罗云山1,郭宁2，何双勋3
（1.重庆市建筑科学研究院有限公司，重庆400016；2. 成都市建设工程质量监督站，四川 成都 610031；3. 中国建筑第八工程局有限公司，四川省成都市 610041）
摘 要：桥梁预应力管道压浆密实度是确保桥梁质量及安全性的重要指标。国内后张法施工的各种桥梁预应力管道压浆质量大部分存在缺陷或不足，因而极大影响了桥梁预应力混凝土的耐久性与安全性。本文通过对几种常见检测方法的分析，采用冲击弹性波检测原理分析以及现场实例的验证，得出冲击弹性波法受钢筋影响小、作业性好，不仅可以快速定性测试，也能够对问题孔道进行缺陷定位，是一种行之有效的检测方法。
关键词：冲击弹性波；无损检测；压浆密实度；超长预应力管道
1、桥梁预应力管道压浆密实度缺陷的危害和施工质量现状
随着我国城市化进程步伐的不断加快，高架桥、立交桥等市政桥梁作为城市交通的主要连接枢纽，已经得到了大规模的建设和发展，越来越多的大跨径预应力桥梁应运而生，尤其以后张法施工居多。后张法预应力桥梁除了预应力张拉控制外， 张拉后需对孔道进行灌浆封闭，灌浆的密实度是保证预应力桥梁构件质量的重要影响因素之一。 预应力孔道灌浆的目的主要有两个。一是排除孔道内的水和空气，防止预应力钢绞线被腐蚀，保证构件的耐久性；二是通过灌浆体使得钢绞线与周围混凝土形成一个整体，改善应力分布和提高构件的承载力。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，进而改变梁体的设计受力状态，从而影响桥梁的承载力和使用寿命。根据桥梁预应力管道压浆密实度调查统计数据可知，在全国各地后张法预应力桥梁孔道压浆密实度质量调查中，压浆密实度效果完全达到设计要求的仅占37%左右，而全空（未压浆）的高达13%左右，究其原因，除了施工质量没有控制好外，压浆密实度质量检验属于一破坏性检测，不利于施工后的检测。
2、桥梁预应力管道压浆密实度质量的检测方法
目前无损检测技术已经颇为成熟，尤其在检测构件内部缺陷方面有多种方法，根据其原理和介质大致分为：电磁波、超声波、放射性以及冲击弹性波等。
2.1电磁波的检测方法（如电磁雷达）
该方法多用于检测钢筋保护层或钢筋位置，对金属类较为敏感，由于目前多数预应力波纹管为金属波纹管，故无法采用此方法，即是采用塑料波纹管，也会受钢筋的影响大，适用范围窄、对缺陷不敏感、导致测试精度偏低。
2.2超声波的检测方法
该方法可用于检测混凝土内部缺陷。采用对测等测试方法，通过灌浆缺陷区的波速不同，来判断是否存在灌浆缺陷。但该方法需要从预应力梁的两个侧面进行对测，而且需要耦合，因此作业性差，效率很低。
2.3放射线（X 光、伽马射线、铱 192 等）的检测方法
该方法的检测精度较高，但存在以下缺点：一是测试设备和操作较复杂；二是具有放射性，存在一定的安全隐患；三是需要底片等费用，检测成本较高。基于此目前在国内几乎不采用。
2.4冲击弹性波的检测方法
该方法被认为是目前最方便、最快捷、最准确的测试方法，按照其测试功能可分为定性检测和定位检测。其中定性检测是判断预应力孔道灌浆是否存在不密实的情况，定位检测是通过冲击回波法确定孔道灌浆缺陷区的具体位置。
3、冲击弹性波检测压浆密实度质量方法和原理
3.1定性检测
将设备的发射装置安装在预应力梁板一端露出的锚索上，将接收装置安装在梁端的另一侧，通过激振装置产生冲击，生成弹性波，沿着波纹管孔道纵向前进，波在传播过程中如果遇到不密实等缺陷区域，将会导致能量、频率、波速等参数发生变化，仪器也会自动记录波在传播过程中的实时参数，从而根据波的参数变化来判断是否存在灌浆缺陷，如图1所示。
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图1 定性测试示意图
定性测试可根据其测试原理分为全长衰减法（FLEA）、全长波速法（FLPV）、传递函数法（PFTF）。
（1）全长衰减法（FLEA）
首先由激振器做振动，由此产生一个沿构件纵向传播的冲击弹性波，波在传播过程中根据灌浆密实程度产生一定的能量衰减，并以此来推算灌浆的密实程度。如果显示能量衰减幅度较小，则表明该
孔道灌浆存在缺陷区或不密实的可能性就越大。该方法的测试原理较为简单，对孔道灌浆的缺陷比较敏感，但也存在测试结果离散性较大，影响测试精度、因素也较多等缺点。
