预应力管道灌浆质量检测方法的现状和进展

图 4 M EM的分析画面
试费时、对接触面要求高, 因而很难得以广泛应用。 21 3 纵向透过法
上述的各种 方法 都是 单点、横向 式的 测 试方 法, 普 遍存在测试效率低、难以全 面测试 孔道的缺 点。为了检 测整个锚索 (杆 )的灌浆密实度, 则有必要对 锚索全长进 行检测。此时, 采用上述的反射 法或透 过法的测 试工作 量就很大。因此, 采用纵向式的测 试方法, 即从 孔道 (锚 索 )的一端测到 另一 端是 非常 必要 的。为此, 学者 们开 发了基于弹性波的 纵向 测试锚 索 (杆 ) 灌浆 密实 度的方 法。
其原因实 质在 于传感 器测 试 的灵 敏度 不够。 在锚 头 激发的 能量, 一 部分 沿着锚 索向 前传递, 而一部 分则 扩散到周围 混凝 土中, 并沿 着混 凝土 向前 传递 ( 图 7)。 当灌浆密实度较高的时候, 由于 在锚索 中传递的 弹性波 的波速较快, 因此沿锚索传播的 P波的 能量大部 分都进 入到周围的混凝土中。这样 一来, 沿锚 索传递到 端部的 能 量就非 常微弱, 乃至 于难以 检出, 接收的 信号主 要来 自管道周围的混凝土。因此, 测 试的波 速实质上 是混凝 土的波速。另一方面, 当传感 器灵敏 度高、测 试距离短, 能够检出从锚索中传递来的 弹性波信 号的时 候, 测试的 波速就很难反映灌浆密实度 (图 8)。
摘 要: 文章通过分类比较的方法, 介绍了目前国内外最常用的测试预应力管道灌浆质量的 钻芯
取样法、电磁波雷达法、X 光、C射线法、弹性波冲击回波法、超 声波透射法 以及透过等几 种测试 方法,
认为基于冲击弹性波的一系列技术是可行和有发展前途的方法。
关键词: 预应力管道; 灌浆质量; 检测方法; 冲击弹性波
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预应力管道灌浆质量检测方法的现状和进展
吴佳晔 1, 杨 超2, 季文洪 3, 刘秀娟4, 魏永高 5
( 1. 四川理工学 院建筑工程学院, 四川 自贡 643000; 2. 杭州市交通工程质量安全监督局, 杭州 310000; 3. 上海市建筑科学研究院, 上海 200032; 4. 四川升拓检测技术有限责任公司, 成都 610072; 5. 北京星通联华科技发展有限公司, 北京 100085)
1 弹性波以外的检测方法
11 1 钻芯检测法 钻芯检测是最早使用的 传统技术, 属于局部 破损检
测方法, 只能按规定的抽检 比例进 行检测。虽然 该方法 是最为直观有效的测试方 法, 但由于 工作量 大、效率低、 费用较高和易对预应力钢束 造成损伤 等因素, 钻 芯检测 不宜做大面 积的 检测。该 方法 一般 在无 损检 测中 发现 异常时, 作进一步的确认判断时使用。
中图分类号: TU 413
文献标识码: A
引言
目前大量的 预应 力混 凝土 桥梁 在我 国桥 梁建 设中 占主 导地 位, 被广 泛应 用于包 括青 岛海湾 大桥、杭 州湾 跨海大桥、苏通大桥等重要 建设项 目上。对于预 应力混 凝土 桥梁, 由于预 应力 筋定位 不准 引起预 应力损 失, 同 时在施工张拉过程中造成梁 体崩裂; 预 应力钢绞 线要在 桥梁 使用 过程中 确保 长期发 挥作用, 达到 设计要 求, 预 应力孔道 的 压浆 质 量效 果 是其 重 要 的 影响 因 素 之一。 如果预应力孔道压浆不密实, 金 属材料 在高应力 状态下 锈蚀 速度 很快, 孔 道中 的钢绞 线材 料易发 生腐蚀, 从而 影响 桥梁 的耐久 性、安 全性; 并 且预 应力筋 下存在 压浆 质量缺陷时会出现混凝土应 力集中致 使破坏, 随 时间推 移引起的 预 应力 损 失现 象, 会改 变 梁 体的 设 计 受 力状 态, 从而影响桥梁的使用寿命。
第 23卷第 5 期 2010年 10 月
四川理工学院学报 (自然科学版 )
Journal o f S ichuan U n iversity o f Sc ience& Eng inee ring( N a tural Science Ed ition)
文章编号: 1673-1549( 2010) 05-0500-04
超声波透射法的优点是 工件中不 存在盲 区, 适宜探 测薄壁工件; 但该方法对发射和 接收探 头的相对 位置要 求 严格, 所 以不适 合箱 梁等人 员难 以进入 的结构, 且测
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四川理工学院学报 ( 自然科学版 )
2010年 10月
于振幅 (能量 )的方法。 ( 1)基于波速的测试方法 本测试方法是 通过 测试 预应 力结 构物 管道 的 P 波
一般认为, 压浆密实波形相 对欠密 实波形首 波到达 时间较晚; 且欠密实波形接收到 的波形 幅值相对 于压浆 饱满波形的幅值较小, 如图 5所示。
图 6 基于波速的灌浆密实度纵 向透过 测试技术的原理
但是, 需要特别指出的是, 该方法 的理论 并不严密。 严格地说, 在锚索 中传 播的 弹性 波 P波 的波 速, 并 不会 因为灌浆密实度的变化而有 明显的降 低, 反而可 能因为 灌浆密实度的提高使得周围 约束增加, 而使得波 速有略 微的增加。因此, 该方法本身存 在理论 上的缺陷 乃至于 错误。然而, 在 工程实 践中, 确实 也存 在随 着 密实 度的 增加, 实测的波速出现降低的现象。这又是为什么呢?
