橋梁預應力灌漿檢測

1、橋梁預應力孔道壓漿檢測（四川升拓檢測技術有限責任公司，四川 成都 610045） 摘 要：本文介紹的是橋梁預應力孔道壓漿密實度質量檢測技術，由四川升拓檢測技術生產的預應力混凝土梁多功能檢測儀在進行灌漿密實度檢測時可進行定性檢測及定位檢測，本文還特別說明了如何對灌漿密實度檢測后的灌漿質量進行評價。特別說明：我公司的預應力灌漿密實度檢測技術已提出“一種基于頻率傳遞特性的橋梁預應力管道灌漿密實度檢測”方法，并申請了發(fā)明專利。 關鍵詞：大橋垮塌、橋梁安全檢測、預應力灌漿密實度檢測、橋梁預應力孔道壓漿、灌漿密實度檢測、灌漿密實度定性檢測、預應力孔道壓漿密實度檢測儀、沖擊回波、孔道灌漿質量預應力橋梁安全孔

2、道壓漿檢測儀1 引言夏季防洪防汛，做為連接河流的重要交通道路橋梁，對其預應力孔道壓漿密實度檢測是必要檢測項目。由于連續(xù)大雨，于2013年7月9日江油盤江大橋垮塌。預應力混凝土梁在運行過程中，不可避免地會出現各種老化、劣化現象（如混凝土強度降低，預應力損失等）。同時，在預應力混凝土梁的制作中，預應力張力到位、管道灌漿的密實度和混凝土的澆筑質量保證是非常重要的。否則，會加速結構的劣化，嚴重時甚至造成安全隱患和垮橋等惡性事故，從而造成社會經濟的損失。 我們歷時10余年，與國內外相關機構合作開發(fā)了一整套針對這兩項關鍵問題的解決方案和技術體系。該方案基于無損檢測技術，具有測試效率高、可靠性好、對結構無損

3、傷等特點。2 設備基本構成預應力混凝土梁多功能檢測儀SPC-MATS本產品主要構成如下： 儀器主機（小型一體化平臺） 傳感器（進口） 外置放大器 激振系統(tǒng)及線纜 無線操控系統(tǒng) 產品軟件（數據采集、數據解析、自動生成報告）3 測試項目及方法4 預應力灌漿密實度檢測技術通過彈性波的透過、反射等特性，可以對預應力梁的孔道灌漿密實度進行定性檢測和定位檢測。1. 定性檢測通過露在兩端表面的錨頭/鋼絞線進行激振和拾振，進而對整個鋼絞線的灌漿密實度加以分析。主要包括以下方法：1) 全體灌漿性能采用全長衰減法（FLEA）和全長波速法（FLPV）進行測試。（1） 全長衰減法（FLEA）如果孔道灌漿密實度較高，能

4、量在傳播過程中逸散的越多，衰減大，振幅比小。反之，若孔道灌漿密實度較低，則能量在傳播過程逸散較少，衰減小、振幅比大。激振信號充填良好充填不良受信信號圖 全長衰減測試示意圖因此，通過精密地測試能量的衰減，既可以推測灌漿質量。我們研發(fā)的雙方向激振技術（已取得國家發(fā)明專利，專利號：ZL200510021851.5）可以大幅提高能量衰減的測試精度，從而奠定了全長衰減法的基礎。（2） 全長波速法（FLPV）通過測試彈性波經過錨索的傳播時間，并結合錨索的距離計算出彈性波經過錨索的波速。通過波速的變化來判斷預應力管道灌漿密實度情況。一般情況下波速與灌漿密實度有相關性，隨著灌漿密實度測增加波速是逐漸減小，當灌

5、漿密實度達到100%時，測試的錨索的P波波速接近混凝土中的P波波速。測試波速測試波速鋼絞線波速：約5.01km/s混凝土波速：約4.14.6km/s灌漿密實度01圖 全長波速法測試示意圖該方法最早由日本學者鐮田敏郎教授于2001年提出，盡管存在理論基礎不嚴密等諸多問題，但其作為一種較為直觀的測試方法，特別是在測試灌漿密實度很低的時候，仍然有一定的應用價值。2) 端部灌漿性能主要采用傳遞函數法（PFTF）和波形特征對比法測試。（1） 傳遞函數法（PFTF）根據受信與激發(fā)信號的初動部分的傳遞函數，可推測錨頭附近的灌漿密實度；當灌漿密實時，鋼絞線周圍有灌漿材料約束，不易自由振動，受信信號初動部分頻率

