预应力管道灌浆检测方法介绍

确保长期发挥作用，达到设计要求，孔道 压浆的质量效果是重要的影响因素之一。 如果压浆不密实，水和空气的进入使得处 于高度张拉状态的钢绞线材料易发生腐 蚀，造成有效预应力降低。严重时，钢绞 线会发生断裂，从而极大地影响桥梁的耐 久性、安全性；此外，压浆质量缺陷还会 导致混凝土应力集中致使破坏，进而改变 梁体的设计受力状态，从而影响桥梁的使 用寿命。 建于 1953 年的英国 Ynys-Gwas 桥梁 于 1985 年突然倒塌，建于 1957 年的美国 康涅狄格州的 Bissell 大桥于 1992 年炸 毁重建。其原因均在于预应力钢筋锈蚀导 致桥的安全度下降。我国某高速公路三座 预应力梁桥，纵向预应力孔道中无压浆的 截面占调查总数的 14.5%，横向预应力无 压浆截面则占到 47.6%。 长期以来，研究人员开发了多种测试 方法。按测试所采用的媒介来分，大致可 以分为： 1) 基于放射线 （X 光） 的检测方法； 2) 基于电磁波的检测方法（如电磁 雷达） ；
缺陷类型及规模的识别 根据反射信号及等效速度的特点，利
1.00
3.00
传递函 数法
用 IEEV 法不仅能够检测缺陷的位置，还 可以推断灌浆缺陷的类型（空洞型或松散 2.0 4.0 型）和规模大小。 表 2 缺陷类型的区分 管道处 等效 的反射 波速 信号 小规模空洞型缺陷：有 正常 明显 慢 大规模、连续性空洞 正常 不明显 慢 洞的材质松散型缺陷 对于空洞型缺陷，由于水和空气的进 入，使得钢绞线容易产生锈蚀，通常需要 对空洞部位加以注浆。另一方面，对于松 散型缺陷，尽管其强度较低，但仍具有一 定的隔水隔气能力，一般不需要专门的注 浆修补。 没有明显缺陷 松散型缺陷：无明显空 小规模空洞、空洞不连 续 大规模空洞型缺陷：有 缺陷定义、类型
锚索自身的 P 波速度
测 试 速 度
I TF 。同时，综合灌浆指数可以定义为：
I f I EA I PV I TF
混凝土的 P 波速度灌浆密度1/ 3只要某一项的灌浆指数较低，综合灌 浆指数就会有较明显的反映。通常，灌浆 指数大于 0.95 一般意味着灌浆质量较好， 而灌浆指数低于 0.85 则表明灌浆质量较 差。 此外，灌浆指数是根据基准值而自动 计算的，因此，基准值的选定是非常重要 的。不同形式的锚具、梁的形式以及孔道 的位置都会对基准值产生影响，所用在条
预应力管道灌浆检测方法介绍
摘要： 在预应力混凝土梁的制作中， 预应力管道灌浆的密实度质量保证重要的因素之一； 否则，会加速结构的劣化，严重时甚至造成安全隐患和垮桥等恶性事故，从而造成社会 经济的损失。因此本文在大量的研究基础之上提出了预应力管道灌浆定性检测、定位测 试等行之有效的新方法。 关键词：注浆饱满度、全长衰减法、全长波速法、传递函数法、定位测试、冲击回波、 孔道灌浆质量
注 -1
所用的时间比灌浆密实的地方 为长，即用梁长得到的等效波速 慢。
无灌浆 时值
全长波 速法 全长衰 减法
混凝土 波速 实测波 （km/s） 注-2 速 能量比 频率比 （F1/F0 ） 激振频 注-3 率 （KHz） 0.02
5.01
注-4
灌浆密实
灌浆有缺陷 未灌浆
0.20 4
图 4 冲击回波法测试原理
1
引言 预应力钢绞线要在桥梁使用过程中 4) 基于冲击弹性波的检测方法 一般来说，基于 X 光成像的检测技术 精度较高， 但测试设备复杂， 检测成本高， 难以大范围检测。电磁雷达则受钢筋影响 大，对缺陷不敏感、测试精度低。超声波 法和冲击弹性波法尽管从理论上能够检 测灌浆密实度，但迄今为止尚无简捷可靠 的、实用化的针对灌浆密实度的无损检测 技术和设备。 在此，我们综合了国内外以及我们研 发的多种技术，提出新的灌浆密实度检测 方法，其最大的特点在于既可以快速定性 测试，也能够对有问题的管道进行缺陷定 位，从而达到了测试效率和精度的最优 化。 2 定性测试 定性测试包括全长衰减法（FLEA） 、 全长波速法 （FLPV） 和传递函数法 （PFTF） 。 这 3 种方法可以在一次测试中同时完成， 通过相互之间的印证，可以提高测试精 度。 1) 全长衰减法（FLEA） 一般情况下，能量比越小，灌浆越密 实。如果孔道灌浆密实度较高，能量在传 播过程中逸散的越多，衰减较大。如果孔 道灌浆密实度较低，能量在传播过程逸散 3) 基于超声波的检测方法； 较少，衰减较小。
