孔道壓漿密實度測試方法

1、.灌漿密實度的現(xiàn)狀及解決方法前言 在我們?nèi)遮叞l(fā)展欣欣向榮的今天，土木建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量已經(jīng)成為和我們生命、財產(chǎn)安全的保障，從道鐵隧的質(zhì)量，到邊坡、大壩、橋梁等，無所不和我們的安全息息相關(guān)。所以，工程質(zhì)量檢測必不可少?，F(xiàn)在，我們主要講解一下預(yù)應(yīng)力邊坡、橋梁等孔道壓漿飽滿度的測試意義和技術(shù)現(xiàn)狀和針對灌漿密實度的問題而研發(fā)生產(chǎn)的產(chǎn)品孔道灌漿密實度質(zhì)量檢測儀的測試原理。在后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁的制作中，孔道灌漿的密實度的質(zhì)量保證是非常重要的。否則，會加速結(jié)構(gòu)的劣化和降低結(jié)構(gòu)承載力，嚴(yán)重時甚至造成安全隱患和垮橋等惡性事故，造成巨大的社會經(jīng)濟的損失。我們升拓公司歷時10余年，與國內(nèi)外相關(guān)機構(gòu)合作開發(fā)了一整套針對

2、這兩項關(guān)鍵問題的解決方案和技術(shù)體系。該體系基于無損檢測技術(shù)，具有測試效率高、可靠性好、對結(jié)構(gòu)無損傷等特點，可以大大地提高預(yù)應(yīng)力梁的質(zhì)量保證度。該技術(shù)體系的檢測內(nèi)容主要包括：1) 孔道灌漿密實度；2) 混凝土澆筑質(zhì)量（構(gòu)件、試件的強度及剛度）；3) 錨固應(yīng)力；4) 尺寸及內(nèi)部缺陷。整個技術(shù)體系采用沖擊彈性波作為測試媒介，并集成到一套測試設(shè)備中預(yù)應(yīng)力混凝土梁多功能檢測儀。其測試精度和效率達到工程要求，已在國內(nèi)外上百個橋梁工程中得到了實際應(yīng)用。測試的意義和技術(shù)現(xiàn)狀灌漿不密實的危害與分級預(yù)應(yīng)力鋼絞線要在橋梁使用過程中確保長期發(fā)揮作用，達到設(shè)計要求，孔道壓漿的質(zhì)量效果是重要的影響因素之一。如果壓漿不密實

3、，水和空氣的進入使得處于高度張拉狀態(tài)的鋼絞線材料易發(fā)生腐蝕，造成有效預(yù)應(yīng)力降低。嚴(yán)重時，鋼絞線會發(fā)生斷裂，從而極大地影響橋梁的耐久性、安全性。此外，壓漿質(zhì)量缺陷還會導(dǎo)致混凝土應(yīng)力集中，進而改變梁體的設(shè)計受力狀態(tài)，從而影響橋梁的承載力和使用壽命。該問題的最早顯現(xiàn)于英國。建于1953年Ynys-Gwas橋梁于1985年突然倒塌，建于1957年的美國康涅狄格州的Bissell大橋于1992年炸毀重建。其原因均在于預(yù)應(yīng)力鋼筋銹蝕導(dǎo)致橋的安全度下降。結(jié)合國外經(jīng)驗與葉見曙、張峰（2004）提出的灌漿密實度的分級標(biāo)準(zhǔn)，我們建議將灌漿密實度分為如下4級：A級：注漿飽滿或波紋管上部有小蜂窩狀氣泡，與鋼絞線不接觸

4、；B級：波紋管上部有空隙，與鋼絞線不接觸；C級：波紋管上部有空隙，與鋼絞線相接觸；D級：波紋管上部無砂漿，與鋼絞線相接觸并嚴(yán)重缺少砂漿。D級又可細分為D1、D2和D3級，分別對應(yīng)于大半空、接近全空和全空； A級 B級 C級 D1級 D2級 D3級照片 灌漿密實度分級其中，C級和D級對鋼絞線的危害很大。灌漿密實度的調(diào)查1） 成橋調(diào)查（滬寧高速改建）根據(jù)東南大學(xué)交通學(xué)院橋梁與隧道研究所（2004）提出的報告，對滬寧高速公路擴建工程中錫澄運河大橋、新興塘大橋、北興塘大橋和錫北運河大橋結(jié)合拆除對灌漿密實度進行了實體驗證。這4 座橋均為三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋，主孔跨徑為（5065）m，一般都是在19