在桥梁建设中, 后张预应力 压浆不 密实的问 题早在 十几年前就已受到 国内外 的广泛关 注。建于 1953 年的 英国 Y nys- Gw as桥梁, 于 1985年突然倒塌, 经过英国的 运输与道路研究实验室 ( TRRL )研究 发现该桥梁 倒塌是 由于预应力 钢 筋锈 蚀所 致。此 外, 建 于 1957 年的 美国 康涅狄格州的 B issell大桥, 因为预应 力筋锈蚀导 致桥的 安全度下降, 在使用 了 35 年后也 不得不 于 1992 年炸毁
图 3 冲击回波 法测试结构物厚度 (波速 )及缺陷
弹性波冲击回波法的检 测仅需 1个测试面, 测试过 程简便、快捷, 结 果客观。 加拿 大学 者马尔 霍察 在 1984 年国际现场混凝土无损检测 会议论文 集的综 述中, 曾把 冲击回波法列为 / 最有发展前途的现场检测方法之一 0。
冲击回波法 测试 的孔 道灌 浆的 关键 技术 在于 频谱 分析技术。通常, 冲击回波采用 FFT ( 快速傅利 叶变换 ) 的方法, 但该方法对微小缺陷的 分辨率 往往不能 令人满 意, 为 此, 采 用 分 辨 率 更 高 的 频 谱 分 析 方 法 ( 如 M EM (M ax mi um En tropy M ethod ) 最 大 熵 法 ) 是 有 意义 的 ( 图 4 )。 21 2 横向透过法: 超声波透射法
收稿日期: 2010-10-09 作者简介: 吴佳晔 ( 1970-) , 男, 四川自贡人, 教授, 博士, 主要从事无损检测、防灾减灾方面的研究。
第 23卷第 5期
吴佳晔等: 预应力管道灌浆质量检测方法的现状和进展
5 01Biblioteka 11 2 电磁波雷达法 反射法可在 结构 物表 面进 行, 灵 活性 较 好, 是 重要
重建。通过分析上述两个事 故, 导致钢 绞线锈蚀 的主要 原因就是预 应力 孔道 压浆 不密 实。因此 采用 先进 的无 损检测技术对 预应 力结 构的 管道 整体灌 浆质 量进 行检 测, 对客观评价结构的质量状况意义重大。
为此, 国内外 相继 开展 了一 些研 究, 提 出 了不 少检 测方法。例如冲 击回 波法、超声 波成 像法、表 面波 频谱 成像法、探地雷达法、电磁波 ( 雷达 )、X 光、C射 线法、能 量衰减法和 超声 相阵 法等 方法。从 发信 点与 受信 点的 位 置关系, 可以将 上述 方法分 为透 过法和 反射法; 从采 用 的测试 媒介, 又 可以 把这些 方法 分为两 大类, 基 于弹 性波 (包括超声波 )的方法和弹性波以外的 方法, 并在对 这些方法进行总结比较的基 础上, 对检 测技术的 发展方 向进行了探索。
1992年, 冲击回波法首次应用于检测预 应力孔道内 缺陷。目前研 究表 明冲击 回波 法是 最有 能力 评估 铁制 孔道内压浆情况的方法。运 用冲击回 波谱图, 能 大概评 估全压浆的塑料孔道内的压 浆情况, 国 内外的研 究重点 和已有的研究工作也主要集中于该方面。
冲击回波法 是通 过检 测激 振信 号在 缺陷 区域 的重 复反射来测试灌注密实度 [ 2- 3] (图 3) 。当孔 道灌注不密 实 时, 冲击 回波的 反映 类似于 缺陷, 一方面 出现较 为明 显的 反射 (频 谱 ) 信 号, 另一方 面, 反射 的弹性波 波速也 会有所降低。
的无损检测方法。 其中, 雷达法是利用高频电 磁波以 宽频带短 脉冲形
式, 由结构 物表面 通过 发射天 线定 向传入 地下, 经 过存 在电性差 异 的混 凝 土反 射 后返 回 表 面, 被 接 收 天 线接 收。当发射与 接收 天线以 固定 的间 距沿 测线 同步 移动 时, 就可以得 到反 映混 凝土缺 陷分 布情 况的 雷达 图像。 混凝土均一性 差时 ( 如存在 蜂窝、架空等 ), 这部 分区域 与周 围混 凝土电 性差 异增大, 反射 波增强; 当其完 整致 密时, 混凝土 性质 相对 均一, 反射 波变 弱。该 方法 可根 据波形记录直接分析混凝土 内部缺陷 的分布 和形态, 具 有一 定的 可视性; 可根 据探测 深度、分辨率 的要求 选用 不同频率的天线。原理图和测试图如图 1、图 2所示。
超声波透射 法是 将两 个探 头分 别置 于试 件的 两个 相对面, 一个 探头 发射, 另一 个探 头接 收。根 据超 声波 穿透试件 后 的时 间、能量 变 化情 况 来 判断 试 件 内 部质 量。如对象内无 缺陷, 声波 穿透 后衰 减小, 则 接收 信号 较强; 反之, 接收探头只能收到较弱信号。
图 5 纵向式测试
从图 5可以看 出, 对 波 形放 大后, 对于 压 浆欠 密实 的波形当首波到达的前几个 波段会发 生切波 现象, 而压 浆饱满的波形因幅值较小不会发生切波现象。