桥梁预应力孔道压浆密实度检测现状分析及对策技术研究

陈合德

(浙江交科工程检测有限公司，杭州 311200)

0 引 言

自改革开放以来，我国桥梁建设事业飞速发展，取得了巨大成就，建设了众多以杭州湾、港珠澳等跨海特大桥为代表的大跨径预应力混凝土桥梁。在这些桥梁中，后张法预应力混凝土技术因其能够使用高强材料、结构轻型化、跨越能力大、可有效避免混凝土开裂以及方便使用曲线配筋、受力结构合理等优点而得到广泛的应用。但是后张法预应力混凝土结构中依然存在着一些病害，其中常见的是在弯曲管道顶点及锚固区附近有空洞浮浆，使预应力筋得不到应有的保护而被腐蚀，从而导致桥梁承载力下降，甚至坍塌。预应力孔道压浆密实度已严重影响到预应力钢绞线的使用寿命，从而威胁到预应力混凝土结构的安全性、可靠性。

1 桥梁预应力孔道压浆密实度检测现状

1.1 相关规定

(1)《公路桥涵施工技术规范》 (JTG/T F50-2011)第7.9.12条规定[1]：压浆后应通过检查孔抽查压浆的密实情况,如有不实,应及时进行补压浆处理，并提出了设置检查孔和压浆应该达到密实的要求。

(2)《铁路混凝土施工质量验收标准》 (TB 10424-2010)要求[2]：预应力筋张拉后处于高应力状态，对腐蚀非常敏感，所以应按设计要求尽早进行压浆。压浆是对预应力筋的永久性保护措施，要求水泥浆饱满密实，完全裹住预应力筋。压浆质量的检验应着重于现场观察检查，必要时采用无损检测或凿孔检查。工艺中应包括压浆饱满度控制标准。水泥浆除了为预应力筋提供可靠地防腐保护外，同时与预应力筋之间的黏结力也是预应力筋与混凝土共同工作的前提。

(3)《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2017) 8.3.3条规定[3]：预应力管道压浆及封锚分项工程，是因为预应力管道压浆状况对结构受力性能、耐久性有直接影响，施工质量不易保证，故单独作为一个分项工程进行检验评定，并在管道最高位置应设置排气孔或检查孔。条文说明要求：为防止出现压浆不饱满，可在管道适当位置(如最高处等)设置补浆管或检查孔，在浆体终凝后进行二次真空补浆。

(4)浙江省地方标准《公路桥梁后张法预应力施工技术规范》(DB33/T 2154-2018)第6.3.1中说明[4]：应根据设计规定设置检测管和排气管，并在附录中对检测管和排气管具体设置部位提出详细的布设方法。

1.2 检测方法概述

孔道压浆是隐蔽工程，预应力系统设计上往往没有设置检查孔，施工中无其它检查措施，因此孔道压浆的质量好坏不易被评估。然而预应力孔道压浆质量好坏直接影响着工程质量和使用寿命，对它进行事后检测非常重要。现在国内外主要检测方法有：钻芯法、超声波法、电磁波法、射线法、冲击弹性波法等[5]。

(1)钻芯法。是利用钻机和人造金刚石空心薄壁钻头，从结构混凝土中钻取芯样以检测混凝土强度和检测混凝土内部缺陷的一种方法。该方法直观、可靠、准确。但钻探取芯法和芯样加工比较笨重，操作不便，成本也高，普遍使用受到限制；取芯只能反映钻孔范围内的小部分混凝土质量，对构件整个断面来说，以点代面容易造成误判或漏判；钻孔取芯后，结构局部受到损坏，空洞需进行修补。

(2)电磁波法(如电磁雷达)。该方法由于受金属屏蔽，因此不适合于金属波纹管；对于塑料波纹管或者无管状况，因构件配置钢筋密集，也常被屏蔽而结果难以科学评估。电磁雷达受钢筋影响大、适用范围窄、对缺陷不敏感、测试精度低。

