橋梁預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度檢測現(xiàn)狀分析及對策技術(shù)研究

陳合德

(浙江交科工程檢測有限公司，杭州 311200)

0 引 言

自改革開放以來，我國橋梁建設(shè)事業(yè)飛速發(fā)展，取得了巨大成就，建設(shè)了眾多以杭州灣、港珠澳等跨海特大橋為代表的大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁。在這些橋梁中，后張法預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)因其能夠使用高強(qiáng)材料、結(jié)構(gòu)輕型化、跨越能力大、可有效避免混凝土開裂以及方便使用曲線配筋、受力結(jié)構(gòu)合理等優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用。但是后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中依然存在著一些病害，其中常見的是在彎曲管道頂點及錨固區(qū)附近有空洞浮漿，使預(yù)應(yīng)力筋得不到應(yīng)有的保護(hù)而被腐蝕，從而導(dǎo)致橋梁承載力下降，甚至坍塌。預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度已嚴(yán)重影響到預(yù)應(yīng)力鋼絞線的使用壽命，從而威脅到預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性。

1 橋梁預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度檢測現(xiàn)狀

1.1 相關(guān)規(guī)定

(1)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》 (JTG/T F50-2011)第7.9.12條規(guī)定[1]：壓漿后應(yīng)通過檢查孔抽查壓漿的密實情況,如有不實,應(yīng)及時進(jìn)行補(bǔ)壓漿處理，并提出了設(shè)置檢查孔和壓漿應(yīng)該達(dá)到密實的要求。

(2)《鐵路混凝土施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》 (TB 10424-2010)要求[2]：預(yù)應(yīng)力筋張拉后處于高應(yīng)力狀態(tài)，對腐蝕非常敏感，所以應(yīng)按設(shè)計要求盡早進(jìn)行壓漿。壓漿是對預(yù)應(yīng)力筋的永久性保護(hù)措施，要求水泥漿飽滿密實，完全裹住預(yù)應(yīng)力筋。壓漿質(zhì)量的檢驗應(yīng)著重于現(xiàn)場觀察檢查，必要時采用無損檢測或鑿孔檢查。工藝中應(yīng)包括壓漿飽滿度控制標(biāo)準(zhǔn)。水泥漿除了為預(yù)應(yīng)力筋提供可靠地防腐保護(hù)外，同時與預(yù)應(yīng)力筋之間的黏結(jié)力也是預(yù)應(yīng)力筋與混凝土共同工作的前提。

(3)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1-2017) 8.3.3條規(guī)定[3]：預(yù)應(yīng)力管道壓漿及封錨分項工程，是因為預(yù)應(yīng)力管道壓漿狀況對結(jié)構(gòu)受力性能、耐久性有直接影響，施工質(zhì)量不易保證，故單獨作為一個分項工程進(jìn)行檢驗評定，并在管道最高位置應(yīng)設(shè)置排氣孔或檢查孔。條文說明要求：為防止出現(xiàn)壓漿不飽滿，可在管道適當(dāng)位置(如最高處等)設(shè)置補(bǔ)漿管或檢查孔，在漿體終凝后進(jìn)行二次真空補(bǔ)漿。

(4)浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《公路橋梁后張法預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)規(guī)范》(DB33/T 2154-2018)第6.3.1中說明[4]：應(yīng)根據(jù)設(shè)計規(guī)定設(shè)置檢測管和排氣管，并在附錄中對檢測管和排氣管具體設(shè)置部位提出詳細(xì)的布設(shè)方法。

1.2 檢測方法概述

孔道壓漿是隱蔽工程，預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)設(shè)計上往往沒有設(shè)置檢查孔，施工中無其它檢查措施，因此孔道壓漿的質(zhì)量好壞不易被評估。然而預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量好壞直接影響著工程質(zhì)量和使用壽命，對它進(jìn)行事后檢測非常重要?，F(xiàn)在國內(nèi)外主要檢測方法有：鉆芯法、超聲波法、電磁波法、射線法、沖擊彈性波法等[5]。