5、95 年1996 年竣工，采用在支架上現(xiàn)澆混凝土、節(jié)段懸臂現(xiàn)澆混凝土施工方法建造。 照片2 左：錫北運河大橋拆除 右：錫澄運河大橋箱梁拆除調(diào)查結(jié)果如下表所示?？梢钥闯觯诳倲?shù)8000多個調(diào)查點中：（1） 完全密實的比例僅有39%，而全空（未灌漿）的則高達13%；（2） 對鋼絞線銹蝕有嚴(yán)重影響的C、D級占調(diào)查總數(shù)的39%，與密實的比例相同。表1灌漿密實度縱向孔道灌漿密實度調(diào)查一覽表橋名調(diào)查總數(shù)密實A級1/5空B級2/5空C級3/54/5 D1-D2級全空D3級錫澄運河大橋311742%15%9%19%15%北興塘大橋368940%28%13%10%9%錫北運河大橋151929%25%15%14%

6、17%合計832539%23%12%14%13% 照片3 灌漿不密實或未灌漿，鋼筋銹蝕嚴(yán)重2）預(yù)應(yīng)力梁場檢測即使在最近，采用新的灌漿工藝和灌漿材料，在很多時候仍然無法保證灌漿質(zhì)量。某國外公路工程T梁（2836米）采用最新的工藝和專用灌漿料施工。其灌漿飽滿度試驗使用銥192射線源照射穿透20cm厚腹板混凝土，底片尺寸30×40，共21張，距梁端5米左右?？偣舶l(fā)現(xiàn)了灌漿缺陷C級有5，D級有16處，約占全部拍攝的一半左右?？斩纯斩翠摻g線鋼絞線 照片4 灌漿不密實(D級)射線照片檢測技術(shù)現(xiàn)狀長期以來，研究人員開發(fā)了多種方法。按測試所采用的媒介來分，大致可以分為：1) 基于放射線（X光、伽馬射

7、線、銥192等）的檢測方法；2) 基于電磁波的檢測方法（如電磁雷達）；3) 基于超聲波的檢測方法；4) 基于沖擊彈性波的檢測方法一般來說，基于放射線的檢測技術(shù)精度較高，但測試設(shè)備復(fù)雜，檢測成本高，難以大范圍檢測。電磁雷達則受鋼筋影響大，對缺陷不敏感、測試精度低，同時也無法測試金屬波紋管內(nèi)的灌漿密實度。超聲波法和沖擊彈性波法盡管從理論上能夠檢測灌漿密實度，但迄今為止尚無簡捷可靠的、實用化的針對灌漿密實度的無損檢測技術(shù)和設(shè)備。我們開發(fā)的灌漿密實度測試方案綜合了國內(nèi)外以及我們研發(fā)的多種技術(shù)，其最大的特點在于既可以快速定性測試，也能夠?qū)τ袉栴}的管道進行缺陷定位，從而達到了測試效率和精度的最優(yōu)化。檢測要

8、求我國早在1991年的“公路橋梁養(yǎng)護管理工作制度”（交通部工程管理司）中即規(guī)定，在“特殊檢查項目”中，要求“預(yù)應(yīng)力鋼筋現(xiàn)狀及灌漿管道狀況、空隙情況調(diào)查；”（第二十四條）。最近，隨著檢測技術(shù)的進步，對灌漿密實度的檢測已被提到議事日程。2012年6月，陜西省交通運輸廳在“陜西省公路建設(shè)工程質(zhì)量工作指導(dǎo)意見”中明確指出，“67.4后張法預(yù)應(yīng)力混凝土必須,孔道壓漿后須經(jīng)有資質(zhì)和檢測經(jīng)驗的單位進行壓漿效果檢測，檢測頻率可按預(yù)制梁數(shù)量的1%進行抽檢，現(xiàn)澆梁、剛構(gòu)懸澆梁段按波紋管總數(shù)的1%進行抽檢。” 2013年以來，浙江省、甘肅省、重慶市等多地均開展了預(yù)應(yīng)力施工質(zhì)量專項檢查工作，其中，灌漿密實度成為重要的

9、檢查專項?？椎拦酀{密實度質(zhì)量檢測儀的測試原理 公司針對灌漿密不密實的情況研發(fā)生產(chǎn)了檢測孔道灌漿密實度質(zhì)量的無損檢測儀-孔道灌漿密實度質(zhì)量檢測儀。該設(shè)備不僅多項技術(shù)獲得了國家發(fā)明專利，而且是目前國內(nèi)唯一可以檢測灌漿密實度質(zhì)量的儀器。設(shè)備的只要元器件從美日等國家進口，耐久性強，測試準(zhǔn)確。下面就是關(guān)于孔道灌漿密實度質(zhì)量檢測儀的測試原理：為了準(zhǔn)確測試縱向預(yù)應(yīng)力梁管道（雙端錨頭露出）的灌漿缺陷，同時兼顧測試效率，因此我們采用了基于沖擊彈性波的多種方法進行測試。具體請參考下表。 灌漿密實度測試項目一覽表方法測試方案備注定性測試全長衰減法（FLEA）在錨索兩端上激振與受信（參考圖1）對預(yù)應(yīng)力孔道全體進行定性

