邓建浩
广东交科检测有限公司 广东广州 510550
摘要：全国多个省份的质检机构明确要求要对预应力混凝土桥梁后张法预应力孔道的灌浆密实度进行检测，许多在建工程已经开展对灌浆密实度的专项检测。鉴于此，本文介绍了冲击回波法的基本原理，以及其在预应力孔道灌浆质量检测方面的应用。利用冲击回波法对某桥横向预应力孔道灌浆质量进行现场检测，检测结果与工程实际情况相符合，可见冲击回波法可用于预应力孔道灌浆质量检测，并且能清晰地判别出预应力孔道灌浆质量情况。
关键词：冲击回波法；检测技术；桥梁预应力；孔道灌浆质量
引 言
预应力混凝土桥梁在我国被广泛应用，如何提高预应力混凝土桥梁的耐久性一直是工程参与各方研究的重点。而大量的工程实例证明，在已建成的后张法施工的预应力混凝土桥梁中，预应力孔道压浆不密实是导致桥梁病害甚至垮塌的主要因素。传统的预应力管道灌浆质量检测方法均为破损性检测，其验证效率低，且检测后虽对破损部位进行了二次修复，但其质量难以保障，故研究发展先进的无损检测技术意义重大。目前，冲击回波法作为一种无损检测方法，被视作有较好发展前途的检测桥梁预应力孔道灌浆质量的方法。
1 冲击回波法检测原理及方法
1.1 检测原理
冲击回波法检测的基本原理是以弹性波在混凝土内部传播为基础，弹性波的激发由钢质小锤在砼结构表面激振所产生，携带有混凝土结构内部信息的弹性波会在缺陷界面处进行反射，灌浆质量缺陷的有无和类型就依据反射经时来推定。反射波的时域信号由设备的传感器接收，将时域信号通过速傅里叶变换转变为频域信号，依此得到混凝土结构的厚度及内部质量情况，具体见图1。
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1.2检测方法
冲击回波法是由冲击器对构件施加冲击，产生由纵波（P波）、剪切波（S波）和瑞利波（R波）组成的振动。通过接受传感器接收回波信号，并将回波信号传至动态信号分析仪，经过A/D（模/数）转换后并被采集、存储下来。计算机对所采集的信号进行滤波平滑、快速傅里叶变换（FFT）等处理后，将回波信号的频率幅值谱显示出来。再通过分析处理软件WINTFS对现场收集的回波数据进行具体分析，从而对检测质量进行判断与评价。
1.3 孔道灌浆质量判别方法
利用冲击回波法检测预应力管道灌浆质量的国家规程与国家标准还没有发布，一般根据信号的峰值频谱分布、频率漂移情况及样本比较来确定预应力孔道灌浆质量。同时参考美国试验材料协会1997年12月颁布的标准“Standard Test Method for Measuring the P-wave Speed and the Thickness of Concrete Plates Usingthe Impact-Echo Method”。通过用冲击回波法对已知构造混凝土结构中的无预应力孔道（放样异常）、有预应力孔道填充密实、有预应力孔道填充不密实等情况采集时域信号及频谱特征作为样本进行对比，与实际工程中预应力孔道采集的时域信号与频谱特征做比较来判别其灌浆质量，其样本显示出各自不同的时域信号和频谱特征，如图2所示。
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2 冲击回波法检测孔道灌浆质量的影响因素分析
2.1 孔道直径的影响
预应力孔道灌浆缺陷在不同的工程项目中各有差距，由于孔道直径的不同，其间会出现冲击回波。针对不同的直径，要建立全空波纹管模型，运用弹性波的应力云图观察缺陷，当孔道中缺陷的直径为1cm时，人们能够明显看到在缺陷的顶端位置处弹性波发生了发射。通过分析频谱图，人们可以发现比较明显的反射频率。随着孔道缺陷直径的逐渐增加，频谱图中的缺陷反射频率也会逐渐明显起来，由此可见，对于冲击回波的检测结果而言，孔道直径对其有着直接的影响。当孔道中的缺陷直径是1cm时，冲击回波难以对孔道中的缺陷进行分辨，随着孔道直径的不断增加，冲击回波才可对孔道中的缺陷进行准确定位。