(1)鉆芯法。是利用鉆機(jī)和人造金剛石空心薄壁鉆頭，從結(jié)構(gòu)混凝土中鉆取芯樣以檢測混凝土強(qiáng)度和檢測混凝土內(nèi)部缺陷的一種方法。該方法直觀、可靠、準(zhǔn)確。但鉆探取芯法和芯樣加工比較笨重，操作不便，成本也高，普遍使用受到限制；取芯只能反映鉆孔范圍內(nèi)的小部分混凝土質(zhì)量，對構(gòu)件整個斷面來說，以點代面容易造成誤判或漏判；鉆孔取芯后，結(jié)構(gòu)局部受到損壞，空洞需進(jìn)行修補(bǔ)。

(2)電磁波法(如電磁雷達(dá))。該方法由于受金屬屏蔽，因此不適合于金屬波紋管；對于塑料波紋管或者無管狀況，因構(gòu)件配置鋼筋密集，也常被屏蔽而結(jié)果難以科學(xué)評估。電磁雷達(dá)受鋼筋影響大、適用范圍窄、對缺陷不敏感、測試精度低。

(3)超聲波法。從理論上，利用灌漿缺陷對波速的影響，采用對測的方法可以檢測灌漿缺陷，但需要從板的兩側(cè)面對測，而且需要耦合，因此作業(yè)性差，效率很低，難以實用。

(4)射線(X光、伽馬射線、銥192等)法。該方法的檢測精度較高，但存在測試設(shè)備復(fù)雜、具有放射性、需要底片等費用，檢測成本高，因此在國內(nèi)基本上沒有得到應(yīng)用。

(5)沖擊彈性波法。該方法目前工程應(yīng)用較多，其中包括定性檢測和定位檢測兩種方式。定性檢測是利用露出的錨索，在一端激發(fā)信號，另一端接收信號，通過分析在傳播過程中信號的能量、頻率、波速等參數(shù)的變化，從而定性地判斷該孔道壓漿質(zhì)量的優(yōu)劣；定位檢測是沿孔道軸線的位置，以掃描的形式逐點進(jìn)行激振和接收信號，通過分析激振信號從波紋管以及對面梁側(cè)反射信號的有無、強(qiáng)弱、傳播時間等特性，來判斷測試點下方波紋管內(nèi)缺陷的有無及形態(tài)。通過兩種檢測方式的相結(jié)合的沖擊彈性波檢法，在工程中有一定的實用性，但也存在諸多不足：定性檢測的結(jié)果與真實的壓漿密實度沒有明確的對應(yīng)關(guān)系，比如，某預(yù)應(yīng)力孔道的綜合壓漿指數(shù)為0.95，判定該孔道壓漿密實度合格，但并不意味著該孔道的壓漿密實度達(dá)到95%，綜合壓漿指數(shù)和壓漿密實度不是一一對應(yīng)的關(guān)系；定位檢測的結(jié)果不直觀，需要用戶利用自身經(jīng)驗來對缺陷進(jìn)行判定；定位檢測在數(shù)據(jù)采集過程中，人為因素對檢測結(jié)果的影響較大，比如激振點的選擇、沖擊錘的選擇、激振方式等，都會對檢測結(jié)果造成影響；定位檢測對特定梁型有較好的檢測效果，但在其他類型，尤其是現(xiàn)澆梁，以及厚壁、鋼筋密集區(qū)域的檢測，效果不理想。

1.3 檢測發(fā)現(xiàn)問題

(1)由外觀檢查、橋梁解剖發(fā)現(xiàn)的問題

預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實出現(xiàn)嚴(yán)重的空洞和鋼絞線銹蝕等嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全的質(zhì)量問題；并且施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)壓漿、排氣孔出現(xiàn)空洞或未見漿液流動痕跡。