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图 2全长衰减测试示意图
（2）全长波速法（FLPV）
首先由激振器做振动，由此产生一个沿构件纵 向传播的冲击弹性波，并及时记录冲击波发出的时间和采集到冲击波的时间，计算弹性波沿孔道的传播时间，结合孔道的实际长度可以得出冲击波的波速，以此为依据推测灌浆密实程度。一般情况下波速与压浆密实度有相关性，随着压浆密实度测试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。如果经计算冲击弹性波的波速较大，则表明该孔道灌浆存在缺陷区或不密实的可能性就越大。该方法的测试结果离散性较小，尤其对大范围的灌浆缺陷测试精准，但也存在对气泡、空洞等小缺陷、测试误差较大等缺点。
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图3全长波速法测试示意图
（3） 传递函数法（PFTF）
在孔道的一端钢绞线上激振另一端接收时，如果端头附近存在不密实情况，会使振动的频率发生变化。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，该方法一般用于测试孔道两端的灌浆缺陷，测试范围有限。
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图 4传递函数法的测试概念
一般而言，在后张法预应力孔道压浆过程中，孔道灌浆缺陷区往往位于孔道的上方，因此在实际检测过程中，为了提高检测效率，可仅针对最上方的钢绞线进行检测。为了增加测试精度和准确度，可在一次测试中同时进行上述3种方法的测试，并根据3种测试方法的结果来综合评定灌浆密实程度。
为了更加直观形象地评价孔道压浆的密实程度，在试验和研究的基础上，引入了孔道压浆密实指数，从而能够实现定量评价压浆密实程度。当水泥浆完全压满孔道，无空隙时指数为1，无浆液时指数为
0，再根据上述3种不同方法，可得到每种方法的压浆密实指数，其取值范围为[0，1]，最后采用几何平均法确定综合压浆密实指数。通常，综合压浆密实指数在0.95以上时，表明该孔道的压浆密实程度较好，在0.80以下时，表明该孔道的压浆密实程度较差，存在缺陷区，需进行处理。此外，压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。
3.2定位检测
以孔道的轴线为基准，沿预应力梁板的纵向，以一定间距逐点进行激振和接收信号。同样通过软件分析激振产生的冲击弹性波在传播过程中的能量、频率、波速等参数变化，来判断每个测试点对应的位置是否有缺陷，其测试原理如下图所示：
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4、工程实例验证
为了验证冲击弹性波检测桥梁超长预应力管道压浆密实度缺陷的准确度，我们对成都天府机场市政配套工程四标段G匝道现浇箱梁第三联预应力管道压浆密实度进行了检测。G匝道现浇箱梁长89.92米，预应力体系钢束共设置16束，其中T1钢束共计4束，钢束长度92.305米，T2钢束共计4束，钢束长度87.906米，T3钢束共计4束，钢束长度83.70米，T4钢束共计4束，钢束长度8.062米，本次检测由四川建科旗云科技有限公司采用孔道灌浆密实度质量检测仪（仪器设备型号或规格SBA-HTF-S，仪器设备编号 SCIT-003）进行预应力管道压浆质量检测，对G匝道第三联最长的预应力管道T1-1进行定位检测和定性检测，由仪器系统自动采集和分析，最终检测结果如图5所示：
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图5检测结果图
由图5可知，T1-1号孔道存在2处缺陷：均为孔道端部为不饱满。为了进一步验证检测结果的准确性，通过CFD流体动力学对预应力孔道压浆的有限元模拟，孔道端部存在不饱和缺陷。与检测结果完全吻合。
5、结论
桥梁预应力孔道压浆密实与否是影响预应力桥梁耐久性和安全性的重要指标。实时把握压浆质量是桥梁养护和病害治理的关键。冲击弹性波法可以准确检测出桥梁超长预应力梁板孔道压浆的密实程度，能够保证桥梁等预应力混凝土结构的安全。
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