高速公路桥梁预应力孔道压浆质量检测与分析

2020-04-24孙智荣

山西建筑 2020年8期

孙智荣

(山西省晋中路桥建设集团有限公司，山西晋中 030600)

1 工程概况

山西某高速公路特大桥采用6×30+20×(4×30)+6×30 m预应力钢筋混凝土箱梁结构，施工方法为先简支后连续。箱梁高2.4 m，上宽2.6 m，下宽1.2 m，跨中腹板厚度0.2 m，梁端腹板厚度0.35 m，每片梁设置纵向张拉孔10个，左右两侧腹板各5个。预应力钢筋混凝土箱梁采用C50混凝土，选用Фs=15.2 mm钢绞线，锚具选用15-6型，15-7型，波纹管选用Ф=80 mm的塑料波纹管。

建设项目实施阶段在施工现场建设梁场，做好箱梁预制和张拉工作。为了保证预应力钢绞线张拉施工质量，压浆后7 d采用冲击回波法对孔道压浆密实度进行检测，并分析实验数据，进行定性评价。

2 冲击回波法检测工作原理

2.1 检测工作原理

冲击回波法是一种无损检测方法，其工作原理是通过机械冲击施加一个瞬时的低频应力波，传播进入混凝土内部，当到达混凝土缺陷或构件底面被反射回来。由于应力波在不同介质之间传递的速度不同，在分界面上会产生瞬态共振，通过振幅谱可以分析确定共振频率。再进一步进行时域分析与频域分析，从而确定结构内部的缺陷位置。当预应力孔道压浆存在缺陷时，会在缺陷界面产生反射，且应力波返回所用的时间比密实部位时间长，冲击回波法检测工作原理如图1所示，缺陷测试原理如图2所示。

2.2 信号分析

冲击回波信号反射波被回收后，通过数模转换(A/D)后被检测仪器采集、存储。根据测试部位的厚度、测试精度要求确定采样频率，通常采用频率设定为100 500 kHz。信号经过处理后，可以得到清晰的回波信号的频率幅值谱。纵波是采集信号中重要的组成部分，可以表达结构厚度，因此检测过程中重点对频谱图中厚度频率幅值峰进行分析确定。

1)时域分析。

根据检测过程中孔道压浆缺陷部位或结构底面的反射波走时tR，结合应力波在预应力孔道中的传播速度VP，计算混凝土厚度和缺陷位置，计算公式如下：

T=aS·VPtR/2。

其中，aS为系数，根据构件截面几何形状确定；VP为混凝土P波波速；tR为反射波的走时。

2)频域分析。

冲击波在传播到孔道压浆表面、底面和内部缺陷时，会产生瞬态共振，进而在振幅谱中出现峰值，可以根据峰值确定混凝土的厚度和结构内部缺陷的位置。在混凝土与水或空气的界面位置，计算公式如下：

h=aS·VP/2Ft。

其中，Ft为冲击应力波的共振频率，Ft=1/tR。

在混凝土与钢材界面，计算公式如下：

h=aS·VP/4Ft。

由于冲击波传播到不同界面所产生的反射纵波不同，声阻抗存在一定的差异，因此计算公式不同。波速测定的准确率越高，厚度计算值越准确。

3 孔道压浆质量检测与分析

3.1 孔道压浆现场检测方案

本项目预应力孔道压浆选用的梁场的四片梁，每片梁选取其中一个压浆孔道，均选择肋板部位的压浆孔道，编号依次为K1,K2,K3,K4。测线沿波纹管走向布置，压浆孔测试端定义为0端，另一端定义为1端。本项目孔道压浆检测主要选用的仪器为SPC-MATS预应力混凝土多功能检测仪，配备前置放大器、加速度传感器、激振导向器、激振锤一套、笔记本平台分为仪器主机和计算机，以及配套的数据解析软件。

3.2 孔道压浆饱和度检测结果分析

根据冲击回波检测原理，收集检测数据，并借助仪器自带的解析软件进行分析，确定0端口和1端口的激振测试结果。文章以孔道K2作为研究对象，解析检测数据确定测试结果，如表1，表2所示。

表1 K2孔道0端激振测试结果

表2 K2孔道1 端激振测试结果

设置判断基准值混凝土波速为4.3 km/s，使用软件对数据进行二次解析，进一步进行数据分析，绘制波长—振幅比数据分布曲线详见图3。

根据冲击回波法检测原理，分析K2孔道波长—振幅比数据分布曲线图，得出孔道0端砂浆饱和度为92.3%，1端砂浆饱和度为92.1%，平均值为92.2%。桥梁预应力张拉孔道压浆检测过程中由于受到波纹管材质等因素的影响，或者检测过程中敲击力度不足，会造成测试结果与实际不符，在解析过程中应将不符合要求的波形删掉。

表3 预应力孔道压浆等级评价标准

根据表3中对孔道压浆等级的评定标准，确定K1，K2,K3,K4孔道压浆定性检测结果。经定性检测分析确定孔道K2的灌浆指数为92.2%，定性评价等级为二级；K1的灌浆指数为91.54%，定性评价等级为二级；K3的灌浆指数为93.42%，定性评价等级为二级；K4的灌浆指数为89.68%，定性评价等级为三级。