(2)在試驗室進(jìn)行體外模擬試驗發(fā)現(xiàn)的問題

對預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂澆筑、拼裝及現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁的壓漿密實度進(jìn)行的標(biāo)準(zhǔn)模擬試驗中，驗證了在孔道高差大于80cm以上的管道上，在管道的最高點一般會出現(xiàn)不小于1cm高度的空洞，空洞長度視坐標(biāo)的不同而有所區(qū)別，普遍大于5m以上，體積不小于2L，說明了試驗室都不能達(dá)到密實飽滿，那么現(xiàn)場施工更難以做到。

(3)現(xiàn)場檢測發(fā)現(xiàn)的問題

對浙江某省道公路大橋12個壓漿孔道進(jìn)行了檢測和補(bǔ)壓漿，從檢測的結(jié)果來看，空洞體積較大，全部在7L以上，其中有1個孔道壓入灌漿料達(dá)80kg( 40L)。

對浙江某高速公路大橋連接線50個檢測孔進(jìn)行了檢測和補(bǔ)壓漿，從統(tǒng)計結(jié)果看，空洞體積大于等于10L的有18個，在5～10L之間的17個，小于5L的有15個，最大補(bǔ)壓漿的數(shù)量43kg (21.5L)。

浙江某鐵路預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度檢測匯總、浙江某高速公路預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度檢測匯總分別見表1、表2。

表1 浙江某鐵路預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度檢測匯總表

表2 浙江某高速公路預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度檢測匯總表

從上述檢測結(jié)果可知,現(xiàn)場施工的孔道壓漿不密實質(zhì)量問題普遍存在且非常嚴(yán)重。

2 壓漿密實度不足原因分析

2.1 施工工藝不到位

預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工由于排氣不完全、漿液存在氣泡、壓力泌水等原因，一般在曲線管道的頂點及錨固區(qū)附近存在著壓漿空洞和泌水產(chǎn)生的浮漿留存在漿體表面的現(xiàn)象，預(yù)應(yīng)力管道壓漿幾乎不可能達(dá)到密實飽滿。

2.2 檢測手段落后

現(xiàn)有壓漿密實度檢測方法尚未達(dá)到事前、事中及事后的質(zhì)量控制效果。

2.3 技術(shù)規(guī)范不適應(yīng)

現(xiàn)有的《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T F50-2011)未明確檢查孔的設(shè)置要求和部位及檢查的方法標(biāo)準(zhǔn)；《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG F80/1-2017)對檢查孔設(shè)置及檢查方法未能做到全面、客觀描述來解決壓漿密實問題，更未關(guān)注到由于浮漿使得二次真空補(bǔ)壓漿會與原有漿液產(chǎn)生分層現(xiàn)象，這一現(xiàn)象將對總體壓漿的質(zhì)量產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。

3 提升措施及對策

3.1 編制先進(jìn)技術(shù)規(guī)范

技術(shù)落后是造成預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量問題的主要原因之一，為將最新先進(jìn)技術(shù)手段和實踐經(jīng)驗加以總結(jié)應(yīng)用，需要編制行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《橋梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工及密實度檢測技術(shù)規(guī)范》，及時更新現(xiàn)有橋梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工過程中的壓漿密實度檢測方法和部分預(yù)應(yīng)力壓漿施工工藝，通過頂層設(shè)計為橋梁預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度質(zhì)量提供技術(shù)支撐。

