實時應(yīng)力波在梁板內(nèi)傳播的波速。具體操作和定性檢測相似，只是傳感器需要避開有波紋管的位置，保證應(yīng)力波不穿過預(yù)應(yīng)力孔道，這樣采集到的波速可以認(rèn)為是應(yīng)力波在密實孔道內(nèi)傳播的波速。通常，用手將兩個傳感器按在最上面一個孔道上方，并直接用激振錘敲擊。定性檢測的優(yōu)勢在于，通過一次激振就可以同時得到波速、波形特征兩個參數(shù)，從而得出孔道內(nèi)的綜合壓漿指數(shù)。

4.2.2 定位檢測

其一，定位檢測是指通過在腹板上波紋管所在位置進(jìn)行激振，通過逐點掃描的形式，確定孔道內(nèi)存在灌漿缺陷的具體位置。

其二，圖3中星號位置表示傳感器安放位置，圓圈位置表示激振錘激振位置，傳感器和激振位置一般間隔20cm（可根據(jù)檢測需要調(diào)節(jié)，一般情況下間距越小，精度越高）。檢測時，先按住傳感器于星號點，按穩(wěn)后對激振點進(jìn)行一次激振，待采集到光滑穩(wěn)定、首波清晰的信號后，繼續(xù)進(jìn)行測試，重復(fù)操作，便可完成灌漿密實度定位檢測。

其三，定位檢測的基本原理在于，當(dāng)孔道內(nèi)存在壓漿缺陷時，應(yīng)力波會在缺陷發(fā)生提前反射，或者沿著波紋管孔道周邊混凝土進(jìn)行傳播，導(dǎo)致信號特性發(fā)生變化。灌漿定位測試原理，如圖4。

4.2.3 較傳統(tǒng)檢測方法改進(jìn)措施

（1）耦合方式改進(jìn)

現(xiàn)有檢測技術(shù)一般采用沖擊彈性波作為測試媒介，通過分析入射信號在遇到缺陷或者阻抗差異較大時的反射信號，即可判斷出灌漿缺陷；但現(xiàn)有技術(shù)在數(shù)據(jù)拾取時，容易造成傳感器與錨索連接不穩(wěn)定，無有效激振面、傳感器頻帶受限、頻響不穩(wěn)定、拾取信號的品質(zhì)差等現(xiàn)象。為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，發(fā)明了一種用于連接傳感器與錨索的耦合裝置，該耦合裝置將傳感器與被測錨索鋼性連接，使傳感器頻響范圍更為穩(wěn)定且寬泛，同時極大程度降低了耦合噪聲，使拾取的信號品質(zhì)優(yōu)良，便于后期數(shù)據(jù)分析。該裝置采用的技術(shù)方案是：一種用于連接傳感器與錨索的耦合裝置，包括耦合件。耦合件的一端設(shè)有錨索通孔，另一端設(shè)有傳感器螺孔，且錨索通孔和傳感器螺孔均相對該耦合件長度方向的中心線對稱，耦合件位于錨索通孔一側(cè)的外圍為半圓形結(jié)構(gòu)，且該半圓形結(jié)構(gòu)與錨索通孔同軸心，耦合件的側(cè)壁設(shè)有朝向錨索通孔中心的鎖緊螺孔，用于連接傳感器與錨索的耦合裝置還包括與鎖緊螺孔匹配的鎖緊螺栓。采用上述方案提供的耦合裝置拾取信號時，將被測錨索置于耦合件上的錨索通孔內(nèi)，鎖緊螺栓穿過鎖緊螺孔，將錨索固定在錨索通孔內(nèi)，通過傳感器螺孔將傳感器固定在耦合件上，這樣使傳感器與被測錨索達(dá)到鋼性連接，傳感器頻響范圍更為穩(wěn)定且寬泛，而耦合件上錨索通孔與傳感器螺孔之間的空間形成了一個有效的激振面，可以使信號的發(fā)振便捷有效，而錨索通孔和傳感器螺孔均位于該耦合件長度方向的中心線上，可極大降低傳感器和錨索的耦合噪聲[4]。

（2）采用波動信號特征進(jìn)行數(shù)據(jù)分析

該方法以預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度作為闡述基礎(chǔ)，也包括對混凝土內(nèi)部缺陷與二次澆注混凝土黏結(jié)面的密實狀況進(jìn)行檢測；其采用信號源發(fā)生裝置，入射波在傳播過程中遇到孔道不密實現(xiàn)象時，波動信號會出現(xiàn)反射，并與入射波動信號重組并持續(xù)傳播，通過分析重組后的混合波動信號的特征差異，判斷孔道內(nèi)部壓漿質(zhì)量問題；具體為，在被測對象孔道的一定區(qū)域內(nèi)采用特制的剛性小錘產(chǎn)生入射波動信號，通過分析入射波動信號在遇到缺陷，或者阻抗差異較大的反射面時出現(xiàn)的反射波動信號，與入射波動信號進(jìn)行疊加后產(chǎn)生的特征變化，對疊加信號的拾取和分析，以特征變化為主要依據(jù)判斷被測對象孔道的內(nèi)部是否存在壓漿缺陷；其測試方法嚴(yán)謹(jǐn)、可靠性高，使最終的判斷結(jié)果更加準(zhǔn)確。當(dāng)孔道沒有壓漿或者壓漿密實度較低時，相同結(jié)構(gòu)形態(tài)前提下3種孔道類型的系統(tǒng)特性基本一致(由于波紋管材質(zhì)不同系統(tǒng)特性略有差別)，其反射波動信號響應(yīng)也基本一致，表現(xiàn)為振幅(由于諧波的影響結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的頻譜和相位同時會出現(xiàn)基本一致的特性。當(dāng)孔道壓漿密實且漿料達(dá)到設(shè)計要求強(qiáng)度時,反射波動信號振幅會發(fā)生變化(由于諧波的影響結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的頻譜和相位同時會出現(xiàn)變化)；根據(jù)檢測過程中通過密實孔道與存在缺陷的孔道信號特性的不同，可準(zhǔn)確判斷預(yù)應(yīng)力孔道在長度方向上的缺陷狀態(tài)分布，即檢測區(qū)的密實度狀況。

5 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度評定流程，應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇適當(dāng)?shù)臏y試方法后加以評定，根據(jù)實際情況對檢測方法進(jìn)行合理的改進(jìn)，有助于提升壓漿密實度的檢測準(zhǔn)確性，適合在工程中進(jìn)行推廣和應(yīng)用。