浅谈波纹管灌浆密实性检测

谈波纹管灌浆密实性检测

（四川升拓检测技术有限责任公司X，四川 成都 610045）

摘 要：2013年以来，浙江省、甘肃省、重庆市等多地均开展了预应力施工质量专项检查工作，其中，灌浆密实度成为重要的检查专项。对波纹管灌浆密实性检测可运用由四川升拓检测技术有限责任公司生产的锚索杆灌浆密实度检测仪及预应力混凝土梁多功能检测仪，可对波纹管灌浆密实性进行快速定性和准确定位检测。 关键词：灌浆密实度检测，波纹管注浆密实性检测，波纹管注浆检测，预应力混凝土梁检测，波纹管灌浆质量检测，四川升拓检测技术

根据广东省交通质监站在2013年4月组织开展的，在建公路桥梁预应力工程施工质量专项监督检查工作的通报，关于预应力孔道压浆质量，指出大部分施工合同段预应力孔道压浆记录完整，记录中反映的压浆工艺基本规范，浇箱梁预应力孔道压浆施工质量总体较差，则会影响桥梁结构安全和耐久性。2013年以来，浙江省、甘肃省、重庆市等多地均开展了预应力施工质量专项检查工作，其中，灌浆密实度成为重要的检查专项。

测试方法和原理

为了准确测试纵向预应力梁管道（双端锚头露出）的灌浆缺陷，同时兼顾测试效率，因此我们采用了基于冲击弹性波的多种方法进行测试。具体请参考下表。

表 灌浆密实度测试项目一览表

方法 全长衰减法（FLEA） 定性全长波速法（FLPV） 在锚索两端上激振与受信（参考图2-2-1） 测试方案 备注 对预应力孔道全体进行定性测试。 确定锚头附近（约0.5～2m）范围内有无缺陷 在每个管道上沿间距为0.2m进行测试，孔道正上方激振。（参考图2-2-2） 定位测试，确定缺陷的具体位置 测试 传递函数法（PFTF） 波形特征对比法 定位类型测试 冲击回波等效波速法（IEEA） 1) 定性测试：

利用锚索两端露出的钢绞线进行测试，测试效率高。由于空洞等缺陷通常发生在孔道的上方，因此通常只需测试最上方的钢绞线即可。在一次测试过程中，可同时完成上述四种方法（FLEA、FLPV、PFTF、LAEA）的测试，完成一个孔道的测试时间在5分钟内。

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图 2-2-1 定性测试示意图

2) 定位测试

沿着管道的上方或侧方，以扫描的形式连续测试（激振和受信），通过反射信号的特性测试管道内灌浆的状况。

：激振点 ：传感器 ：测线 纵向扫描 竖向扫描

图 灌浆密实度的定位测试

定性测试

1) 全体灌浆性能

采用全长衰减法（FLEA）和全长波速法（FLPV）进行测试。 （1） 全长衰减法（FLEA）

如果孔道灌浆密实度较高，能量在传播过程中逸散的越多，衰减大，振幅比小。反之，若孔道灌浆密实度较低，则能量在传播过程逸散较少，衰减小、振幅比大。

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充填良好 激振信号 受信信号

图 2-2-3A 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。我们研发的双方向激振技术（已取得国家发明专利，专利号：ZL200510021851.5）可以大幅提高能量衰减的测试精度，从而奠定了全长衰减法的基础。

（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。

测试波速 钢绞线波速：约5.01km/s 测试波速 混凝土波速：约4.1～4.6km/s 0 灌浆密实度 1

图 2-2-3B 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。因此，我们对测试理论进行了研究。

基于等效模量的方法，灌浆密实度Sr与测试波速V的关系可以表达为：

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Ass(VsV2) Sr22(AAs)g(VVg)其中，As、A分别为孔道中钢绞线的面积和孔道的面积；

