基于冲击回波法的桥梁预应力孔道灌浆密实度检测方法研究

薛松

摘 要：全国很多质检机构对预应力混凝土桥梁后张法孔道的灌浆密实度检测都提出了明确的要求，很多在建工程也对灌浆密实度进行了专项检测。鉴于此，本文探讨了冲击回波法的桥梁预应力孔道灌浆密实度检测方法，以期为相关工作提供参考。

关键词：冲击回波法;预应力混凝土梁;灌浆密实度;检测方法

中图分类号：U445.57 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）26-0078-03

Research on Detection Method of Bridge Prestressed Hole

Grouting Density Based on Shock Echo Method

XUE Song

（JSTI Group，Nanjing Jiangsu 210017）

Abstract： Many quality inspection organizations throughout the country have put forward clear requirements for the grouting density detection of the post-tensioned tunnel of prestressed concrete bridges， many construction projects have also carried out special tests on the grouting density. In view of this， this paper discussed the method of detecting the compactness of bridge prestressed tunnel grouting by impact echo method， in order to provide reference for related work.

Keywords： impact and echo method;prestressed concrete beam;grouting compactness;detection method

1 橋梁预应力孔道灌浆质量的无损检测评估方法

对桥梁预应力孔道灌浆质量进行无损检测，是指在不让孔道结构受到破坏的前提下，运用目标性能与测试之间的直接和间接关系量来获取目标性能[1]。根据所使用的技术手段不同，常见的混凝土无损检测方法可以被分为波动振动类、电磁波类以及其他类型。

1.1 超声波透射法

将发射探头和接收探头分别放置在梁的两端，通过管道的轴心将两个探头的两端连接起来，并且按照所获取的信号来判断具体缺陷。如果该测点的波速小、能量也相对较弱，就有可能伴随有灌浆缺陷。使用超声波透射方法时，要确保两侧探头位置的连线保持在水平状态，并且不能够将其用在大范围检测工作中。

1.2 探地雷达法

通过天线，高频电磁波可以向结构下方进行传播，在边界位置处反射回传播信号之后，另一天线会对信号进行接收。在此过程中，在钢绞线的作用下，电磁波会产生强烈的反射，此时，混凝土就会屏蔽电磁波。由此可见，这种方法对孔道中密实情况的观察比较直接，它只能够用来检测塑料孔道的密实度。

1.3 射线照相检测法

当射线穿过物体时，光子被光吸收或者光发生了散射，迫使射线强度降低。此时，如果射线到达缺陷位置，其强度基本上不会被减弱，感光胶片也会产生大量的光子，此时胶片的黑度范围也会拓宽。由此可见，要详细观察胶片上的黑度情况，这样也便于对缺陷进行判定。

1.4 红外热像法

这是一种在热传导理论以及红外线成像理论基础上发展起来的无损检测方法，根据在物体表面产生的温差，可以分成被动和主动热像检测法，其中，对混凝土结构的检测需要用到主动热像检测法。开始阶段，热源能够提升混凝土解耦股的温度，再使用红外热像仪对结构表面温度进行观察，可以很好地定位以及识别混凝土内部的缺陷。

1.5 冲击回波法

将瞬时冲击弹性波施加于混凝土表面，这一弹性波可以穿透波纹管，传播到混凝土内部。在遇见不同的阻抗介质时，这种弹性波会被缺陷或者地面反射。如果依然有缺陷存在，就会伴随明显的反射信号。

2 冲击回波法检测孔道灌浆质量的影响因素分析

2.1 孔道直径的影响

预应力孔道灌浆缺陷在不同的工程项目中各有差距，由于孔道直径的不同，其间会出现冲击回波。针对不同的直径，要建立全空波纹管模型，运用弹性波的应力云图观察缺陷，当孔道中缺陷的直径为1cm时，人们能够明显看到在缺陷的顶端位置处弹性波发生了发射。通过分析频谱图，人们可以发现比较明显的反射频率。随着孔道缺陷直径的逐渐增加，频谱图中的缺陷反射频率也会逐渐明显起来，由此可见，对于冲击回波的检测结果而言，孔道直径对其有着直接的影响。当孔道中的缺陷直径是1cm时，冲击回波难以对孔道中的缺陷进行分辨，随着孔道直径的不断增加，冲击回波才可对孔道中的缺陷进行准确定位。

2.2 孔道材质的影响

一般情况下，塑料波纹管和金属波纹管为常见的两种预应力混凝土孔道。其中，金属波纹管的阻抗高于混凝土，而混凝土的阻抗又高于塑料波纹管，它们之间的差值较大。因阻抗不同，钢界面、塑料乃至混凝土的界面都可以反射应力波。从混凝土进入钢界面，阻抗可以从低变高，此时，反射系数也将逐渐成为正值，但是，在此过程中，相位不会出现变化，小部分的波受到反射，大部分波则会折射到金属介质中。然而，从混凝土界面至塑料界面，阻抗从高到低，反射系数也会成为负数，相位随之出现变化，在此过程中，小部分波在塑料介质中进行了折射，大部分受到反射后被射回来。塑料介质的反射更为明显，其间会伴随大量能量的失散，因此会影响测试结果的准确性。在实施混凝土孔道灌浆模拟作业时，金属波纹管的选用比较常见。

2.3 波纹管间距影响

当相邻的未灌浆孔道与测试孔道的净距大于孔道内径的0.5倍时，被测试的孔道板厚频率不会受到未灌浆孔道的太大影响。如果灌浆饱满孔道的测点为波速测点，那么，对板厚频率的测试就不会影响到临近的空管道，换言之，如果波纹管的净距离不小于0.5倍的孔道内径时，邻近空管道也不会影响到灌浆饱满孔道。