3.2 埋設(shè)檢測孔

埋設(shè)橋梁預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度檢測孔在壓漿完成后進(jìn)行檢測是檢測壓漿密實度最可靠、簡便的方法。預(yù)埋檢測孔兼具及時檢測和補(bǔ)壓漿作用，既可解決施工過程中無法解決的泌水、空洞等問題，又可解決由于施工過程中出現(xiàn)意外突發(fā)情況而形成的空洞或漏壓漿等嚴(yán)重施工質(zhì)量問題,并且施工簡便。檢測孔是簡易、直觀、高效地檢測預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度的主要通道，并可通過抽取空氣的數(shù)量和壓入灌漿料的數(shù)量來準(zhǔn)確計算空洞的體積。為了確保能及時進(jìn)行檢測、抽取積水和補(bǔ)壓漿工作，埋設(shè)的檢測孔及檢測通道應(yīng)采用不易變形、有足夠強(qiáng)度和易與補(bǔ)漿設(shè)備相連接的鍍鋅管，且應(yīng)與波紋管牢固連接。同時保持檢測通道的斷面不小于直徑20mm，以保證二次真空補(bǔ)壓漿飽滿密實?？赏ㄟ^預(yù)埋的檢測孔對壓漿出現(xiàn)的空洞進(jìn)行二次真空補(bǔ)壓漿作業(yè)，是解決壓漿不飽滿的簡便、高效的有效施工方法，并可在終凝后對二次補(bǔ)漿的質(zhì)量進(jìn)行復(fù)測。

3.3 完善壓漿施工工藝

真空壓漿只是為了幫助漿液更快更順暢的流動而增加的輔助作用，主要仍靠漿液的流動度和壓漿泵的適度壓力來保證，但不可能達(dá)到孔道壓漿密實飽滿的效果?，F(xiàn)有的預(yù)應(yīng)力管道壓漿料的技術(shù)要求由于未對泌水作用產(chǎn)生的浮漿進(jìn)行控制和遏制，所以正在使用的壓漿料普遍存在著浮漿比較嚴(yán)重的現(xiàn)象。加強(qiáng)漿液配合比研制，并在最新的技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上結(jié)合有效檢測方法才能達(dá)到預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實飽滿。

3.4 應(yīng)用有效檢測方法

“預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實度綜合檢測方法”[6]是目前最先進(jìn)的檢測方法，可六步有效實現(xiàn)空洞定位和精準(zhǔn)檢測。預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實度綜合檢測方法，包括如下步驟：(1)仔細(xì)研讀設(shè)計圖紙，了解分析結(jié)構(gòu)的鋼筋、鋼絞線布置，掌握預(yù)應(yīng)力鋼絞線的數(shù)量直徑、管道的布置和直徑；施工過程中壓漿的情況、壓漿料的品牌，漿液的制備等有關(guān)原始檔案數(shù)據(jù)；(2)模擬試驗：按照圖紙上的坐標(biāo)、管道直徑、鋼絞線數(shù)量進(jìn)行體外模擬試驗，通過試驗確定預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實度的情況，空洞產(chǎn)生的位置、高度及鋼絞線在管道內(nèi)的位置；(3)用混凝土透視儀在實際澆注箱體上準(zhǔn)確檢測出結(jié)構(gòu)鋼筋、構(gòu)造鋼筋、鋼絞線的位置和深度，在模擬確定的相應(yīng)空洞位置用密實度質(zhì)量檢測儀復(fù)測空洞的位置，校核空洞的大小；(4)在已初步確定的部位，按照檢測要求，加工出一個平整、光潔的平面，然后在這一平面上用混凝土透視儀準(zhǔn)確描出鋼筋、鋼絞線的部位并以此描繪出管道和空洞的位置；(5)精確選擇在管道和空洞的上緣，確保避開鋼筋和鋼絞線，確定取芯的點，將鉆石鉆孔系統(tǒng)裝置固定在加工好的平面上，用外徑20mm的鉆頭，緩慢地鉆取到已確定的部位和深度，打通空洞；(6)最后用內(nèi)窺鏡檢測空洞高度、壓漿的質(zhì)量和對空洞的體積進(jìn)行測量計算。

