PC桥梁密实度定位检测的应用研究

李远晨

摘 要：结合广东多条高速公路预应力孔道压浆密实度检测的现场情况，介绍了冲击回波定位检测方法、影响因素及检测数据的处理分析方法；通过检测数据的处理、分析，指导施工单位封锚压浆、补浆及其他专项处理措施和建议，从而控制预应力孔道压浆施工质量。

关键词：桥梁；预应力管道；压浆密实度；冲击回波法；定位检测

1 前言

目前国内外很多机构及研究所都对管道压浆密实度检测进行了相关研究，但是各种检测方法都具有一定的局限性，其中应用较为成熟的电磁波雷达法和超声波法由于受铁皮波纹管的金属屏蔽作用影响，并不适合应用于孔道压浆质量的检测。相对适用且最有发展前景的是冲击回波法，相比于超声测试法和雷达测试法，冲击回波法信号稳定，受钢筋干扰小，具有一定的优势。

2 工程概况

作为一种新的检测技术目前在广东应用于多条高速公路的桥梁预应力管道压浆的现场检测工作中，其中某高速项目全长108公里，全线采用双向六车道高速公路标准建设，设计时速100公里，设主线桥梁85座。桥梁上部结构普遍采用预应力梁，在后张法梁的施工过程中，预应力管道压浆是桥梁施工质量控制的关键要素之一。通过定位检测测试数据分析管道压浆密实度状况，及时指出压浆存在的问题，进行相应的调整，从而控制预应力管道压浆施工质量。

3 定位检测

3.1 采用冲击回波法

冲击回波定位检测法是通过瞬时力学冲击产生瞬时应力波，应力波在结构中传播，当遇到缺陷或界面时被反射，通过冲击面与缺陷及界面间的多重反射，引起瞬时共振状态，识别并能确定结构是否完好无损或确定缺陷位置的方法，包括等效波速法和共振偏移法。根据在波纹管位置反射信号的有无以及底端的反射时间的长短，即可判定压浆缺陷的有无和类型。当孔道压浆存在缺陷时，有：①激振的弹性波在缺陷处会产生反射；②激振的弹性波从底面反射回来所用的时间比压浆密实的地方长。

3.2 测线布置

结合施工现场，对预制梁和现浇梁进行全面的定位检测，根据设计图纸和施工记录标出孔道的位置，定位检测测线布置：沿孔道距梁端4m内布置测线，测点间距为20cm。因梁端存在缺陷的可能性较大，所以无论是压浆端还是出浆端都需要布置测区，如有必要可增加测区范围。

3.3 检测频率

孔道压浆成品质量一般在压浆完成7天后进行检测，各项目检测频率为：每个预制梁场前2片必检，后续生产的预制梁按1%的比例抽检且不少于2片，抽查到的构件我们根据现场情况对能够检测的孔道进行了抽检；现浇、悬浇结构纵向预应力孔道抽检比例不少于5%；当发现孔道压浆质量不合格时，加倍抽检。

3.4 判定基准

在定位检测分析中，除了在孔道线上进行测试外，同时也在没有波纹管的位置沿着孔道线的方向也进行了标定测试。根据测试原理，没有波纹管的地方，可以等同于波纹管孔道内压浆密实，即没有波纹管的地方的反射时间，可以作为波纹管压浆是否密实的判断基准之一。

4 定位检测的影响因素

4.1 确定性因素

通过依托工程发现，大量的干扰因素会造成定位检测准确性的降低，导致出现误判。影响因素包括随机不确定性因素以及确定性因素。确定性影响因素可以通过大量实验以及理论分析，把其影响精准地排除。确定性因素包括以下几类：

（1）梁、板的厚度，一般来说，当管径相同时，板厚越薄，冲击回波定位检测法的测试精度越高，这也是IEEV法的特点。基于目前的定位检测的技术水平，在采用D50激振锤激振时，等效波速法一般要求梁、板的厚度不超过0.6m，而共振偏移法则要求管道最大埋深不超过0.6m。

（2）管道的排列，对于梁体中多排灌浆孔道，定位检测往往只能检测出最靠近检测面。因此，当有双排管道时，尽可能从两个侧面测试。

（3）管道的位置，对角落边界条件比较复杂的管道需要加密测点。

（4）压浆龄期，显然的压浆龄期较短时，压浆料强度较小，未能和混凝土梁结合为一体共同受力，其情况接近于缺陷状态。规范对压浆料有具体要求，必须满足3d抗压强度达到20MPa，7d抗压强度达到40MPa。现场检测发现部分有质量问题的压浆料在压浆长达1个月的时间才能凝固硬化，甚至更长时间。

4.2 不确定性因素

除此之外，定位回波法检测时应考虑随机不确定性因素。随机因素占比越大，误判可能性越高。这些随机因素可以分一下三类：

（1）第一类来源为砼结构自身的离散性，冲击回波法频率响应与混凝土的波速和混凝土板的厚度有关，波速越大，频率越大，板厚越大，频率越小。根据公路钢筋混凝土设计规范，不同标号的混凝土材料强度本身具有一定的离散性。以C50的混凝土为例，变异系数为0.11，标准差为强度平均值的11%，1倍标准差范围外即约占40%的混凝土强度会偏离平均值11%左右，更不用提工程施工不一定能满足规范要求，与混凝土强度相关的混凝土波速也具有较大的离散性。

（2）第二类来源为激振锤冲击脉冲及激振位置的可靠性，为了得到检测结构的弹性波响应频谱，需要在混凝土表面作用一个冲击脉冲。理想的冲击脉冲在时间无限小而作用力无限大的激励。然而，在真实世界中不可能存在时间无限小而作用力无限大的情况。

（3）第三类来源为检测设备数据采样以及数据分析的适用性，信号采样和处理直接影响到检测信号的有效性，对检测精度具有重要影响。

5 检测结果及数据分析

目前通过对广东多条高速公路200多片预制梁以及部分现浇梁管道的检测以及开孔验证情况，发现检测过程中尽管大部分的管道壓浆质量较好，但是压浆存在明显缺陷的情况仍然不少，部分孔道梁端端头处甚至完全空洞。

图1为单个管道缺陷比例的数量分布直方图。从图中可以看出，大部分管道（接近80%）是饱满的，但是有不小一部分管道的缺陷很严重。缺陷管道的频率随着缺陷比例的增大而逐渐减小，但是并没有显著消失，在20%的位置上仍然有不小的数值。这种管道缺陷比例的概率分布形式明显是不对称的，和正态分布不一致，其概率分布形式更接近于幂律分布。

6 结语

研究表明PC桥梁压浆密实度采用的基于冲击弹性波的检测技术是目前最为有效的检测方法，但它仍受诸多因素的影响，还需进一步完善以保证检测的精确性。对依托工程进行管道压浆质量检测，并总结了压浆质量的情况，提出了压浆缺陷比例的分布属于幂律分布的观点。结合现场验证，明确了压浆缺陷的无损检测方法的工程适用性及可靠性，同时，根据目前国内预应力混凝土结构压浆技术规范的欠缺，针对性的编制检测地方指南，将会对系统控制预应力孔道压浆质量，保证PC桥梁结构的安全性和耐久性具有重要意义。

参考文献：

[1] JTG D62—2012.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].