10、測試。全長波速法（FLPV）傳遞函數(shù)法（PFTF）確定錨頭附近（約0.52m）范圍內(nèi)有無缺陷波形特征對比法定位類型測試沖擊回波等效波速法（IEEA）在每個管道上沿間距為0.2m進行測試，孔道正上方激振。（參考2）定位測試，確定缺陷的具體位置a、定性測試?yán)缅^索兩端露出的鋼絞線進行測試，測試效率高。由于空洞等缺陷通常發(fā)生在孔道的上方，因此通常只需測試最上方的鋼絞線即可。在一次測試過程中，可同時完成上述四種方法（FLEA、FLPV、PFTF、LAEA）的測試，完成一個孔道的測試時間在5分鐘內(nèi)。圖 1 定性測試示意圖b、定位測試沿著管道的上方或側(cè)方，以掃描的形式連續(xù)測試（激振和受信），通過反射信號的

11、特性測試管道內(nèi)灌漿的狀況。：激振點：傳感器：測線縱向掃描豎向掃描圖2 灌漿密實度的定位測試c、定性測試原理和方法 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。 因此，通過精密地測試能量的衰減，既可以推測灌漿質(zhì)量。我們研發(fā)的雙方向激振技術(shù)（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(chǔ)。 （2） 全長波速法（FLP

12、V） 通過測試彈性波經(jīng)過錨索的傳播時間，并結(jié)合錨索的距離計算出彈性波經(jīng)過錨索的波速。通過波速的變化來判斷預(yù)應(yīng)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(guān)性，隨著灌漿密實度測增加波速是逐漸減小，當(dāng)灌漿密實度達到100%時，測試的錨索的P波波速接近混凝土中的P波波速。 2) 端部灌漿性能 主要采用傳遞函數(shù)法（PFTF）和波形特征對比法測試。 （1） 傳遞函數(shù)法（PFTF） 在預(yù)應(yīng)力梁的一端激振，如果接收端存在不密實情況，會在接收端產(chǎn)生高頻振蕩。因此，通過對比接收信號與激發(fā)信號相關(guān)部分的頻率變化，可以判定錨頭兩端附近的缺陷情況。此外，該方法測試的區(qū)域（錨頭附近的鋼絞線），恰恰是定位測試（I

13、EEV）法較為困難的測試區(qū)域。 傳遞函數(shù)法的測試概念 當(dāng)然，在激振端附近的鋼絞線也存在灌漿不密實現(xiàn)象時，激振端的傳感器拾取的振動信號的頻率也會增加。（2） 波形特征對比法 在預(yù)應(yīng)力孔道端部存在不密實區(qū)域時，接受到彈性波首先為經(jīng)鋼絞線傳來的信號， 然后接收到經(jīng)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。 3) 定量化分析（灌漿指數(shù)） 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(jù)一次的測試數(shù)據(jù)可以同時得到3 種方法的測試結(jié)果。 表2-2-2 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）

14、 測試原理明確、對灌漿缺陷較為敏感 測試結(jié)果離散性較大，影響因素多 全長波速法（FLPV） 測試結(jié)果較為穩(wěn)定，適合測試大范圍缺陷 測試原理不嚴(yán)密，對缺陷較為鈍感 傳遞函數(shù)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(jié)果定量化，我們引入了綜合灌漿指數(shù)If。當(dāng)灌漿飽滿時If=1 ， 而完全未灌時If=0。因此，上述各方法可得到相應(yīng)的灌漿指數(shù)IEA ， IPV和 ITF 。同時，綜合灌漿指數(shù)可以定義為：只要某一項的灌漿指數(shù)較低，綜合灌漿指數(shù)就會有較明顯的反映。通常，灌漿指數(shù)大于0.95 一般意味著灌漿質(zhì)量較好，而灌漿指數(shù)低于0.80 則表明灌漿質(zhì)量較差。 此外，

15、灌漿指數(shù)是根據(jù)基準(zhǔn)值而自動計算的，因此，基準(zhǔn)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(zhǔn)值產(chǎn)生影響，所用在條件許可時， 進行相應(yīng)的標(biāo)定或通過大量的測試并結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計的方法確定基準(zhǔn)值是非常理想的。 灌漿指數(shù)的基準(zhǔn)值 方法 項目 全灌漿時值 無灌漿時值 全長波速法 波速（km/s） 混凝土實測波速注-2 5.01 注-4 全長衰減法 能量比 0.02 0.20 傳遞函數(shù)法 頻率比（Fr/Fs） 1.00 3.00 激振頻率注-3（KHz） 2.0 4.0 d、定位測試原理和方法 1) 定位測試（改良沖擊回波等效波速法：IEEV）的基本原理 根據(jù)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