預(yù)應(yīng)力孔道壓漿缺陷檢測及注膠加固效果評價研究*

王 華 許湘華

(1.貴州省質(zhì)安交通工程監(jiān)控檢測中心有限責(zé)任公司 貴陽 550000； 2.貴州省交通運輸廳 貴陽 550000)

隨著我國公路建設(shè)的快速發(fā)展，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在工程中應(yīng)用愈加廣泛[1]。在預(yù)應(yīng)力筋孔道壓漿施工中，由于孔道堵塞、壓漿材料、壓漿方法不當(dāng)?shù)榷喾N原因，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實、甚至出現(xiàn)不飽滿和空洞等現(xiàn)象，大大降低了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力[2-4]。

針對此類孔道壓漿缺陷問題，目前主要采用補(bǔ)漿(膠)加固的處理方法。然而針對預(yù)應(yīng)力孔道壓漿缺陷做出準(zhǔn)確檢測并基于二次補(bǔ)漿(膠)加固處理進(jìn)行加固效果評價，目前尚無一套成熟完備的測試技術(shù)及評價方法[5-6]?；诖?，本試驗設(shè)計并制作了2片模型梁，模擬不同壓漿缺陷下的預(yù)應(yīng)力孔道，并對缺陷孔道進(jìn)行二次注膠加固[7]。針對不同狀態(tài)下的孔道密實度采用沖擊彈性波法進(jìn)行預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度狀態(tài)檢測，判定初始壓漿缺陷下檢測效果的精確性，并對二次注漿效果進(jìn)行合理性評估。

1 檢測原理

當(dāng)工程預(yù)應(yīng)力筋構(gòu)件為圓柱體且其直徑d遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于長度L時，可采用彈性波中的一維桿件理論對預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行分析。預(yù)應(yīng)力筋與混凝土膠結(jié)在一起，與周圍混凝土存在較大的彈性波阻抗差異，因此，應(yīng)用彈性波理論對預(yù)應(yīng)力筋孔道壓漿缺陷進(jìn)行無損檢測，可將預(yù)應(yīng)力筋視為一維彈性桿件。

一維彈性桿件模型的波動方程如式(1)。

(1)

在水泥砂漿、預(yù)應(yīng)力筋及混凝土組成的混合體系中，從預(yù)應(yīng)力筋端部發(fā)射的應(yīng)力波，經(jīng)預(yù)應(yīng)力筋向四周傳播，在預(yù)應(yīng)力筋與砂漿、混凝土之間的界面發(fā)生復(fù)雜的反射、透射及能量衰減。

當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋孔道灌漿飽滿時，彈性波逸散面大，能量衰減快，因此其在預(yù)應(yīng)力筋中的振動持續(xù)時間短，其示意圖見圖1a)。而當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋孔道內(nèi)部未灌漿時，預(yù)應(yīng)力筋中的彈性波逸散面小，能量衰減慢，因此其在預(yù)應(yīng)力筋中傳播的持續(xù)時間變長，其示意見圖1b)。

圖1 測試原理示意圖

對式(1)、式(2)在初始條件和邊界條件下求解出反射系數(shù)K，即反射波與入射波的振幅比B′/B。

(3)

式中：ρ1Vp1A1為預(yù)應(yīng)力筋桿的波阻抗，其中ρ1為預(yù)應(yīng)力筋桿密度，Vp1為其波速，A1為其橫斷面積；ρ2Vp2A2為預(yù)應(yīng)力筋與壓漿料組合結(jié)構(gòu)的波阻抗，其中各參數(shù)含義與預(yù)應(yīng)力筋桿類似。

式(3)表明界面反射波與入射波振幅比不僅取決于波速和密實度的差異，而且還與橫截面積有關(guān)。由波動理論可知，K的正負(fù)性將引起反射波的相位變化，據(jù)此可以判別反射界面的性質(zhì)，并根據(jù)界面反射波的到時求得其深度。

應(yīng)力波在預(yù)應(yīng)力筋中傳播時，當(dāng)遇到界面變化時會發(fā)生反射，其原始振動能量應(yīng)為各界面透射波能量和反射波能量的和。因此，可通過各界面反射波的能量狀況變化，來推算界面性質(zhì)的變化。

2 方案設(shè)計

針對預(yù)應(yīng)力筋孔道壓漿缺陷檢測并基于二次補(bǔ)漿(膠)加固處理進(jìn)行的加固效果合理性評價問題，本次采用2片模型梁，模型梁采用縮尺模型對構(gòu)件進(jìn)行澆筑，強(qiáng)度為C50，每片梁共設(shè)布置計6個模擬孔，編號分別為N1～N6，對應(yīng)壓漿料0%、20%、40%、60%、80%、100%(注漿量與注漿孔道體積減去鋼筋體積的比值，采用量筒精確控制注漿體積)，壓漿孔的埋設(shè)同現(xiàn)場實際狀況，采用單端埋設(shè)方式；砂漿凝固前不得敲擊、碰撞管體或拉拔預(yù)應(yīng)力筋，自然養(yǎng)護(hù)，模型梁參數(shù)表見表1，尺寸示意見圖2。

