浅析预应力孔道压浆饱满度检测技术

周涛

摘要：以沿海高速台州湾大桥及接线工程项目为例，本文主要介绍桥梁预应力孔道压浆饱满度质量检测技术，在进行灌浆饱满度检测时可进行全梁长检测、缺陷位置定位置检测，本文还特别阐述了浙江省对灌浆饱满度检测的灌浆质量评定标准、本项目工程实例及结合本项目的一些总结，可供同类型工程参考借鉴。

关键词：预应力孔道压浆饱满度检测、桥梁预应力孔道压浆、孔道压浆质量、浙江省压浆质量评定标准

1前言

预应力混凝土桥梁在使用过程中，特别是使用年限较长的时候，会出现各种老化、缺陷问题较多现象（如预应力损失较大等）。因此，在预应力混凝土梁的施工过程中，预应力孔道压浆这道施工工序是至关重要的。如果预应力张拉力不够、压浆不饱满和混凝土浇筑质量较差，那么预应力桥梁会在使用阶段随着年限加速结构的劣化，后果严重时甚至会造成重大安全质量隐患，从而将社会造成较大的经济损失和社会影响。预应力梁作为桥梁重要的受力结构，如果预应力张拉应力满足设计要求，那么预应力的整体耐久性将直接影响桥梁的使用寿命，故施工过程中严格控制预应力梁的压浆质量是非常重要的。了解成品的预应力梁的压浆质量是否满足施工要求？而传统的破除直观检测费用较高且破除的构件又不能使用，单一的抽检不具备代表性。本文介绍最新的预应力孔道压浆密实度无损检测技术，通过宏观的波形判断从而判断压浆饱满度是否满足施工要求，该方法经济实用，可以让项目管理人员全面了解成品预应力梁的压浆质量，从而有效保证桥梁的使用寿命。

2工程概况

台州湾大桥及接线工程某项目桥梁设计共有9座，上部结构基本为预应力混凝土梁，预应力孔道总数为25229束，数量非常大，故对预应力梁的压浆这道施工工序的施工质量控制是至关重要的。为有效保证项目的预应力梁的压浆饱满度，项目采购了一台压浆饱满度检测设备，从而全面地掌握工后预应力梁的压浆情况，通过检测过程中发现的小缺陷改进施工工艺，进而有效保证了桥梁的使用寿命。

3预应力孔道压浆饱满度检测技术

灌浆缺陷产生的原因很复杂，一般有：（1）泌水现象，特别是由于钢绞线的电化学作用，使得水泥浆和水产生分离，进而在水集中的部位形成空洞缺陷;（2）真空压浆时，由于压力不连续等原因，使得在孔道中形成整个断面的空洞;（3）气泡：由于确保压浆料的流动性而添加的添加剂会形成大量的氣泡，个别地方气泡会聚集从而产生疏松型缺陷。施工过程中容易出现压浆质量缺陷的位置有：（1）对于简支梁，在梁的两端锚头附近、孔道的起弯点、以及曲率变化处;（2）对于连续梁，除简支梁的部位外，在反弯点、空气排出孔附近。

为有效保证项目的预应力梁的压浆饱满度，项目向公司申请采购了一台压浆饱满度检测设备，该套检测仪通过对梁体的敲击产生弹性波，弹性波对梁体的穿透、反射等特性，对弹性波的穿透和反射的分析，从而判断梁体的压浆密实度。

3.1全梁长测试

利用锚具两端露出的钢绞线（2-3cm）进行一端敲击，产生弹性波信号，另一端接收信号波;重复对另一端敲击，这一端接收信号波;进而对全长钢绞线的压浆饱满度进行检测。因空洞等质量缺陷一般会发生在孔道的最上方，因此一般我们只需要对孔道最上方的钢绞线检测，如图2。

3.1.1整梁长灌浆性能

采用全长衰减法和全长波速法进行分析。

3.1.1.1全长衰减法

如果该孔道灌浆质量较饱满，弹性波的能量在传播过程中损失的越多，能量衰减较大，振幅比就较小。相反，如果孔道灌浆质量较差，则弹性波的能量在传播过程损失的相对较少，能量衰减较小，则振幅比就较大。因此，通过测试弹性波能量传播的衰减，就可以一定程度推测该孔道灌浆的施工质量。图3为全长衰减法示意图。

3.1.1.2全长波速法

通过整根钢绞线的长度并结合弹性波经过钢绞线的传播时间，我们可以大概计算出弹性波经过钢绞线时传播的波速，进而根据弹性波波速值与单一在钢绞线和混凝土中传播波速值进行对比。因在钢绞线传播波速一般较大约为5.01km/s、在混凝土传播波速一般较小约为4.1～4.6km/s，一般当灌浆质量较饱满时，该束钢绞线的波速基本接近混凝土中的波速，进而我们可以根据波速的变化来判断该预应力管道灌浆饱满度情况。图4为全长波速法示意图。

