基于冲击弹性波检测预应力孔道压浆质量的评价体系研究

钟辉武，江茂盛，钟建国，吴佳晔

基于冲击弹性波检测预应力孔道压浆质量的评价体系研究

钟辉武1,2，江茂盛1,2，钟建国1,2，吴佳晔3

（1.广东省交通规划设计研究院股份有限公司，广东广州510507；2.广东盛翔交通工程检测有限公司，广东广州511400；3.四川升拓检测技术有限责任公司，四川成都610072）

国内外多家机构都对孔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，大部分并不适合应用于孔道压浆质量的检测。目前，检测预应力孔道压浆质量最有发展前景的方法是基于冲击弹性波。文中建立了基于定性检测的压浆质量评价标准及基于定位检测的压浆质量评价标准，提出了冲击弹性波检测预应力孔道压浆质量及评价结果出现争议时的解决办法，为孔道压浆密实度检测定量分析评价提供参考。

冲击弹性波；孔道压浆质量；检测；评价体系

0 引言

随着我国公路桥梁建设事业的快速发展，预应力混凝土桥梁已在我国桥梁建设中占据主导地位，桥梁建设延米数几乎以每年10%的速度高速增长，且这个统计数据还不包括铁路桥梁和地方市政桥梁[1]。

在工程施工过程中难免会存在质量事故，在对预应力孔道进行注浆过程中，会存在不密实现象。然而，灌浆不密实不仅对预应力混凝土桥梁的耐久性有很大的影响，而且对桥梁的即时承载力也有相当的影响。因此，行业规程、设计均要求压浆饱满，不得存在缺陷。但是，由于现场施工水平、材料水平的限制，很难完全消除压浆缺陷，从而造成了突出的矛盾。同时，在检测工作中，评分标准及评价体系尚未配套，在实际应用中也产生了不便。

因此，笔者首先收集了多个检测工程的样本，统计了不同施工工艺中出现压浆缺陷的概率，在此基础上提出了基于无损检测结果的评价体系。

1 基于冲击弹性波的压浆密实度无损检测技术原理[2]

基于冲击弹性波的压浆密实度无损检测方法包括快速定性检测和缺陷定位检测。

定性检测：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。该方法测试效率高，但测试精度和对缺陷的分辨力较差，一般适用于对漏灌、管道堵塞等压浆事故的检测。

定位检测：沿孔道轴线的位置，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。该方法检测精度高、分辨力强，适用范围较广，目前使用最多。但该方法耗时较长，且受波纹管位置影响较大。

2 基于检测结果的压浆质量评价

2.1 压浆质量评价指标[3]

2.1.1 定性检测的评价指标

为了定性测试的结果定量化，引入了综合压浆指数。当压浆饱满时，If=1；而完全未灌时，If=0。因此，定性检测的各方法（FLEA、FLPV、PFTF）可得到相应的压浆指数IEA（全长衰减），IPV（全长波速）和ITF（传递函数）。同时，综合压浆指数可以定义为：