2.2 孔道材质的影响
一般情况下，塑料波纹管和金属波纹管为常见的两种预应力混凝土孔道。其中，金属波纹管的阻抗高于混凝土，而混凝土的阻抗又高于塑料波纹管，它们之间的差值较大。因阻抗不同，钢界面、塑料乃至混凝土的界面都可以反射应力波。从混凝土进入钢界面，阻抗可以从低变高，此时，反射系数也将逐渐成为正值，但是，在此过程中，相位不会出现变化，小部分的波受到反射，大部分波则会折射到金属介质中。然而，从混凝土界面至塑料界面，阻抗从高到低，反射系数也会成为负数，相位随之出现变化，在此过程中，小部分波在塑料介质中进行了折射，大部分受到反射后被射回来。塑料介质的反射更为明显，其间会伴随大量能量的失散，因此会影响测试结果的准确性。在实施混凝土孔道灌浆模拟作业时，金属波纹管的选用比较常见。
2.3 波纹管间距影响
当相邻的未灌浆孔道与测试孔道的净距大于孔道内径的0.5倍时，被测试的孔道板厚频率不会受到未灌浆孔道的太大影响。如果灌浆饱满孔道的测点为波速测点，那么，对板厚频率的测试就不会影响到临近的空管道，换言之，如果波纹管的净距离不小于0.5倍的孔道内径时，邻近空管道也不会影响到灌浆饱满孔道。
3 工程实际应用
对佛山某区域铁路预应力梁进行管道灌浆密实度的检测。检测对象是长为30m的腹板，但由于前、后端是变截面，实测长度为中间部分23m。根据长度偏长，且为弯曲形状的原因，将混凝土板分为6段进行检测。检测范围分别为3.0~9.2m、9.2~10.8m、10.8~15.2m、15.2~18.8m、18.8~20.2m和20.2~26m，每段检测范围的检测间距均为20ｃm，激振捶直径为17mm，检测结果如图3所示。
在第1段的1．09~1．34m、1．91m~2．69m两处检测到缺陷，能看出明显的反射信号，也就是缺陷位置在总长度4．09~4．34m、4．91~5．69m处。第2段在总长度9．31~9．63m、9．89~10．16m和10．45~10．61m等值线图上有绕射现象的缺陷。第3段在10．80~11．23m、11．74~12．03m、12．80~13．24m和14．30~14．70m检测出了缺陷。第4段板上15．30~15．52m、
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16．11~16．59m检测出的缺陷反射信号弱，有明显绕射。第5段在总长18．40~18．54m、18．95~19．07m存在缺陷，有绕射现象发生。第6段检测云图与波速标定云图相似，认为此段为灌浆密实的情况。根据四川升拓预应力梁灌浆密实度检测技术体系提出的灌浆密实度指Ｄ，对管道灌浆质量进行评价。
Ｄ＝1ＮＮｊ＝1βｊ×100％（3）
式中，Ｎ为定位测试测点数，βｊ各个测点灌浆状态。灌浆质量良好，β为1；有小规模空洞或松散型空洞，β为0．5；若存在大规模空洞，β为0。灌浆密实度指数Ｄ在0．95以上，可以评价为良好；数值在0．90~0．95之间评价为一般；数值在0．90以下密实度较差。管道整体没有发现大空洞，检测出缺陷类型均为小空洞或松散型空洞，空洞累积长度约为3m。灌浆密实度指数为91．3％，该腹板灌浆质量为一般。
结束语
冲击回波法是一个操作简便、精度高的无损检测技术。工程上的成功运用，说明冲击回波法检测预应力桥梁管道灌浆质量的有效性和实用性。目前来看，塑料波纹管检测效果需要进一步改善，在以后研究过程中需要更多地去解决减少波纹管的影响来提高检测精度。
参考文献
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