预应力孔道灌浆饱满度检测方法综述

预应力孔道灌浆饱满度检测方法综述

摘要：对于后张法预制梁，孔道灌浆质量的好坏是预应力钢绞线在桥梁运营期间能否正常发挥作用的重要影响因素之一。灌浆不密实，孔道内有空隙，钢绞线没有被完全包裹，桥梁服役期完全暴露在自然环境，大气中的水、空气等进入这些空隙，就会侵蚀钢绞线，尤其是在高应力状态下更容易发生锈蚀、断裂，直接影响到桥梁的安全性、可靠性。近年由于灌浆质量差而发生的桥梁事故屡见不鲜，所以对灌浆质量的检测显得尤为重要。

关键词：灌浆饱满度探地雷达法冲击回波法超声波法衰减法射线法

引言

目前孔道灌浆饱满度的无损检测方法有多种，主要有：射线法、探地雷达法、冲击回波法、超声波法、全长衰减法、全长波速法等；从近年发表的文献看，国内学者的研究方向主要集中在冲击回波法、探地雷达法和超声波法上，成果也越来越丰富。鉴于此现状，有必要系统得对孔道灌浆饱满度检测方法做深入的分析、归纳、总结，并在此基础上探讨检测技术的发展前景。

1 孔道灌浆饱满度检测方法

1.1 探地雷达法

探地雷达的基本原理是：脉冲电磁波信号遇到介电常数不同的界面时，会产生反射，根据有无反射信号可以判断介质分布；进一步分析反射信号的波形、振幅的变化可以推断出介质的空间位置、结构、形态等。当孔道灌浆不密实时，不密实部分一般会由空气或水填充，它们与混凝土、钢筋的介电常数有很大差异，有很强的反射信号；有空洞存在时，雷达波衰减较慢，甚至出现振幅增大的特点；不密实处由水填充时，会有强烈的反射信号，振幅衰减很快[1]

预应力孔道一般都是由预埋在梁体内的金属波纹管成型的，再加上梁体内纵横分布的钢筋，这对电磁波会产生很大干扰，虽然有学者进行过模拟（正演）[2]和实测，但用探地雷达检测孔道灌浆质量局限性还是较大，检测效果还有待进一步验证。

1.2 冲击回波法

冲击回波法原理：利用一个瞬时机械冲击产生的低频应力波，在构件内部缺陷表面、构件底部产生反射，通过频谱分析提取反射回波频率；根据冲击回波理论，回波信号的主频有下式[3]：

式中为回波信号主频，为形状系数，为混凝土波速度，为混凝土板厚；由此式可确定缺陷深度。

冲击回波法已在工程实践中得到大量的应用。近年来已有学者把时频分析、小波分析等现代信号处理技术应用到后期的信号处理中，得到更精确、更具体的信号特征[4]。尤其基于多尺度分析思想的小波分析能够提取信号特征的多个特征元素，清晰的获取信号在不同频段频谱特征，为进一步研究孔道灌浆的信号畸变特征提供了有力的技术支持。但目前此法还是局限于定位检测，在具体的定性、定量检测方面还有待进一步研究。

1.3 超声波法

利用超声波检测孔道灌浆饱满度的方法来源于检测混凝土缺陷。超声脉冲波在混凝土中传播，通过分析其声速（声时）、波幅和频率等声学参数的变化来判断缺陷情况。当混凝土密实，超声波波速快，首波信号的波幅和频率大；当混凝土存在蜂窝、空洞或裂缝等缺陷时，超声波在缺陷界面发生反射、散射和绕射等现象，导致声学参数产生明显变化[5]。

通过诸多学者大量的试验测试，用超声波检测孔道灌浆饱满度是可行的，并且得出波幅值是判断孔道灌浆密实度的主要依据。

1.4射线法

射线和射线有较强的穿透性和直线性。当射线穿过物质时，该物质的密度越大，射线强度减弱得越多，即射线能穿透该物质的强度就越小。因此，在梁、板的两边分别发信和受信，通过像片中感光的浓淡程度即可测试孔道的灌浆密实度。但其测试设备较为庞大，测试费用高，且有一定的危险性，所以不适宜大范围使用。

1.5全长衰减、全长波速

1.5.1全长衰减法

此方法主要是通过能量（振幅）判断灌浆越密实度：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较少，衰减较小。通过精密地测试能量的衰减，即可推测灌浆质量。

1.5.2全长波速法

通过测试弹性波经过钢绞线的传播时间，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，随着灌浆密实度的增加波速是逐渐增大的，当灌浆密实度达到100%时，测试的锚索的波波速接近混凝土中的波波速。

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

严密等问题，但作为一种较为直观的方法，特别是在灌浆密实度很低的时候，仍然有一定的应用价值。

2、预应力孔道灌浆饱满度检测技术发展方向

对于预应力孔道这种隐蔽性工程，每一孔道的灌浆质量都关乎整个结构物的安全性、可靠性、耐久性，所以对每个孔道进行饱满度评价是必要得；而目前的方法还只停留在点测模式，不适宜做全面的普检，所以孔道灌浆饱满度检测的发展方向个人理解应该有如下几点：（1）检测方法方面，多方法结合进行定性、定位检测；（2）采集设备方面，实现采集的智能化、快速化；（3）数据处理方面，基于时频分析、小波分析等现代信号处理技术做更精确的分析评价。

3 结束语

通过广大学者的深入研究，目前人们对孔道灌浆饱满度各种检测方法的优缺点都有了较深入的认识，并且相应开发出一系列成套的检测设备；但由于结构物内部的复杂性、未知性，使得各种方法的应用都有局限性，目前还没有形成一套成熟、完整、公认的检测体系；基于弹性波的地震法在石油勘探等领域应用已很广泛，地震属性技术也发展的很成熟，而在孔道灌浆饱满度检测方面，如果能够结合更多的信号处理技术，提取出较为合适的弹性波属性来评价饱满度，相信会有更好的发展。

参考文献：

[1]刘正兴，李富裕，等.应用地质雷达进行桥梁预应力管道注浆质量检测的研究[J].湖南交通科技，2011，12：106—109.

[2]化得钧，王齐仁，等.地质雷达在预应力梁钢绞线孔道注浆质量中的研究[J].四川理工学院学报（自然科学版），2012，8：75—78.

[3]HSIAOC，CHENGCC，LIOUTH. Detecting Flaws in Concrete Blocks Using the Impact-echo Method [J]. NDT&E International，2008（41）：98—107.

[4]陈长河，陈征宇，董平.基于冲击回波箱梁锚孔孔道灌浆的检测信号特征分析[J].公路交通科技，2008（10）：151—154.

[5]江阿兰，褚瑞峰.超声波法检测预应力混凝土预留孔道灌浆质量的研究[J].森林工程，2003，1：43—45.