预应力孔道灌浆密实度定性检测概述

景明成 丁文海 林燕生

摘  要：预应力混凝土梁因其出色的经济性和安全性在桥梁工程中应用广泛。其中孔道灌浆密实性结果对预应力混凝土桥梁的承载力和耐久性有很大影响。定性测试通过在一端激发信号，另一端接收信号，可同时完成能量、频率、波速的采集，通过三者与灌浆密实性的相关性可以对孔道灌浆质量进行判定。定性检测效率高，受到广大检测人员的欢迎，但因其对缺陷的分辨力较差，一般仅适用于管道堵塞等灌浆事故的排查、漏灌，在本文中对定性检测的适用性和局限性进行分析，以备检测人员根据检测对象和检测目的合理使用定性检测方法。

关键词：孔道灌浆密实度;定性检测;能量;频率

中图分类号：U445.57      文献标识码： A       文章编号：1671-2064（2020）03-0000-00

0 引言

预应力混凝土梁因其具有极其出色的经济性和安全性，在现代桥梁工程中得到了极其广泛的应用。预应力孔道注浆密实度在很大程度上决定了预应力混凝土桥梁的承载力和耐久性[1]。普遍认为预应力孔道灌浆的目的主要有：通过灌浆体使得钢绞线与周围混凝土形成一个整体，改善应力分布，提高构件的承载力;排除孔道内的水和空气，防止预应力钢绞线被腐蚀，保证构件的耐久性。但是因为各种原因导致的孔道灌浆不密实，容易引起水和空气的进入使得处于高度张拉的钢绞线易发生腐蚀，造成有效预应力降低。严重时，钢绞线会发生断裂，极大地影响桥梁的耐久性、安全性。此外，压浆质量缺陷还会导致混凝土应力集中，进而改变梁体的设计受力状态，从而影响桥梁的承载力和使用寿命，还会造成安全隐患和垮桥等恶性事故[2]。

本文以冲击弹性波理论[3]为基础，针对孔道灌浆密实度检测中的定性检测方法进行研究，对灌浆定性检测[4]的适用性及局限性进行分析，以备检测人员根据检测对象和检测目的合理使用定性检测方法。

1 定性测试方式比较

目前常见的定性测试方式有单端激振和双端激振。单端激振，利用激振工具对外露的预应力孔道钢绞线激振，并在该端接收信号。通过分析可以得到弹性波在孔道中的传播时间和能量的衰减情况，判定孔道灌浆质量的优劣。双端激振，分别在预应力孔道的一端激振从而产生弹性波信号，另一端接收弹性波信号。通过分析在弹性波在传播过程中信号的能量强弱、频率变化、波速大小，来判定孔道灌浆质量的优劣（如图1）。

相比单端激振，双端激振不仅可以获得波速、能量，还可以获得频率，特别是通过比较激振端与接收端频率的变化，对端头位置灌浆不密实处有很好的反映（下文定性方法原理详细叙述，此处不再赘述）。双端激振，分别在某一端激发信号，另一端接收信号。将两次测得的信号通过数学计算，采用双曲线回归求出振幅比与波长的关系，进而求得修正后的振幅比和弹性波信号的衰减率，因此测试精度高于单端激振。虽然在测试效率上低于单端激振，但是一般情况下，完成一个孔道的测试时间在3-5分钟，满足工程测试效率。因此本文论述的定性检测测试方位为双端激振。

2 定性检测原理

2.1能量衰减法

一般孔道灌浆密实性越高，能量在预应力孔道的传播过程中逸散的就越多，衰减越大，振幅比就越小。反之，若孔道灌浆密实性较低，则能量在传播过程逸散较少，衰减小、振幅比大（如图2）。

2.2传播时间法

通过激振端和受信端可以得到弹性波经过预应力孔道的传播时间，且弹性波传播的预应力孔道长度已知，从而可以计算出弹性波经过预应力孔道的波速。通过波速的大小来判断预应力孔道灌浆密实度情况。一般情况下波速与灌浆密实度有相关性，随着灌浆密实度的增加波速逐渐减小，当灌浆密实度达到100%时，预应力孔道的P波波速接近混凝土中的P波波速（如图3）。

由图3可见，灌浆密实度大约在0～40%时，测试波速变化很明显，此时波速对灌浆质量非常灵敏，具有较强的区分能力，但当灌浆密实度超过约40%以后，测试波速变化非常缓慢，此时波速对灌浆质量的灵敏度降低，区分能力变差。换言之，传播时间法更适用于灌浆密实度很低的工况，这一点要特别引起注意。

2.3频率特征法

在预应力孔道的一端钢绞线上激振产生弹性波信号，另一端接收弹性波信号，如果端头附近存在不密实情况，會使振动的频率发生变化。因此，通过对比接收信号与激发信号频率变化，可以判定锚头两端附近的灌浆质量情况（如图4）。

当受信端出现空腔，处于高张的预应力筋处于无束缚状态，当预应力筋受外力轻微激振或波动影响时，即会产生较高频率，反之难以振动起来，频率较低。需要注意的时，此时预应力筋只要有束缚钢绞线就无法正常振动起来，因此，此法只能反映端部空与不空，无法测试灌浆的密实程度。

3 定性检测判定标准

3.1 综合灌浆指数

通过识别激振端和接收端首波，获取弹性波在两个传感器之间的传播时间，结合孔道长度，得到灌浆孔道波速，根据波速与灌浆质量的关系可以即可获取波速灌浆指数;通过两端幅值对比可得到能量比值，进而可以得到能量灌浆指数;通过对两端信号的激振频率和受信频率分析，可得到频率特征，进而可以得到频率灌浆指数。定性分析成果如图5、图6。

最后引入综合灌浆指数：

其中，，分别为能量衰减法、传播时间法、频率特征法，三种方法得到的相应灌浆指数。

3.2判定基准

灌浆指数的计算是基于标定的基准值来计算的，一般在未标定的情况下，基准值可按下表取值（如表1）。实际上不同型号的钢绞线、锚具、梁的形式以及预应力孔道的位置都会对基准值产生影响，所以在条件许可时，进行相应的标定或通过大量的测试并结合数理统计的方法确定基准值是非常有必要的。