公路工程预制箱梁注浆密实度检测研究

摘要 为了评估公路工程中预制箱梁孔道注浆密实度的质量，以提高结构的安全性和耐久性，文章采用冲击回波法对预应力管道的注浆密实度进行了定性与定位检测，通过实测波速、全长衰减法分项注浆指数、全长波速法分项注浆指数及传递函数法分项注浆指数等参数综合分析。结果表明：检测的各预应力孔道注浆密实度均达到规范要求，整体结构稳定性得到了有效保障。冲击回波法为预制箱梁的注浆质量检测提供了可靠的无损检测手段，可实现快速、精确的质量评估。

关键词 预制箱梁；注浆密实度；冲击回波法；无损检测

中图分类号 U445 文献标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）23-0082-03

0 引言

在公路桥梁工程中，预制箱梁孔道的注浆质量对桥梁的整体安全性和耐久性具有重要影响。注浆密实度不足的孔道可能导致钢绞线腐蚀、预应力损失，进而影响桥梁结构的稳定性。随着无损检测技术的发展，冲击回波法凭借其快捷、准确的特点，已成为检测混凝土结构密实度的重要手段。通过冲击回波法的纵波、横波及表面波的传播特性分析，可以识别孔道内注浆体是否存在不密实的区域[1]。该研究针对汕头市牛田洋快速通道的预制箱梁，采用冲击回波法进行孔道注浆密实度检测，研究成果为公路桥梁结构的质量控制提供了理论和技术支撑。

1 冲击回波法的基本原理

冲击回波法是通过对混凝土结构施加机械冲击，使得结构表面产生应力波。应力波的种类主要包括纵波（P波）、横波（S波）和表面波（R波），其中纵波由于传播速度较快、频率响应强，因此成为冲击回波法中的主要检测波[2]。当机械冲击作用于结构表面时，产生的P波、S波和R波以不同方式进行传播。P波以体波的形式沿传播路径快速传播，并在碰到声阻抗差异明显的边界时反射回表面，这也是冲击回波法的核心检测信号。由于混凝土具有一定的厚度和致密性，P波的频率通常高于其他波。S波和R波分别为横向传播的剪切波和沿表面传播的表面波，二者在特定情况下会影响检测精度。图1为冲击回波法中主要应力波的传播过程及其反射、折射的行为。

为了提取有用的检测信息，冲击回波法采用傅里叶变换将时域信号转化为频域信号[3]。通过快速傅里叶变换（FFT），可以将反射波的时间位移信号转化为频率振幅信号，从而得到频谱图。在频谱图上，横轴表示频率，纵轴表示幅值。对于给定的混凝土结构，其主频响应值可以通过公式（1）计算得到：

（1）

式中：——主频（Hz）；——材料的P波速度（m/s）；——结构厚度（m）。

在实际操作中，由于受检测点混凝土状态的影响，频谱图上主频的峰值可能出现偏移，从而反映出检测区域的密实度情况。当孔道压浆密实时，检测到的回波主频接近理论主频；而在不密实甚至空隙状态下，冲击波遇到孔隙时会发生绕射，传播路径和周期增加，使得频率偏移到低频方向[4]。管道压浆密实状态下的主频响应一般较高，而存在空洞或不密实的区域则会出现明显的低频漂移。图2为不同密实度下的冲击回波主频变化示意图，fa、fb、fc、fd分别代表在不同密实度条件下系统的冲击回波频谱中出现的特征频率，可以看出管道压浆状态良好与不良时的主频响应特征存在明显差异。