3.5 加強(qiáng)運營橋梁檢測

應(yīng)盡快開展對運營中的橋梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實度及鋼鉸線銹蝕的檢測工作，消除普遍存在且后果非常嚴(yán)重的壓漿不密實、鋼鉸線銹蝕問題，防止出現(xiàn)橋梁承載力下降甚至垮塌事故的發(fā)生，確保運營中的橋梁結(jié)構(gòu)安全。對于已經(jīng)通車的橋梁，在壓漿密實度綜合檢測的基礎(chǔ)上，按照檢測的空洞大小和長度，在現(xiàn)場準(zhǔn)確描繪出鋼筋、波紋管和空洞的位置，并在鉆孔驗證后，分析評估鋼鉸線在失去水泥鈍化保護(hù)后的銹蝕程度，編制分析評估報告，確認(rèn)加固方案。根據(jù)檢測分析預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實病害狀況特點，對于鋼絞線剛開始銹蝕或銹蝕程度較輕的，通過鉆孔處補(bǔ)設(shè)的二次補(bǔ)壓漿通道對預(yù)應(yīng)力孔道壓漿空洞處進(jìn)行補(bǔ)漿，并用灌漿密實度質(zhì)量檢測儀復(fù)測補(bǔ)壓漿的效果。對鋼鉸線銹蝕嚴(yán)重的構(gòu)件采用施加體外預(yù)應(yīng)力等方法進(jìn)行加固處理，從而提升橋梁工程的預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實度，解決運營橋梁的壓漿空洞質(zhì)量問題，提高橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命和結(jié)構(gòu)的安全可靠。

4 結(jié) 語

(1)對浙江省部分公路和鐵路橋梁預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計分析，表明目前預(yù)應(yīng)力橋梁孔道壓漿不密實質(zhì)量問題普遍存在且非常嚴(yán)重。

(2)孔道壓漿不密實質(zhì)量問題產(chǎn)生主要原因在于施工工藝不到位、檢測手段落后和技術(shù)規(guī)范不適應(yīng)等。

(3)編制先進(jìn)技術(shù)規(guī)范、采用科學(xué)合理施工工藝和檢測方法是解決孔道壓漿不密實質(zhì)量問題的綜合對策。其中埋設(shè)橋梁預(yù)應(yīng)力壓漿密實度檢測孔，在壓漿完成后進(jìn)行檢測是檢測壓漿密實度最可靠、簡便的方法；加強(qiáng)漿液配合比研制，完善壓漿施工工藝,是解決預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實度問題的有效辦法。

(4)預(yù)埋檢測孔兼具及時檢測和補(bǔ)壓漿作用，既對預(yù)應(yīng)力孔道壓漿密實度狀況進(jìn)行直觀、高效的檢測，又能實現(xiàn)壓漿密實度檢測從象征性的定性檢測邁向了實質(zhì)性的定量數(shù)據(jù)檢測，并利用預(yù)埋檢測孔進(jìn)行補(bǔ)壓漿，徹底解決預(yù)應(yīng)力管道壓漿施工質(zhì)量問題。

(5)對于已經(jīng)通車的橋梁，在壓漿密實度綜合檢測的基礎(chǔ)上，按照檢測的空洞大小和長度，在現(xiàn)場準(zhǔn)確描繪出鋼筋、波紋管和空洞的位置，并在鉆孔驗證后，分析評估鋼鉸線在失去水泥鈍化保護(hù)后的銹蝕程度，編制分析評估報告，確認(rèn)加固方案。對鋼鉸線銹蝕嚴(yán)重的構(gòu)件采用施加體外預(yù)應(yīng)力等方法進(jìn)行加固處理。

(6)預(yù)埋檢測孔加強(qiáng)施工自檢，并采用“預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實度綜合檢測方法”進(jìn)行第三方檢測，無論對新建橋梁還是舊橋加固意義重大，可有效提升橋梁預(yù)應(yīng)力管道壓漿密實度，提高橋梁結(jié)構(gòu)的使用壽命和結(jié)構(gòu)的安全可靠性，具有廣闊的應(yīng)用前景。