2Vs、Vg分别为钢绞线和灌浆料中弹性波的波速。其中，Vs取5.01km/s，Vg则应

通过试块加以测试。具体测试方法可参见“混凝土质量综合检测技术方案”；

s、g分别为钢绞线和灌浆料的密度，分别可取7800和2400kg/m3；

为修正系数，反映孔道壁（PVC或铁皮）以及周围混凝土的影响，可通过灌浆饱

满孔道（Sr=1）的实测波速Vf来标定：

代入上式，又可以得到：

Ass(VsVf)(AAs)g(VfVg)2222

Sr(VsV2)(VfVg)(VsVf)(VVg)2222222

因此，只要能够实现测出Vf和Vg，即可容易地得到灌浆密实度。此外，当VgVf时，取1。

在此，我们利用一套典型参数进行了计算。Vg取4.30km/s和4.45（Nmd=1），Vf分别取4.35、4.40：

图 2-2-3C 全长波速法计算例

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从中可以看出,灌浆密实度在0～40%时，测试波速明显提高。但当灌浆密实度超过40%以后，波速的变化就非常缓慢。换言之，FLPV法仅对灌浆密实度很低的工况有效，这一点要特别引起注意。

2) 端部灌浆性能

主要采用传递函数法（PFTF）和波形特征对比法测试。 （1） 传递函数法（PFTF）

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。此外，该方法测试的区域（锚头附近的钢绞线），恰恰是定位测试（IEEV）法较为困难的测试区域。

图 2-2-4 传递函数法的测试概念

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。

【注意】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。

（2） 波形特征对比法

在预应力孔道端部存在不密实区域时，接受到弹性波首先为经钢绞线传来的信号，然后接收到经周围混凝土传来的信号，两者之间有一定的时间差。另一方面，端部灌浆密实时，两者信号较为接近，不易分辨。

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钢绞线信号

不密实 密实 较密实

图 2-2-5 接收端附近灌浆密实度波形特征对比法示意图

3) 定量化分析（灌浆指数）

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。

表错误！文档中没有指定样式的文字。-2-2 灌浆密实度定性测试方法比较

方法 全长衰减法（FLEA） 为敏感 全长波速法（FLPV） 大范围缺陷 能够测试锚头附近的灌浆缺传递函数法（PFTF） 陷，解析方便 为了定性测试的结果定量化，我们引入了综合灌浆指数If。当灌浆饱满时，If1，而完全未灌时，If0。因此，上述各方法可得到相应的灌浆指数IEA，IPV和ITF。同时，综合灌浆指数可以定义为：

测试范围较小 钝感 素多 测试结果较为稳定，适合测试测试原理不严密，对缺陷较为优点 缺点 测试原理明确、对灌浆缺陷较测试结果离散性较大，影响因IfIEAIPVITF

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0.80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2-2-3 灌浆指数的基准值注-1

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方法 全长波速法 全长衰减法 传递函数法 项目 波速（km/s） 能量比 频率比（Fr/Fs） 激振频率（KHz） 注-3全灌浆时值 混凝土实测波速注-2 0.02 1.00 2.0 无灌浆时值 5.01注-4 0.20 3.00 4.0 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；

定位测试

1) 定位测试（改良冲击回波等效波速法：IEEV）的基本原理

根据在波纹管位置反射信号的有无以及梁底端的反射时间的长短，即可判定灌浆缺陷的有无和类型。当管道灌浆存在缺陷时，有：

灌浆密实 灌浆有缺陷 未灌浆

图 2-2-6 改良冲击回波法IEEV测试原理

（1） 激振的弹性波在缺陷处会产生反射；

（2） 激振的弹性波从梁对面反射回来所用的时间比灌浆密实的地方长。因此，

等效波速（2倍梁厚/梁对面反射来回的时间）就显得更慢。

2) 定位测试（IEEV）的特点

（1） IEEV法测试精度高，但相对速度较慢；

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（2） 测试精度与壁厚/孔径比（D/Φ）有关，D/Φ越小，测试精度越高； （3） 当边界条件复杂（拐角处）或测试面有斜角（如底部有马蹄时），测试精度会受较大的影响。

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√ 图 2-2-7 马蹄形部位的测试方法

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