根据测得的频谱图形态及主频值，可判断结构的密实度状态，尤其是在预应力管道检测中，该方法能够通过不同频率响应的差异识别出空隙或缺陷位置，实现预应力结构的无损检测。

2 工程概况

汕头市牛田洋快速通道和金砂西路西延线工程是该区域重要的交通基础设施建设项目，CK0+698.45金凤西路互通立交C匝道桥为组合式桥梁结构，采用先简支后桥面连续的预制箱梁设计，上部结构采用预制箱梁和现浇连续箱梁结合，下部结构桥墩设计为桩基础支撑的框式墩。箱梁长度为30 m，采用C50混凝土，考虑预应力混凝土的张拉需求，采用公称直径为15.2 mm的高强度低松弛钢绞线，符合《预应力筋用锚具、夹具和连接器》（GB/T 14370—2015）设计标准。钢绞线的公称抗拉强度标准值为1860 MPa，张拉控制应力为1395 MPa，弹性模量为1.95×105 MPa。该预制箱梁内设置了5条预应力管道，其中N1、N2和N5管道配置5束钢绞线，N3和N4管道配置6束钢绞线。各管道均采用金属波纹管成型，管径65 mm，钢带厚度不小于0.35 mm，预应力孔道内注浆材料为高强度水泥浆。

3 注浆密实度检测方案

采用CTG-1TF冲击回波测试系统，通过定性检测和定位检测，检测预制箱梁内部预应力管道的注浆密实度，具体流程见图3。

为保证检测数据的代表性和准确性，在测试过程中，优先选取管道易出现密实度问题的进浆口和出浆口进行重点检测，这两处由于灌浆压力变化和流动阻力影响，通常易出现不密实区域。沿管道长度方向设置多条检测测线，每条测线沿波纹管的走向平行布置，以便检测过程中有效捕捉管道内密实度的变化情况。根据预应力管道直径及施工过程中常见的密实度波动范围，测点间距设为10 cm，以确保在检测密实度变化较大区域时能够有效捕捉主频漂移信号。靠近进浆口和出浆口的测点间距适当加密，沿波纹管的不同位置适当增设检测点，如在距进浆口和出浆口5 m范围内加密测点布置，每条测线的起始位置和测点数量均依据实际波纹管的分布特性确定。

4 数据分析及评定标准

4.1 定性检测

在预应力孔道压浆密实度的检测中，定性检测方法通过分析冲击回波频谱图的波形特征，结合设定的参数，计算实测波速、全长波注浆指数、衰减法注浆指数、传递函数注浆指数及综合注浆指数等关键参数，以评估孔道的压浆质量状况[5]。根据《桥梁预应力孔道注浆密实度质量检测技术规程》（DB13/T 2480—2017）及《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650—2020）的相关要求，通过综合注浆指数If进行质量判断，If值的范围被划分为四个等级，每个等级对应不同的孔道压浆质量状况及特征描述，具体如下：

（1）≥0.98：孔道内注浆密实或基本密实，注浆饱满，仅可能存在微小气泡或细微收缩，注浆体与钢绞线完全接触，通常代表理想状态下的压浆密实度，表明孔道内没有明显缺陷。

（2）0.90≤＜0.98：注浆存在轻微缺陷，孔道内波纹管顶部可能有小范围的空隙，部分浆体可能因收缩与钢绞线脱离接触，但整体质量尚可，说明孔道内注浆状态较好，但存在轻微缺陷。

（3）0.85≤＜0.90：注浆存在明显缺陷，波纹管顶部有较大空隙，且钢绞线部分区域与浆体接触不良，说明该区域的注浆密实性较差，可能会影响预应力钢绞线的防护效果。

（4）＜0.85：注浆存在严重缺陷，孔道内注浆严重不足，波纹管顶部无浆体填充，存在砂浆的重度不足，注浆体与钢绞线几乎无接触，会导致钢绞线失去应有的保护，对结构的耐久性和安全性构成威胁。

4.2 定位检测

在预应力孔道压浆密实度的定位检测中，根据《桥梁预应力孔道注浆密实度无损检测技术规程》（DB14/T 1109—2015）和《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T 3650—2020）的相关要求，通过计算压浆率D来量化孔道的密实程度。压浆率D的计算公式为：

