對(duì)公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力梁孔道注漿飽滿指數(shù)的應(yīng)用和驗(yàn)證

張佳運(yùn)

（遼寧省交通運(yùn)輸事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110005）

孔道注漿密實(shí)度是后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁實(shí)體質(zhì)量的重要指標(biāo)，在很大程度上決定后張法預(yù)應(yīng)力梁的承載力和耐久性。如果注漿不飽滿，會(huì)導(dǎo)致處于張拉狀態(tài)下的鋼筋或鋼絞線材料暴露在空氣中，近海環(huán)境還會(huì)有水氣和氯鹽滲入，進(jìn)一步提高了鋼筋或鋼絞線的易腐蝕程度。嚴(yán)重時(shí)張拉材料會(huì)突發(fā)斷裂，注漿缺陷可能導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)因應(yīng)力集中。

改變混凝土受力狀態(tài)，從而影響結(jié)構(gòu)的使用功能[1]。沖擊彈性波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到公路水運(yùn)工程實(shí)體檢測(cè)以來(lái)，對(duì)孔道注漿質(zhì)量的檢測(cè)理論方法不斷優(yōu)化，為進(jìn)一步提升對(duì)孔道注漿質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)的可靠性，本文提出基于沖擊彈性波檢測(cè)技術(shù)的孔道注漿飽滿指數(shù)，補(bǔ)充定性評(píng)價(jià)公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁孔道注漿質(zhì)量的評(píng)價(jià)體系，得出孔道注漿飽滿指數(shù)可實(shí)際應(yīng)用于工程檢測(cè)的結(jié)論。

1 研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在我國(guó)公路水運(yùn)工程建設(shè)領(lǐng)域快速發(fā)展，該生產(chǎn)方法對(duì)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)孔道注漿的質(zhì)量要求非常嚴(yán)格[2]。國(guó)內(nèi)外研究人員開(kāi)發(fā)了多種方法檢測(cè)孔道注漿密實(shí)度情況，各檢測(cè)方法均具有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹如下：

（1）鉆芯、鉆孔檢測(cè)：該檢測(cè)技術(shù)客觀性強(qiáng)，往往作為最終的判定驗(yàn)證手段，但必須進(jìn)行局部破損，導(dǎo)致檢測(cè)效率低，檢測(cè)費(fèi)用高，且破壞性檢測(cè)不能用于大范圍檢測(cè)[3]。

（2）基于電磁波理論的檢測(cè)方法：雷達(dá)法只能對(duì)孔道注漿質(zhì)量進(jìn)行定性檢測(cè)，對(duì)于孔道注漿缺陷的定量判別還需要進(jìn)一步的研究，尤其是雷達(dá)波受金屬屏蔽作用影響，該檢測(cè)方法無(wú)法用于開(kāi)展金屬管壁孔道的質(zhì)量檢測(cè)[4]。

（3）基于超聲波理論的檢測(cè)方法：超聲波法被廣泛用于工程無(wú)損檢測(cè)，該方法需要受檢結(jié)構(gòu)兩邊均存在檢測(cè)作業(yè)條件，必須開(kāi)展對(duì)向檢測(cè)且測(cè)試面需要良好耦合，對(duì)作業(yè)環(huán)境要求較高，檢測(cè)效率較低，超聲波檢測(cè)法的適用范圍和檢測(cè)精度還有待于進(jìn)一步深入研究。

（4）基于放射線理論的檢測(cè)方法：該方法對(duì)公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力孔道注漿質(zhì)量的檢測(cè)結(jié)果與梁體局部破損驗(yàn)證的結(jié)果一致性高。但儀器較為昂貴，放射線貫穿實(shí)體厚度較小，且放射線對(duì)人體有害，雖檢測(cè)結(jié)果直觀、準(zhǔn)確，但在混凝土預(yù)制、現(xiàn)澆場(chǎng)地應(yīng)用可行性較差[5]。

（5）基于沖擊彈性波理論的檢測(cè)方法：沖擊彈性波的應(yīng)用理論與超聲波理論類似，但沖擊彈性波能量更大、更易于開(kāi)展頻譜分析，針對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力孔道注漿密實(shí)度檢測(cè)，其檢測(cè)方法不存在明顯短板，是當(dāng)前最值得被進(jìn)一步深入研究的檢測(cè)方法。

因此沖擊彈性波法是最適合對(duì)公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁孔道注漿質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)的有效手段[6]。

2 沖擊彈性波法檢測(cè)基本原理

對(duì)公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁孔道注漿密實(shí)度檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行綜合研究，基于沖擊彈性波的后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁孔道注漿密實(shí)性無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，該項(xiàng)技術(shù)主要是通過(guò)對(duì)測(cè)試部位的混凝土打擊激振并誘發(fā)自由振動(dòng)，分析注漿密實(shí)處與不密實(shí)處測(cè)得的共振頻率位置的偏移量，判斷預(yù)應(yīng)力孔道質(zhì)量問(wèn)題。

通過(guò)沖擊彈性波法檢測(cè)公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁孔道注漿質(zhì)量分為以下兩種方法：