图 2 全长波速法测试示意图 该方法最早由日本学者镰田敏郎教 授于 2001 年提出，尽管存在理论基础不 严密等诸多问题，但其作为一种较为直观 的测试方法，特别是在测试灌浆密实度很 低的时候，仍然有一定的应用价值。 3) 传递函数法（PFTF）
件许可时，进行相应的标定或通过大量的 测试并结合数理统计的方法确定基准值 是非常理想的。 表 1 灌浆指数的基准值 方法 项目 全灌浆 时值
冲击回波法的基本概念在 90 年代即 被提出。我们在此基础上，通过改进频谱 分析方法和增加 “等效波速” 的判断技术， 从而大幅提高了该方法的测试精度和应 用范围。 5 结束语
3） 灌 浆 密 实 度 三 种 定 性 测 试 方 法 各有优缺点，具体比较如下表： 方法 优点 测试原理明 测试结果离 全长衰减法 （FLEA） 确、对灌浆 散性较大， 缺陷较为敏 影响因素多 感 测试结果较 测试原理不 全长波速法 （FLPV） 为稳定，适 严密，对缺 合测试大范 陷较为钝感 围缺陷 能够测试锚 传递函数法 头附近的灌 （PFTF） 浆缺陷 小 测试范围较 缺点
在预应力梁的一端激振，如果接收端 存在不密实情况，会在接收端产生高频振 荡。因此，通过对比接收信号与激发信号 相关部分的频率变化，可以判定锚头两端 附近的缺陷情况。
充填良好 激振信号
当然，在激振端附近的钢绞线也存在 灌浆不密实现象时，激振端的传感器拾取 的振动信号的频率也会增加。
受信信号
图 1 全长衰减测试示意图 因此，通过精密地测试能量的衰减， 既可以推测灌浆质量。 2) 全长波速法（FLPV） 通过测试弹性波经过锚索的传播时 间，并结合锚索的距离计算出弹性波经过 锚索的波速。通过波速的变化来判断预应 力管道灌浆密实度情况。一般情况下波速 与灌浆密实度有相关性，随着灌浆密实度 测增加波速是逐渐减小，当灌浆密实度达 到 100%时， 测试的锚索的 P 波波速接近混 凝土中的 P 波波速。 上述各定性测试方法各有特色，尽管 测试原理不同，但测试方法完全一样。因 此，根据一次的测试数据可以同时得到 3 种方法的测试结果。 为了定性测试的结果定量化，我们引 入了灌浆指数 I f 。 当灌浆饱满时，I f 1 ， 而完全未灌时， I f 0 。因此，上述各方 法 可 得 到 相 应 的 灌 浆 指 数 I EA ， I PV 和 图 3 传递函数法的测试概念 4) 灌浆指数
注-1：参考 2-3-1 的模型试验和其他 验证试验所定； 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 配置的激振导 向器和 D50 锤激振而且充分张拉时； 注-4：根据钢绞线的模量（196GPa） 推算，并结合实际测试验证； 3 定位测试 根据定性测试的结果，对有缺陷的管 道再利用冲击回波等效波速法（ IEEV）对 IEEV 法利用 管道灌浆缺陷进行定位测试。 在波纹管上部激振时，根据弹性波的反射 特性来判断缺陷的具体位置。当管道灌浆 存在缺陷时， 1) 激振的弹性波在缺陷处会产生反 射； 2) 激振的弹性波从梁底部反射回来
1） 在全长波速（FLPV）法中，基准波速 是非常重要的参数。一般来说，基准 波速可取钢筋混凝土的波速。但是， 在采用特制灌浆料时，如果灌浆料的 波速快于混凝土的波速，则应采用灌 浆料中的波速。而灌浆料的波速则应 通过试块加以测试。 2） 在传递函数法中，若钢绞线未充分张 拉，或者未灌浆部分过长时，其自振 频率反而可能降低。因此，结合张力 测试是有必要的。