（2）

其中，——压浆率（%）；——测点数量，通常测点间距为10～20 cm；——每个测点的压浆状态，取值为0或1，分别对应无缺陷和有缺陷的情况。

不同缺陷的判断依据具体见表1。若某测点的等效波速降幅达到5%～15%，或波纹管处有明显的反射信号，则该点被标记为存在缺陷。

对于金属波纹管和塑料波纹管的检测，若等效波速的降幅在5%～10%之间，且波纹管处有明显反射，则可视为存在轻微缺陷；而降幅超过15%且伴随波纹管反射信号明显，则被判定为严重缺陷。对于不同的缺陷状态，还需考量缺陷长度，单个缺陷长度不得超过0.4 m，否则需重新评估整个检测区段的压浆质量。

在压浆率计算完成后，根据判断标准，若D值不小于90%，且单个缺陷长度不超过20 cm，则该段孔道的压浆质量视为合格；若D值小于90%，则需对存在缺陷的区域进行补浆和再评估，确保压浆质量满足设计要求。若评估后的D值仍低于90%，则该孔道被认定为不合格，需采取相应的处理措施。

5 注浆密实度检测结果分析

在汕头市牛田洋快速通道和金砂西路西延线工程II标段CK0+698.45处的38-4#预制箱梁孔道注浆密实度检测中，采用多种参数综合评估孔道内部的注浆质量。检测结果显示：各预应力孔道的综合注浆密实度评价均达到规范要求。以下对各项检测指标进行具体分析。

（1）Vc实测波速

各孔道的波速在4 167～4 257 m/s之间，符合预制混凝土的波速标准。波速值的稳定性表明注浆材料在孔道内分布均匀且密实，从而有效支撑了预应力钢绞线的保护。

（2）IPV全长波注浆指数

所有检测孔道的IPV值均为1，表明孔道内部没有显著空隙或不密实区域，浆体填充状态达到理想的均匀性和连续性。

（3）IEA注浆指数

IEA指数多数孔道为1，个别孔道（如N1-2、N2-1、N5-2）略低于1（最低为0.96），但仍接近理想值，这表明大部分孔道的注浆状态较为理想，仅个别位置可能存在轻微的收缩或局部空隙，但对整体密实度影响不大。

（4）ITF传递函数注浆指数

所有孔道的ITF值均为1，表明注浆材料与钢绞线的接触良好，能够有效传递预应力荷载，保证结构的稳定性和耐久性。

（5）综合注浆指数

所有孔道的值均在0.98～1之间，其中大部分孔道达到了1。根据注浆密实度评价标准，这些孔道的值均在合格范围内，表明孔道注浆质量基本密实，无明显质量缺陷。

由上述分析可知，38-4#预制箱梁孔道的注浆密实度均达到标准要求，密实性较高，无显著缺陷。各项指标如IPV、IEA、ITF和均接近或达到1，表明孔道注浆质量优良，能够为预应力钢绞线提供良好的保护和支撑，从而保障桥梁结构的安全性和使用寿命。

6 结语

综上，该文通过冲击回波法对公路工程预制箱梁孔道的注浆密实度进行检测和分析，采用定性检测与定位检测相结合的方法，评估了注浆的密实状况。检测结果表明：各孔道的注浆质量均达到设计规范要求，各项指标接近理想值，注浆材料在孔道内分布均匀、黏结良好，能够为预应力钢绞线提供稳定的保护。冲击回波法在注浆密实度检测中表现出较高的准确性和效率，为预应力混凝土结构的无损检测提供了可靠的技术支持，为类似工程的检测和质量控制提供了参考。

参考文献

[1]苏永青.后张法预制小箱梁预应力施工技术探讨[J].科学技术创新， 2021（16）：128-129.

[2]苏鹏，李恒，阳浩.基于反拉法的预制混凝土小箱梁锚下有效预应力损失影响因素研究[J].市政技术， 2024（4）： 198-202.

[3]周超.谈预应力智能张拉压浆系统施工技术[J].工程建设与设计， 2019（5）：263-264+267.

[4]魏连雨，王金伟，刘永平，等.桥梁注浆孔道中冲击弹性波波速特征检验研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版）， 2017（1）：14-18.

[5]熊亮.基于不中断交通的水泥混凝土桥梁梁底裂缝修补技术研究[D].重庆：重庆交通大学， 2022.