6、較低；而當出現灌漿不密實區(qū)域時，鋼絞線周圍缺乏約束，產生自由弦振動，受信信號初動部分頻率較高；采用該方法可以測試在錨頭附近的灌漿密實度。圖 傳遞函數法的測試概念當然，在激振端附近的鋼絞線也存在灌漿不密實現象時，激振端的傳感器拾取的振動信號的頻率也會增加?！咀⒁狻咳翡摻g線未充分張拉，或者未灌漿部分過長時，其自振頻率反而可能降低。因此，結合張力測試是有必要的。（2） 波形特征對比法在預應力孔道端部存在不密實區(qū)域時，接受到彈性波首先為經鋼絞線傳來的信號，然后接收到經周圍混凝土傳來的信號，兩者之間有一定的時間差。另一方面，端部灌漿密實時，兩者信號較為接近，不易分辨。鋼絞線信號混凝土信號不密實較密實密實

7、圖 接收端附近灌漿密實度波形特征對比法示意圖3) 定量化分析（灌漿指數）上述各定性測試方法各有特色，盡管測試原理不同，但測試方法完全一樣。因此，根據一次的測試數據可以同時得到3種方法的測試結果。表 灌漿密實度定性測試方法比較方法優(yōu)點缺點全長衰減法（FLEA）測試原理明確、對灌漿缺陷較為敏感測試結果離散性較大，影響因素多全長波速法（FLPV）測試結果較為穩(wěn)定，適合測試大范圍缺陷測試原理不嚴密，對缺陷較為鈍感傳遞函數法（PFTF）能夠測試錨頭附近的灌漿缺陷，解析方便測試范圍較小為了定性測試的結果定量化，我們引入了綜合灌漿指數。當灌漿飽滿時，而完全未灌時，。因此，上述各方法可得到相應的灌漿指數，和。

8、同時，綜合灌漿指數可以定義為：只要某一項的灌漿指數較低，綜合灌漿指數就會有較明顯的反映。通常，灌漿指數大于0.95一般意味著灌漿質量較好，而灌漿指數低于0.80則表明灌漿質量較差。此外，灌漿指數是根據基準值而自動計算的，因此，基準值的選定是非常重要的。不同形式的錨具、梁的形式以及孔道的位置都會對基準值產生影響，所用在條件許可時，進行相應的標定或通過大量的測試并結合數理統(tǒng)計的方法確定基準值是非常理想的。表 灌漿指數的基準值注-1方法項目全灌漿時值無灌漿時值全長波速法波速（km/s）5.01全長衰減法能量比0.20傳遞函數法頻率比（Fr/Fs）1.003.00激振頻率（KHz）2.04.0注-1：

9、模型試驗和其他驗證試驗所定；注-2：梁不同部位的混凝土的P波波速有一定的不同；注-3：采用SPC-MATS 配置的激振導向器和D50錘激振而且充分張拉時；注-4：根據鋼絞線的模量（196GPa）推算，并結合實際測試驗證；2. 定位檢測1) 定位測試（改良沖擊回波等效波速法：IEEV）的基本原理根據在波紋管位置反射信號的有無以及梁底端的反射時間的長短，即可判定灌漿缺陷的有無和類型。當管道灌漿存在缺陷時，有： 灌漿密實 灌漿有缺陷 未灌漿圖 改良沖擊回波法IEEV測試原理（1） 激振的彈性波在缺陷處會產生反射；（2） 激振的彈性波從梁對面反射回來所用的時間比灌漿密實的地方長。因此，等效波速（2倍梁

10、厚/梁對面反射來回的時間）就顯得更慢。2) 定位測試（IEEV）的特點（1） IEEV法測試精度高，但相對速度較慢；（2） 測試精度與壁厚/孔徑比（D/）有關，D/越小，測試精度越高；（3） 當邊界條件復雜（拐角處）或測試面有斜角（如底部有馬蹄時），測試精度會受較大的影響。×圖 馬蹄形部位的測試方法3. 缺陷類型及規(guī)模的識別根據反射信號及等效速度的特點，利用IEEV法不僅能夠檢測缺陷的位置，還可以推斷灌漿缺陷的類型（空洞型：對應A級；松散型：對應B、C、D級）和規(guī)模大小。表 缺陷類型的區(qū)分管道處的反射信號等效波速缺陷定義、類型明顯正常小規(guī)?？斩葱腿毕荩˙、C級）：有小規(guī)?？斩础⒖斩床?/p>

11、連續(xù)慢大規(guī)模空洞型缺陷（D級）：有大規(guī)模、連續(xù)性空洞不明顯正常灌漿良好，沒有明顯缺陷慢松散型缺陷：無明顯空洞的材質松散型缺陷（PVC管）空洞型缺陷（C、D級）：鐵皮波紋管 對于空洞型缺陷，由于水和空氣的進入，使得鋼絞線容易產生銹蝕，通常需要對空洞部位加以注漿。另一方面，對于松散型缺陷，盡管其強度較低，但仍具有一定的隔水隔氣能力，一般不需要專門的注漿修補。沖擊回波法的基本概念在90年代即被提出。我們通過改進頻譜分析方法和增加“等效波速”專利技術，從而大幅提高了該方法的測試精度和應用范圍。4. 波紋管材質的影響在交通工程中，孔道主要采用2類波紋管，即鐵皮和PVC波紋管。由于阻抗的關系，兩類波紋管對