3.1.2端部灌浆性能

采用传递函数法和波形特征对比法进行分析。

3.1.2.1传递函数法

根据敲击端与接收端信号的初动部分的振动频率来检测锚头附近的灌浆饱满度;当灌浆饱满时，初动部分的钢绞线周围有灌浆料约束，不易自由振动，敲击端信号初动部分频率较低;而当出现灌浆不饱满区域时，初动部分的钢绞线周围缺乏灌浆料约束，产生自由弦振动，敲击端信号初动部分频率较高。图5为传递函数法概念图。

3.1.2.2波形特征对比法

当预应力孔道端部存在不密实区域时，因弹性波在钢绞线中的传播速度比混凝土快，所以接收到弹性波信号首先是经钢绞线传来的信号，然后是经周围混凝土传来的信号，两者之间会有一定的时间差。当端部灌浆饱满时，钢绞线传来的信号与经周围混凝土传来的信号较为接近。图6为波形特征对比图。

3.1.3综合灌浆指数

为了全梁长测试的结果定量化，引入了综合灌浆指数。当灌浆饱满时，，而完全未灌时，。因此，上述各方法可得到相应的灌浆指数，和。同时，综合灌浆指数可以定义为：

通常，灌浆指数大于0.95一般意味着灌浆质量较好，灌浆指数大于0.8小于0.95表明灌浆一般，而灌浆指数低于0.80则表明灌浆质量较差。

3.2 定位置缺陷检测

3.2.1定位置缺陷检测的基本原理

首先定位出波纹管位置，敲击该位置，根据弹性波在波纹管位置反射信号多少以及与另一侧段的反射时间的长短，来判定孔道灌浆的缺陷情况和类型。当管道灌浆存在缺陷时，有：

4.浙江省灌浆质量的评价标准

如该束孔道的综合灌浆指数≥0.80;缺陷高度不超过2cm或管径的1/3;连续缺陷长度≤0.4m，则评定为未见明显缺陷;若如该束孔道的综合灌浆指数≥0.80;有局部小缺陷且缺陷指标在上述指标范围内，则评定为局部欠密实，构件仍能使用;否则为不合格。

5.工程中的范例

5.1综合灌浆指数范例

该孔道N2束经检测后0端的综合灌浆指数为0.776<0.8，灌浆饱满度不满足施工要求;1端的综合灌浆指数为0.981>0.95，灌浆饱满度较好。分析原因：0端端头位置可能压浆欠压未压实引起的。

该孔道N1束经检测后0端和1端的综合灌浆指数为0.968>0.95，灌浆饱满度较好。

5.2定位检测缺陷范例

该N3束距端头0.61m至0.88m存在缺陷;距端头5.46m至5.83m存在缺陷;距端头6.02m至5.43m存在缺陷;距端头7.06m至7.28m存在缺陷;距端头10.7m至11.19m存在缺陷;距端头14.69m至15.1m存在缺陷;存在缺陷較多。

该束压浆未见明显缺陷，压浆较好。

6.小结

6.1自身压浆质量控制方面

（1）孔道压浆前，应事先对采用的压浆料进行试配，控制好水灰比、流动度等;

（2）压浆时，压浆的最大压力不要超过0.6MPa，压浆应达到孔道另一端饱满并于排气孔排出与进口段流动度相同的浆体为止;

（3）进行压力补浆时，让管道内浆液自由地从出口端流出，再次泵浆，直到出口端有匀质浆体流出，在0.5MPa的压力下保压超过5min。此过程应重复1～2次。

（4）压浆后应从锚垫板的出浆孔检查压浆的密实情况，如有不实，应及时补灌，以保证孔道内压浆完全密实;

（5）如果构件在压浆后需要移动，则应在浆体强度达到设计强度75%后才能进行，一般建议3天后移动。

6.2检测方面

（1）因检测设备传感器灵敏度较高，外界强分贝会对检测的信号有干扰，将对检测结果分析有一定影响，故检测时尽量避开空压机工作和龙门吊运梁走动等;

（2）检测一般现场看不出结果，所以要做好后续的检测跟踪工作;

（3）若检测结果出现缺陷较为严重，需注浆或者报废处理等的，要及时分析原因，要求复测等，避因其他因素产生误判。

参考文献

1. 浙江省台州湾大桥及接线工程交工质量检测实施方案（修改稿）3.31-2003

2.公路桥涵施工技术规范（JTG/T 3650-2020） 人民交通出版社 2020

3.公路工程质量评定标准（JTG F80/1-2017） 人民交通出版社 2017