只要某一项的压浆指数较低，综合压浆指数就会有较明显的反映。

2.1.2 定量检测的评价指标

为了定位测试的结果量化，引入了压浆密实度指数D。当压浆饱满时，D=1；而完全未灌时，D=0。

其中，N为定位测试的点数；β为测点的压浆状态，即良好：1，小规模空洞：0.5，大规模空洞：0。上式也可改写成：

其中，NJ代表健全测点数；

NX代表小空洞测点数；

ND代表大空洞测点数；

N为总测点数，有N=NJ+NX+ND。

2.2 压浆质量现场统计（定性检测）

结合在数个工程上的试验结果，对定性检测的压浆密实度指数进行了统计，推定得出以下经验结果：

(1)定性检测目前主要用于预制梁；对于现浇梁，定性检测的应用较少。

(2)对于未压浆孔道，定性检测的综合压浆指数If均趋近于0。

(3)对于绝大多数正常施工的孔道，综合压浆指数If均在0.88～0.99之间。

(4)当If在0.80以下时，经验证，压浆均出现明显缺陷。

(5)当If在0.88以上时，综合压浆指数If与更能反映实际情况的压浆密实度指数之间的相关性离散较大。

(6)定性检测的综合压浆指数If可以用来反映是否存在漏灌、堵塞等严重、恶性施工事故，但用于判断梁体质量其分辨力不够。

2.3 压浆质量现场统计（定位检测）

在数十个工程上，对定位检测的压浆密实度指数进行了统计。预制梁的定位检测统计结果（压浆密实度指数D）见图1，修正后现浇梁定位检测统计结果见图2（修正方法参照2.4节中描述）。

通过对上述检测结果的分析，可以得到规律性的结果如下：

(1)预制梁一般质量较好，但也有少部分梁（7%左右）压浆质量较差。

(2)现浇梁普遍压浆质量较差，特别是负弯矩处和先剪后连孔道的压浆。

图1 预制梁压浆密实度指数分布

此外，采用压浆密实度指数D时，要注意测点选取位置以及测点数的影响。在实际测试中，可以对孔道全长进行检测，也可以对易于出现缺陷的区域进行局部抽检。显然，对孔道全长的检测得到的D会高于局部抽检得到的D值，这也可以部分解释现浇梁D偏低的现象。

2.4 定性与定位检测相结合

主要针对预制梁进行了定性检测。其中，对定性检测中发现问题的梁体进行了定位检测和钻孔验证。

图2 (修正后)现浇梁压浆密实度指数分布

例如，对某高架桥预制箱梁进行压浆密实度定性检测的结果，发现某梁N3孔道CH1端压浆指数较低，仅为77.8%（见图3），且其传递函数法CH1端的压浆指数仅为67.3%，推断孔道端部附近存在压浆不密实情况。为了确定缺陷的具体位置，对CH1端进行定位检测，测试结果见图4。