12、彈性波的反射不同，從而對灌漿密實度缺陷的檢測也有一定的影響。根據彈性波的反射理論，機械阻抗（即密度、波速與面積的乘積）的變化決定了反射信號大小和相位。鐵皮管壁、PVC管壁、混凝土、缺陷的阻抗的大小順序為：鐵皮>混凝土>PVC>缺陷空洞。因此，鐵皮波紋管處對彈性波是逆向反射，PVC和缺陷則是正向反射。由于管壁很薄，會出現鐵皮波紋管的反射和缺陷處的反射互相抵消，而PVC與缺陷的反射則是相互增強的現象。激振信號鐵管反射信號缺陷反射信號疊加反射信號圖 鐵皮波紋管反射概念所以，不能僅憑缺陷處的反射信號的強弱來判斷，而是要結合等效波速法，即梁底部（壁面）反射信號的傳播時間進行綜合考慮。表

13、 波紋管材質對缺陷判別的影響波紋管材質波紋管位置反射信號缺陷時梁底反射時間管壁空洞型缺陷整體反射PVC微弱正向正向正向較強延后鐵皮微弱反向正向較弱延后無波紋管無正向正向延后5. 灌漿質量的評價如上所述，對于孔道灌漿的質量評價可以有兩種方法：1) 利用綜合定性灌漿指數2) 利用定位測試中缺陷的比例，即灌漿密實度指數其中，為定位測試的點數，為測點的灌漿狀態(tài)，即良好：1，小規(guī)?？斩椿蛩缮⑿涂斩矗?.5，大規(guī)?？斩矗?。表 灌漿密實度評價方法比較評價方法綜合灌漿指數灌漿密實度指標ü 0.95以上為良好ü 0.800.95 為一般ü 0.80以下為較差ü 0.95

14、以上為良好ü 0.900.95 為一般ü 0.90以下為較差優(yōu)點ü 測試快捷ü 物理意義鮮明缺點ü 物理意義不鮮明ü 在0.80.95之間的數值多，對灌漿密實度的判別較鈍感ü 測試耗時較長ü 若僅測試孔道部分長度，則代表性不強6. 本設備技術參數：1. 平臺：小型一體化平臺2. 操作系統(tǒng)：windows3. 工作溫度：-1050 4. 采樣精度：浮點插值補償至24位5. 最大采集頻率：500KHz,可調 6. 最小采樣間隔：2us，可調7. 最大采集點數：20,000個,可調8. 顯示/分辨率：液晶顯示1024*7

15、68 9. 測試信號：振動加速度信號 10. 噪聲處理：平滑/LPF/BPF/HPF/合成增幅，采用消減沖擊彈性波激振殘留信號以識別反射波信號的方法 11. 頻譜分析：FFT/MEM/相關分析12. 統(tǒng)計處理：各種平均、偏差處理以及異常信號的自動抽取13. 信號處理：積分處理、頻譜分析、相關分析、積算處理14. 圖形處理：等值線、濃淡圖、彈性波雷達掃描（EWR）、層析解析（CT）、快速平面成像（QPG）、3維切片技術(3DS)15. 管道灌漿密實度測試內容：后張法預應力管道灌漿質量快速定性測試、準確定位測試、灌漿缺陷類型判別16. 管道灌漿密實度測試方法：FLEA、FLPV、PFTF、IEEV

16、17. 管道灌漿密實度測試范圍：最大150m18. 錨索張力測試內容：錨索（桿）的有效張力（包括空懸錨索、埋入式錨索、已灌漿錨索）19. 錨索張力測試方法：等效質量法（TTEM）、弦振動法20. 錨索張力測試范圍：不同型錨具需事前標定（本公司提供部分錨具的標定參數）21. 豎向錨桿長度測試內容：豎向錨桿長度22. 豎向錨桿長度測試方法：時域反射波法、幅頻域頻差法23. 豎向錨桿長度測試范圍：0.1m-5m24. 混凝土材質測試范圍：試件（最小0.1m）、構件（最大150m）25. 混凝土材質測試方法：單面反射法（P波/瑞利波法）、單面?zhèn)鞑シ?、雙面透過法26. 混凝土材質測試內容：彈性模量Ed、E0、Ec、換算強度27. 混凝土缺陷測試范圍：壁厚范圍28. 混凝土缺陷測試方法：彈性波雷達掃描（EWR）29. 混凝土缺陷測試內容：內部缺陷（內部空洞、蜂窩等）30. 厚度及尺寸測試范圍：0.1-2m3