表1 試驗梁參數(shù)表

圖2 模型梁尺寸示意圖(單位：cm)

待水泥砂漿凝固，達(dá)到檢測條件后，對B1、B2模型梁5個不同注漿密實度的注漿孔進(jìn)行第一次注漿飽滿度檢測試驗。第一次水泥砂漿密實度檢測試驗完成，分別對不飽滿的5個(N1～N5)注漿孔注入結(jié)構(gòu)灌注膠(N1注膠100%；N2注膠80%；N3注膠60%；N4注膠40%、N5注膠20%)，達(dá)到檢測條件后進(jìn)行第二次注漿飽滿度檢測試驗。模型梁澆筑圖見圖3，初始壓漿缺陷澆筑見圖4。

3 結(jié)果分析

本次試驗檢測采用沖擊彈性波法原理使用預(yù)應(yīng)力筋質(zhì)量檢測儀對B1模型梁(半封錨)及B2(全封錨)模型梁進(jìn)行初始壓漿缺陷檢測，檢測結(jié)果見表2，B1、B2梁反射持續(xù)時間與注漿密實度關(guān)系見圖5，部分分析結(jié)果見圖6～圖7。

表2 初始壓漿缺陷檢測結(jié)果

圖5 B1、B2梁反射持續(xù)時間與注漿密實度關(guān)系

圖6 B1梁N5孔密實度

圖7 B2梁N2孔密實度

通過對比初始注漿膠密實度與持續(xù)時間的線形關(guān)系分析得出，持續(xù)時間參數(shù)與注漿及注膠質(zhì)量相關(guān)性高(相關(guān)性R大于0.93)，滿足測試要求。

從表2實測孔道密實度數(shù)據(jù)可以得出，采用沖擊彈性波法使用預(yù)應(yīng)力筋質(zhì)量檢測儀可以較為準(zhǔn)確地判定孔道內(nèi)部壓漿缺陷。

對比分析不同封錨狀態(tài)下的持續(xù)時間，發(fā)現(xiàn)在相同壓漿缺陷狀態(tài)下，全封錨持續(xù)時間較半封錨狀態(tài)降低17%～45%。說明現(xiàn)場檢測時，封錨狀態(tài)對壓漿缺陷檢測精度影響較大。

4 加固效果評價

在初始壓漿缺陷狀態(tài)下進(jìn)行二次注膠加固，并采用沖擊彈性波法對孔道整體加固效果進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果見表3。

表3 二次注膠加固后孔道密實度檢測結(jié)果表

對不同注膠時間下檢測結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，分析結(jié)果見圖8、圖9。

圖8 模型梁注漿膠密實度與持續(xù)時間關(guān)系圖

圖9 B1梁N3孔道密實度檢測值

根據(jù)圖8、圖9，通過對比二次注膠加固后孔道密實度與持續(xù)時間的線性關(guān)系分析得出，持續(xù)時間參數(shù)與注漿及注膠質(zhì)量相關(guān)性高(相關(guān)性R大于0.96)，滿足測試要求。

從表3實測灌漿密實度數(shù)據(jù)可以得出，采用沖擊彈性波法使用預(yù)應(yīng)力筋質(zhì)量檢測儀可以較為準(zhǔn)確地判定孔道內(nèi)部二次注膠后的孔道密實度質(zhì)量。

通過對不同二次注膠加固養(yǎng)護(hù)時間下的注漿密實度檢測結(jié)果對比，分析得出當(dāng)注膠加固養(yǎng)護(hù)時間在3 d及以上時，養(yǎng)護(hù)時間對檢測結(jié)果的影響可以忽略。

5 結(jié)論

1) 本文基于沖擊彈性波法，對預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度檢測進(jìn)行了相關(guān)研究，并澆筑了2片模型梁，分別從初始壓漿缺陷及二次加固注膠2種狀態(tài)對孔道密實度進(jìn)行了檢測對比分析，檢測結(jié)果與實際壓漿缺陷及實際加固結(jié)果吻合度較好，說明沖擊彈性波法能夠較為準(zhǔn)確地對預(yù)應(yīng)力孔道壓漿缺陷的二次加固效果進(jìn)行評估。

2) 通過對不同二次注膠加固養(yǎng)護(hù)時間下的注漿密實度檢測結(jié)果對比，分析得出當(dāng)注膠加固養(yǎng)護(hù)時間在3 d及以上時，養(yǎng)護(hù)時間對檢測結(jié)果的影響可以忽略。

3) 對比分析不同封錨狀態(tài)下的持續(xù)時間，發(fā)現(xiàn)在相同壓漿缺陷狀態(tài)下全封錨持續(xù)時間較半封錨狀態(tài)降低17%～45%。說明現(xiàn)場檢測時，不同封錨狀態(tài)對壓漿缺陷檢測精度影響較大。