3 孔道灌浆密实度质量检测

3.1 定性检测

3.1.1 全长衰减法（FLEA）。如果孔道中的灌浆密实度比较高，激振信号传递到受信信号，能量就会出现大面积的衰减，振幅也会相对减小;如果孔道中灌浆密实度减弱，在激振信号到达受信信号时，能量减弱的同时振幅也会增加。由此可见，通过比较能量的振幅大小，人们能够准确判定灌浆的质量，详情如图1所示。

3.1.2 全长波速法（FLPV）。在确定孔道距离的基础上，对弹性波经过孔道的时间进行测定，以便计算出弹性波经过孔道的波速，借助波速的大小对灌浆质量进行判断。当灌浆的密实度为0时，测试波速基本与钢绞线的波速相同;当灌浆密实度为1时，测试波速基本等于混凝土的波速。随着灌浆密实度的不断增加，测试波速将逐渐减小。

3.1.3 传递函数法（PFTF）。激振信号产生于预应力梁的一端，如果灌浆的接收缺乏密实性，就会出现高频振荡。如果接收端的灌浆密实性较高，就会出现低频振荡。由此可见，通过对比接收信号和激振信号，人们能够对梁端附近的灌浆缺陷状况进行判断。按照综合灌浆指数的大小，人们就能够确定灌浆质量的好坏。

3.2 定位检测

对灌浆密实度进行定位检测时，人们可以使用冲击回波法。在开展检测的过程中，要顺着孔道的位置，在纵向方向上用扫描的方式逐点在测试区域完成激振和信号的接收。通过判断波纹管处是否存在反射信号和反射时间的长短，人们就能得知灌浆缺陷类型，一旦孔道中存在缺陷，部分弹性波传递到缺陷处后就会出现反射，而另一部分弹性波则会绕过缺陷，直接传送到板底，这时就会延长传播路径[2-4]。

3.3 检测技术及设备

在检测T梁的孔道灌浆密实度时，检测所用的设备是冲击弹性波检测仪。该设备是立足于无损检测技术，将冲击弹性波作为测试媒介的无损检测设备，因此能够有效确保混凝土结构和材料不会受到二次伤害，可以提升混凝土结构和材料质量。

检测时采用的工具如表1所示。

表1 检测工具

[名称 数量 作用 冲击弹性波检测仪 1 冲击回波测试 冲击锤 1 产生弹性波 直尺 1 布置测线测点 颜料笔 2 布置测线测点 记录本 2 记录数据 电脑 1 分析数据 ]

4 现场检测

现场检测可以运用定性检测方法，它能够有效檢测孔道灌浆的密实度，获取不同孔道的灌浆指数。通过对灌浆指数进行分析，人们可以对能否继续开展测试进行判定。在具体开展各项工作的过程中，人们需要在指数相对较低的孔道中开展定位测试工作，在落实定位测试工作的过程中，要使用冲击锤敲击梁表面，并且对板的厚度用弹性波进行检测，定量检测灌浆的密实度，根据灌浆密实度的大小，判断不同位置的灌浆情况。受梁体结构的影响，在开展定位测试的过程中，要保障测试距离为0.2m，并且顺着孔道走向在腹板上逐点实施测试。在布置测试点的过程中，要确保混凝土的表面处于平整状态，还应该保持测试面的整洁度，不能出现浮土等可能对冲击效果产生影响的覆盖物。

5 预应力孔道位置验证经验总结

一是应该明确测量孔道在混凝土梁中的具体位置，为后续工作的顺利开展奠定良好基础。二是掌握梁的长度对定性检测工作的影响，通常应该控制梁的长度在50m之内，一旦超出此长度，就会影响定性检测工作的精度。此时就需要用到定位检测，再对缺陷位置进行判定。三是管道的测试方向和排列都会对定性测试方法产生影响，此次试验使用定位检测方法，到达“马蹄”位置的3个孔道呈平面布置状态，不能定位测试每个孔道。因此，双排管道要尽可能从梁的侧面开展测试工作。

四是管道材质对测量质量的影响。在对梁板预应力孔道进行检测时，用到的是金属波纹管，因梁端已经封端封锚，再加上铁皮和缺陷的反射互逆，存在相互抵消现象，因此需要用到定性检测方法来进行综合判断。五是混凝土浇筑质量产生的影响。通常，混凝土的浇筑质量影响并不大，但是混凝土存在不均匀测区以及浇筑缺陷，这就会影响检测结果，因此，检测人员会判定混凝土内部缺陷为孔道缺乏密实性，这就需要具备丰富的测试经验。

6 结语

当前，人们可以运用冲击回波方法对预应力混凝土梁灌浆密实度进行检测，这是一种比较经济准确的检测方法。但是，在桥梁工程施工中，预应力梁型的布筋方式会在检测过程中产生干扰，这就需要检测人员全面考虑，运用科学的检测方法，结合多种验证手段，准确判定预应力孔道的质量，这样能够有效确保整个桥梁的可靠性和安全性。

参考文献：

[1]曹慧珺.基于冲击回波法对灌浆质量检测技术的应用研究[D].南昌：东华理工大学，2018.

[2]张敬彬.冲击回波法在预应力混凝土结构无损检测中的应用研究[D].北京：北京交通大学，2017.

[3]陈芳平.预应力孔道灌浆质量无损检测与快速评价技术研究[D].重庆：重庆交通大学，2014.

[4]杨海林.冲击回波法检测预应力孔道灌浆的应用研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2014.