对公路水运工程后张法预应力梁孔道注浆饱满指数的应用和验证

张佳运

（辽宁省交通运输事务服务中心，辽宁 沈阳 110005）

孔道注浆密实度是后张法预应力混凝土梁实体质量的重要指标，在很大程度上决定后张法预应力梁的承载力和耐久性。如果注浆不饱满，会导致处于张拉状态下的钢筋或钢绞线材料暴露在空气中，近海环境还会有水气和氯盐渗入，进一步提高了钢筋或钢绞线的易腐蚀程度。严重时张拉材料会突发断裂，注浆缺陷可能导致预应力结构因应力集中。

改变混凝土受力状态，从而影响结构的使用功能[1]。冲击弹性波检测技术应用到公路水运工程实体检测以来，对孔道注浆质量的检测理论方法不断优化，为进一步提升对孔道注浆质量无损检测的可靠性，本文提出基于冲击弹性波检测技术的孔道注浆饱满指数，补充定性评价公路水运工程后张法预应力混凝土梁孔道注浆质量的评价体系，得出孔道注浆饱满指数可实际应用于工程检测的结论。

1 研究现状及发展趋势

预应力混凝土结构在我国公路水运工程建设领域快速发展，该生产方法对预应力结构孔道注浆的质量要求非常严格[2]。国内外研究人员开发了多种方法检测孔道注浆密实度情况，各检测方法均具有各自的优缺点，现简要介绍如下：

（1）钻芯、钻孔检测：该检测技术客观性强，往往作为最终的判定验证手段，但必须进行局部破损，导致检测效率低，检测费用高，且破坏性检测不能用于大范围检测[3]。

（2）基于电磁波理论的检测方法：雷达法只能对孔道注浆质量进行定性检测，对于孔道注浆缺陷的定量判别还需要进一步的研究，尤其是雷达波受金属屏蔽作用影响，该检测方法无法用于开展金属管壁孔道的质量检测[4]。

（3）基于超声波理论的检测方法：超声波法被广泛用于工程无损检测，该方法需要受检结构两边均存在检测作业条件，必须开展对向检测且测试面需要良好耦合，对作业环境要求较高，检测效率较低，超声波检测法的适用范围和检测精度还有待于进一步深入研究。

（4）基于放射线理论的检测方法：该方法对公路水运工程后张法预应力孔道注浆质量的检测结果与梁体局部破损验证的结果一致性高。但仪器较为昂贵，放射线贯穿实体厚度较小，且放射线对人体有害，虽检测结果直观、准确，但在混凝土预制、现浇场地应用可行性较差[5]。

（5）基于冲击弹性波理论的检测方法：冲击弹性波的应用理论与超声波理论类似，但冲击弹性波能量更大、更易于开展频谱分析，针对后张法预应力孔道注浆密实度检测，其检测方法不存在明显短板，是当前最值得被进一步深入研究的检测方法。

因此冲击弹性波法是最适合对公路水运工程后张法预应力混凝土梁孔道注浆质量进行检测的有效手段[6]。

2 冲击弹性波法检测基本原理

对公路水运工程后张法预应力混凝土梁孔道注浆密实度检测技术进行综合研究，基于冲击弹性波的后张法预应力混凝土梁孔道注浆密实性无损检测技术，该项技术主要是通过对测试部位的混凝土打击激振并诱发自由振动，分析注浆密实处与不密实处测得的共振频率位置的偏移量，判断预应力孔道质量问题。

通过冲击弹性波法检测公路水运工程后张法预应力混凝土梁孔道注浆质量分为以下两种方法：

2.1.整体检测的基本理论

后张法预应力梁端部同一条钢绞线的两侧锚定位置布置检测装置，其一作为冲击波信息的激发端，另一端作为冲击波信息的接收端，如图1～2 所示，对比两端信号异同，可以整体判断该孔道的注浆密实性[7]。

图1 同一孔道两侧锚定位置布置检测装置示意图

图2 预应力梁两端布置检测装置示意图

根据弹性波在预应力孔道中传播过程中能量的衰减比来定性地判断孔道注浆有无缺陷的分析方法，称之为全长衰减法（FLEA）。

根据弹性波在预应力孔道中的传播速度的大小来定性地判断孔道注浆有无缺陷的分析方法，称之为全长波速法（FLPV）。

如果孔道未注浆时，测试波速约为每秒5.01 千米，如果孔道注浆完全密实时，测试波速约为4.30 千米至4.60 千米之间，测试波速随注浆密实度变化见图3。

图3 测试波速随注浆密实度变化示意图

图4 局部精准检测的测试原理示意图

根据弹性波在预应力孔道中的传播频率的变化来定性地判断孔道两端有无缺陷的分析方法，称之为传递函数法（PFTF）。整体检测某条预应力孔道注浆饱满程度时，如果受检孔道两端即靠近锚定位置存在注浆不饱满情况，冲击弹性波振动频率会发生较明显变化以此来判定受检孔道两端附近的注浆质量是否存在缺陷。

受到张拉的钢绞线，其自振频率f1可以由下式得到：

其中，L：参与振动的钢绞线的长度；

T：钢绞线的张力；

2.2 局部精准检测的基本理论

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。

3 孔道注浆饱满指数

测试孔道注浆的各类方法分别具有各自的优、劣势如表1 所示。

表1 检测注浆饱满程度各方法的优劣对比列表

基于上述理论，并综合各方法优缺点，提出孔道注浆饱满指数用于判定公路水运工程后张法预应力混凝土梁孔道注浆密实度情况，当注浆饱满时=1，而未注浆时，孔道注浆饱满指数通过下式计算：

其中，IEA为全长衰减法（FLEA）测得的分项指数；

IPV为全长波速法（FLPV）测得的分项指数；

ITF为传递函数法（PFTF）测得的分项指数。

4 孔道注浆饱满指数的应用验证

选取在建工程浇注后张法预应力混凝土梁以及高校教学用特制缺陷模型梁作为验证对象，采用四川省某公司生产传感器及检测设备，通过检测孔道注浆饱满指数确定受检孔道是否需要对重点部位进行局部精准检测，对有条件的部位进行破拆，将在建工程用梁破拆结果或教学模型梁制作信息与孔道注浆饱满指数检测结果进行验证，得出孔道注浆饱满指数在工程检测领域存在应用价值的结论。

5 结语

在公路水运工程后张法预应力混凝土梁制作生产过程中，孔道注浆密实度是实体质量控制重点，在很大程度上决定后张法预应力梁的承载力和耐久性。冲击弹性波因其安全性高、能量大、易于频谱分析等特点，适合对预应力孔道注浆密实度开展无损检测。通过对孔道注浆饱满指数的提出及验证可以看出，该指数理论依据充分，精确度高，可以用来测定孔道注浆密实度是否合格，尤其适合政府质量监督机构及工程监理单位在工程施工现场快速对孔道注浆质量作出定性判断。