图3 定性测试结果

图4 定位测试结果

为了验证测试结果，现场在0.6~0.8 m的区域内开了3个窗口进行验证（见图5）。从开窗结果来看，在端头到0.8 m范围出现缺陷，与定性测试结果十分吻合。

图6是整理的定性检测统计结果（综合压浆指数If）与定位检测结果（压浆密实度指数D）的相关关系。

图5 现场钻孔开窗验证结果

图6 综合压浆If~压浆密实度指数D的相关关系

2.5 孔道压浆质量评价标准

2.5.1 基于定性检测的压浆质量评价标准

对于长度在50 m之内的预制梁，根据综合压浆指数If：

①If＜0.80：有较大的压浆质量缺陷，应进行定位检测；

②If≥0.80：无较大的压浆质量缺陷。

对于现浇梁，评价标准应进行现场试验后确定。

2.5.2 基于定位检测的压浆质量评价标准

根据压浆密实度指数D进行判定。但在实际的检测工程中，检测点的位置并不同，主要有：

①对孔道的全长（或者仅避开检测盲区）进行检测；

②对容易出现问题的部位（如预制梁的端头、反弯点、起弯点附近，先剪后连的部分）进行局部检测。

显然，对孔道的全长范围内进行检测得到的D值要大于局部范围检测得到的D值。为了修正由于测试区间不同而造成的评价结果的过大差别，引入修正压浆密实度指数De：

其中，D为检测区段的压浆密实度指数；

Ld为检测区段长度；

L0为孔道全长；

DK为当该孔道各检测区段中，压浆质量较好的连续区段的压浆密实度指数。该连续区段的长度取检测区段的1/2。

根据修正压浆密实度指数De，有：

①De≥0.95：良好；

②0.90≤De＜0.95：为一般（合格）；

③De＜0.90：较差（不合格）。

3 检测及评价结果出现争议时的处理

当检测方和被检方对测试结果出现争议时，应对测试存在疑问区域进行开孔验证，以确保测试结果的可靠性。但是，考虑到客观性等多方面因素，在钻孔验证时，应该遵循以下原则：

(1)应有一定的钻孔数量：考虑到无损检测和钻孔验证各自均有一定的误差，因此每个争议地点的钻孔数量应不少于3个。

(2)钻孔口径不宜太小。

(3)钻孔的位置应尽量位于管道的上部。

(4)条件允许时，应从上向下钻孔，避免从下向上钻孔。

(5)钻孔后宜用内窥镜观察，可辅以挂钩法，但不应仅用挂钩法。

(6)当钻孔后未发现波纹管时，表明波纹管位置与设计位置偏差过大，应按相关规定处理。

(7)当钻孔验证的结果有一半以上与检测结果不符时：

检测结果偏严：从理论上讲，无损检测和钻孔验证的方法均存在漏检的可能性。相比而言，钻孔验证对于小缺陷（B、C类）漏检的可能性更大。此时，检测单位应对测试结果重新判定，并适当改变钻孔位置（如略微提高，以便打到管道上部）；

检测结果偏宽：表明检测数据或者判定依据出现问题，应重新解析检测数据，必要时重测；无有意义偏差：表明测试数据可能存在较大偏差，应重测。

(8)当钻孔验证的结果有一半以上与检测结果相符时，应以检测结果为准。

(9)当钻孔未找到波纹管时，一方面说明施工时波纹管定位有误；另一方面也说明混凝土可能存在浇筑缺陷（显示为压浆缺陷）。此时应该上下改变位置钻孔，继续验证。

(10)当钻孔后发现虽无空洞，但压浆料较为松软时，表明存在疏松型缺陷。

4 结语

(1)定性检测的评价指标，引入了综合压浆指数If，当压浆饱满时，If=1；而完全未灌时，If=0。定性检测的综合压浆指数可以用来反映是否存在漏灌、堵塞等严重、恶性施工事故。

(2)定量检测的评价指标，引入了压浆密实度指数。当压浆饱满时D=1；而完全未灌时，D=0。

(3)得出了基于定性检测的压浆质量评价标准及基于定位检测的压浆质量评价标准。

(4)给出了基于冲击弹性波检测预应力孔道压浆质量及评价结果出现争议时的解决办法。

[1]张武毅．预应力孔道灌浆密实度检测评价技术体系的研究[J]．四川理工学院学报（自然科学版），2015，28(1).

[2]侯海元，吴进星，吴佳晔．预应力孔道压浆密实度检测方法应用分析[J]．西部交通科技，2013，(10)．

[3]余靖辉．BGM2000桥梁预应力管道智能注浆控制仪注浆质量现场对比试验研究[J]．公路工程，2012，37(6)．

Study on Evaluation System of Pre-stressed Pore Pressure Grouting Quality Based on Impact Elastic Wave

ZHONG Hui-wu1,2,JIANG Mao-sheng1,2,ZHONG Jian-guo1,2,WU Jia-ye3

（1.Guangdong Province Communications Planning&Design Institute Co.,Ltd.,Guangzhou 510507,China;2.Guangdong Shengxiang Traffic Engineering Testing Co.,Ltd.,Guangzhou 511400,China;3.Sichuan Shengtuo Detection Technology Co.,Ltd.,Chengdu 610072,China）

Though many related researches have been conducted on the compaction degree detection of pore pressure paste by the institutions home and abroad,these detection methods have their limitations in different degrees and most of which are not suitable for pulp quality detection of pore pressure.At present,the most promising detection method is the impact-elastic-wave-based method for pre-stressed pore pressure pulp quality.This paper,sets up the grouting quality evaluation criteria based on the qualitative detection and localization detection,puts forward the solution for settling the disputes of impact elastic wave testing of pre-stressed duct pressure pulp quality and evaluation results,which provides some reference to the relative field.

impact elastic wave;pore pressure grouting quality;detection;evaluation system

U446

A

1671-8496-(2016)-04-0024-05

2016-05-24

钟辉武(1987-)，男，助理工程师

研究方向：桥梁检测