(3)超声波法。从理论上，利用灌浆缺陷对波速的影响，采用对测的方法可以检测灌浆缺陷，但需要从板的两侧面对测，而且需要耦合，因此作业性差，效率很低，难以实用。

(4)射线(X光、伽马射线、铱192等)法。该方法的检测精度较高，但存在测试设备复杂、具有放射性、需要底片等费用，检测成本高，因此在国内基本上没有得到应用。

(5)冲击弹性波法。该方法目前工程应用较多，其中包括定性检测和定位检测两种方式。定性检测是利用露出的锚索，在一端激发信号，另一端接收信号，通过分析在传播过程中信号的能量、频率、波速等参数的变化，从而定性地判断该孔道压浆质量的优劣；定位检测是沿孔道轴线的位置，以扫描的形式逐点进行激振和接收信号，通过分析激振信号从波纹管以及对面梁侧反射信号的有无、强弱、传播时间等特性，来判断测试点下方波纹管内缺陷的有无及形态。通过两种检测方式的相结合的冲击弹性波检法，在工程中有一定的实用性，但也存在诸多不足：定性检测的结果与真实的压浆密实度没有明确的对应关系，比如，某预应力孔道的综合压浆指数为0.95，判定该孔道压浆密实度合格，但并不意味着该孔道的压浆密实度达到95%，综合压浆指数和压浆密实度不是一一对应的关系；定位检测的结果不直观，需要用户利用自身经验来对缺陷进行判定；定位检测在数据采集过程中，人为因素对检测结果的影响较大，比如激振点的选择、冲击锤的选择、激振方式等，都会对检测结果造成影响；定位检测对特定梁型有较好的检测效果，但在其他类型，尤其是现浇梁，以及厚壁、钢筋密集区域的检测，效果不理想。

1.3 检测发现问题

(1)由外观检查、桥梁解剖发现的问题

预应力孔道压浆不密实出现严重的空洞和钢绞线锈蚀等严重影响结构安全的质量问题；并且施工现场发现压浆、排气孔出现空洞或未见浆液流动痕迹。

(2)在试验室进行体外模拟试验发现的问题

对预应力混凝土悬臂浇筑、拼装及现浇预应力连续梁的压浆密实度进行的标准模拟试验中，验证了在孔道高差大于80cm以上的管道上，在管道的最高点一般会出现不小于1cm高度的空洞，空洞长度视坐标的不同而有所区别，普遍大于5m以上，体积不小于2L，说明了试验室都不能达到密实饱满，那么现场施工更难以做到。

(3)现场检测发现的问题

对浙江某省道公路大桥12个压浆孔道进行了检测和补压浆，从检测的结果来看，空洞体积较大，全部在7L以上，其中有1个孔道压入灌浆料达80kg( 40L)。

对浙江某高速公路大桥连接线50个检测孔进行了检测和补压浆，从统计结果看，空洞体积大于等于10L的有18个，在5～10L之间的17个，小于5L的有15个，最大补压浆的数量43kg (21.5L)。

浙江某铁路预应力孔道压浆密实度检测汇总、浙江某高速公路预应力孔道压浆密实度检测汇总分别见表1、表2。

表1 浙江某铁路预应力孔道压浆密实度检测汇总表

表2 浙江某高速公路预应力孔道压浆密实度检测汇总表

从上述检测结果可知,现场施工的孔道压浆不密实质量问题普遍存在且非常严重。

2 压浆密实度不足原因分析

2.1 施工工艺不到位

预应力管道压浆施工由于排气不完全、浆液存在气泡、压力泌水等原因，一般在曲线管道的顶点及锚固区附近存在着压浆空洞和泌水产生的浮浆留存在浆体表面的现象，预应力管道压浆几乎不可能达到密实饱满。

2.2 检测手段落后

现有压浆密实度检测方法尚未达到事前、事中及事后的质量控制效果。

2.3 技术规范不适应

现有的《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)未明确检查孔的设置要求和部位及检查的方法标准；《公路工程质量检验评定标准》(JTG F80/1-2017)对检查孔设置及检查方法未能做到全面、客观描述来解决压浆密实问题，更未关注到由于浮浆使得二次真空补压浆会与原有浆液产生分层现象，这一现象将对总体压浆的质量产生严重的影响。

3 提升措施及对策

3.1 编制先进技术规范

技术落后是造成预应力管道压浆质量问题的主要原因之一，为将最新先进技术手段和实践经验加以总结应用，需要编制行业标准《桥梁预应力管道压浆施工及密实度检测技术规范》，及时更新现有桥梁预应力管道压浆施工过程中的压浆密实度检测方法和部分预应力压浆施工工艺，通过顶层设计为桥梁预应力孔道压浆密实度质量提供技术支撑。

3.2 埋设检测孔

埋设桥梁预应力孔道压浆密实度检测孔在压浆完成后进行检测是检测压浆密实度最可靠、简便的方法。预埋检测孔兼具及时检测和补压浆作用，既可解决施工过程中无法解决的泌水、空洞等问题，又可解决由于施工过程中出现意外突发情况而形成的空洞或漏压浆等严重施工质量问题,并且施工简便。检测孔是简易、直观、高效地检测预应力孔道压浆密实度的主要通道，并可通过抽取空气的数量和压入灌浆料的数量来准确计算空洞的体积。为了确保能及时进行检测、抽取积水和补压浆工作，埋设的检测孔及检测通道应采用不易变形、有足够强度和易与补浆设备相连接的镀锌管，且应与波纹管牢固连接。同时保持检测通道的断面不小于直径20mm，以保证二次真空补压浆饱满密实。可通过预埋的检测孔对压浆出现的空洞进行二次真空补压浆作业，是解决压浆不饱满的简便、高效的有效施工方法，并可在终凝后对二次补浆的质量进行复测。