2.1.整體檢測(cè)的基本理論

后張法預(yù)應(yīng)力梁端部同一條鋼絞線的兩側(cè)錨定位置布置檢測(cè)裝置，其一作為沖擊波信息的激發(fā)端，另一端作為沖擊波信息的接收端，如圖1～2 所示，對(duì)比兩端信號(hào)異同，可以整體判斷該孔道的注漿密實(shí)性[7]。

圖1 同一孔道兩側(cè)錨定位置布置檢測(cè)裝置示意圖

圖2 預(yù)應(yīng)力梁兩端布置檢測(cè)裝置示意圖

根據(jù)彈性波在預(yù)應(yīng)力孔道中傳播過(guò)程中能量的衰減比來(lái)定性地判斷孔道注漿有無(wú)缺陷的分析方法，稱之為全長(zhǎng)衰減法（FLEA）。

根據(jù)彈性波在預(yù)應(yīng)力孔道中的傳播速度的大小來(lái)定性地判斷孔道注漿有無(wú)缺陷的分析方法，稱之為全長(zhǎng)波速法（FLPV）。

如果孔道未注漿時(shí)，測(cè)試波速約為每秒5.01 千米，如果孔道注漿完全密實(shí)時(shí)，測(cè)試波速約為4.30 千米至4.60 千米之間，測(cè)試波速隨注漿密實(shí)度變化見(jiàn)圖3。

圖3 測(cè)試波速隨注漿密實(shí)度變化示意圖

圖4 局部精準(zhǔn)檢測(cè)的測(cè)試原理示意圖

根據(jù)彈性波在預(yù)應(yīng)力孔道中的傳播頻率的變化來(lái)定性地判斷孔道兩端有無(wú)缺陷的分析方法，稱之為傳遞函數(shù)法（PFTF）。整體檢測(cè)某條預(yù)應(yīng)力孔道注漿飽滿程度時(shí)，如果受檢孔道兩端即靠近錨定位置存在注漿不飽滿情況，沖擊彈性波振動(dòng)頻率會(huì)發(fā)生較明顯變化以此來(lái)判定受檢孔道兩端附近的注漿質(zhì)量是否存在缺陷。

受到張拉的鋼絞線，其自振頻率f1可以由下式得到：

其中，L：參與振動(dòng)的鋼絞線的長(zhǎng)度；

T：鋼絞線的張力；

2.2 局部精準(zhǔn)檢測(cè)的基本理論

沿孔道軸線的位置，逐點(diǎn)進(jìn)行激振和接收信號(hào)。通過(guò)分析激振信號(hào)從波紋管以及對(duì)面梁側(cè)反射信號(hào)的有無(wú)、強(qiáng)弱、傳播時(shí)間等特性，來(lái)判斷測(cè)試點(diǎn)下方波紋管內(nèi)缺陷的有無(wú)及形態(tài)。

3 孔道注漿飽滿指數(shù)

測(cè)試孔道注漿的各類方法分別具有各自的優(yōu)、劣勢(shì)如表1 所示。

表1 檢測(cè)注漿飽滿程度各方法的優(yōu)劣對(duì)比列表

基于上述理論，并綜合各方法優(yōu)缺點(diǎn)，提出孔道注漿飽滿指數(shù)用于判定公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁孔道注漿密實(shí)度情況，當(dāng)注漿飽滿時(shí)=1，而未注漿時(shí)，孔道注漿飽滿指數(shù)通過(guò)下式計(jì)算：

其中，IEA為全長(zhǎng)衰減法（FLEA）測(cè)得的分項(xiàng)指數(shù)；

IPV為全長(zhǎng)波速法（FLPV）測(cè)得的分項(xiàng)指數(shù)；

ITF為傳遞函數(shù)法（PFTF）測(cè)得的分項(xiàng)指數(shù)。

4 孔道注漿飽滿指數(shù)的應(yīng)用驗(yàn)證

選取在建工程澆注后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁以及高校教學(xué)用特制缺陷模型梁作為驗(yàn)證對(duì)象，采用四川省某公司生產(chǎn)傳感器及檢測(cè)設(shè)備，通過(guò)檢測(cè)孔道注漿飽滿指數(shù)確定受檢孔道是否需要對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行局部精準(zhǔn)檢測(cè)，對(duì)有條件的部位進(jìn)行破拆，將在建工程用梁破拆結(jié)果或教學(xué)模型梁制作信息與孔道注漿飽滿指數(shù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，得出孔道注漿飽滿指數(shù)在工程檢測(cè)領(lǐng)域存在應(yīng)用價(jià)值的結(jié)論。

5 結(jié)語(yǔ)

在公路水運(yùn)工程后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁制作生產(chǎn)過(guò)程中，孔道注漿密實(shí)度是實(shí)體質(zhì)量控制重點(diǎn)，在很大程度上決定后張法預(yù)應(yīng)力梁的承載力和耐久性。沖擊彈性波因其安全性高、能量大、易于頻譜分析等特點(diǎn)，適合對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道注漿密實(shí)度開(kāi)展無(wú)損檢測(cè)。通過(guò)對(duì)孔道注漿飽滿指數(shù)的提出及驗(yàn)證可以看出，該指數(shù)理論依據(jù)充分，精確度高，可以用來(lái)測(cè)定孔道注漿密實(shí)度是否合格，尤其適合政府質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)及工程監(jiān)理單位在工程施工現(xiàn)場(chǎng)快速對(duì)孔道注漿質(zhì)量作出定性判斷。