3.3 完善压浆施工工艺

真空压浆只是为了帮助浆液更快更顺畅的流动而增加的辅助作用，主要仍靠浆液的流动度和压浆泵的适度压力来保证，但不可能达到孔道压浆密实饱满的效果。现有的预应力管道压浆料的技术要求由于未对泌水作用产生的浮浆进行控制和遏制，所以正在使用的压浆料普遍存在着浮浆比较严重的现象。加强浆液配合比研制，并在最新的技术规范基础上结合有效检测方法才能达到预应力孔道压浆密实饱满。

3.4 应用有效检测方法

“预应力混凝土现浇梁预应力管道压浆密实度综合检测方法”[6]是目前最先进的检测方法，可六步有效实现空洞定位和精准检测。预应力混凝土现浇梁预应力管道压浆密实度综合检测方法，包括如下步骤：(1)仔细研读设计图纸，了解分析结构的钢筋、钢绞线布置，掌握预应力钢绞线的数量直径、管道的布置和直径；施工过程中压浆的情况、压浆料的品牌，浆液的制备等有关原始档案数据；(2)模拟试验：按照图纸上的坐标、管道直径、钢绞线数量进行体外模拟试验，通过试验确定预应力管道压浆密实度的情况，空洞产生的位置、高度及钢绞线在管道内的位置；(3)用混凝土透视仪在实际浇注箱体上准确检测出结构钢筋、构造钢筋、钢绞线的位置和深度，在模拟确定的相应空洞位置用密实度质量检测仪复测空洞的位置，校核空洞的大小；(4)在已初步确定的部位，按照检测要求，加工出一个平整、光洁的平面，然后在这一平面上用混凝土透视仪准确描出钢筋、钢绞线的部位并以此描绘出管道和空洞的位置；(5)精确选择在管道和空洞的上缘，确保避开钢筋和钢绞线，确定取芯的点，将钻石钻孔系统装置固定在加工好的平面上，用外径20mm的钻头，缓慢地钻取到已确定的部位和深度，打通空洞；(6)最后用内窥镜检测空洞高度、压浆的质量和对空洞的体积进行测量计算。

3.5 加强运营桥梁检测

应尽快开展对运营中的桥梁预应力管道压浆密实度及钢铰线锈蚀的检测工作，消除普遍存在且后果非常严重的压浆不密实、钢铰线锈蚀问题，防止出现桥梁承载力下降甚至垮塌事故的发生，确保运营中的桥梁结构安全。对于已经通车的桥梁，在压浆密实度综合检测的基础上，按照检测的空洞大小和长度，在现场准确描绘出钢筋、波纹管和空洞的位置，并在钻孔验证后，分析评估钢铰线在失去水泥钝化保护后的锈蚀程度，编制分析评估报告，确认加固方案。根据检测分析预应力孔道压浆不密实病害状况特点，对于钢绞线刚开始锈蚀或锈蚀程度较轻的，通过钻孔处补设的二次补压浆通道对预应力孔道压浆空洞处进行补浆，并用灌浆密实度质量检测仪复测补压浆的效果。对钢铰线锈蚀严重的构件采用施加体外预应力等方法进行加固处理，从而提升桥梁工程的预应力管道压浆密实度，解决运营桥梁的压浆空洞质量问题，提高桥梁结构的使用寿命和结构的安全可靠。

4 结 语

(1)对浙江省部分公路和铁路桥梁预应力孔道压浆密实度检测数据进行数理统计分析，表明目前预应力桥梁孔道压浆不密实质量问题普遍存在且非常严重。

(2)孔道压浆不密实质量问题产生主要原因在于施工工艺不到位、检测手段落后和技术规范不适应等。

(3)编制先进技术规范、采用科学合理施工工艺和检测方法是解决孔道压浆不密实质量问题的综合对策。其中埋设桥梁预应力压浆密实度检测孔，在压浆完成后进行检测是检测压浆密实度最可靠、简便的方法；加强浆液配合比研制，完善压浆施工工艺,是解决预应力管道压浆密实度问题的有效办法。

(4)预埋检测孔兼具及时检测和补压浆作用，既对预应力孔道压浆密实度状况进行直观、高效的检测，又能实现压浆密实度检测从象征性的定性检测迈向了实质性的定量数据检测，并利用预埋检测孔进行补压浆，彻底解决预应力管道压浆施工质量问题。

(5)对于已经通车的桥梁，在压浆密实度综合检测的基础上，按照检测的空洞大小和长度，在现场准确描绘出钢筋、波纹管和空洞的位置，并在钻孔验证后，分析评估钢铰线在失去水泥钝化保护后的锈蚀程度，编制分析评估报告，确认加固方案。对钢铰线锈蚀严重的构件采用施加体外预应力等方法进行加固处理。

(6)预埋检测孔加强施工自检，并采用“预应力混凝土现浇梁预应力管道压浆密实度综合检测方法”进行第三方检测，无论对新建桥梁还是旧桥加固意义重大，可有效提升桥梁预应力管道压浆密实度，提高桥梁结构的使用寿命和结构的安全可靠性，具有广阔的应用前景。