渡槽波纹管灌浆密实度检测.doc

升拓技术渡槽波纹管灌浆密实度检测 升拓资料库X预应力灌浆检测03 走进升拓 感受未来 sensing the future 渡槽波纹管灌浆密实度检测（四川升拓检测技术有限责任公司，四川 成都 610045） 摘 要：灌注桩试验可判定竖向抗压承载力是否满足设计要求，锚索杆灌浆密实度检测仪可对波纹管内灌浆密实度进行检测，主要采用冲击回波法（IEEV），其缺陷类型主要分为松散型和空洞型缺陷。特别说明：我公司的预应力灌浆密实度检测技术已提出“一种基于频率传递特性的桥梁预应力管道灌浆密实度检测”方法，并申请了发明专利。 关键词：渡槽灌浆密实度检测、灌浆密实度检测、灌浆密实度定性检测、灌浆密实度定位检测、冲击回波法、孔道灌浆质量7四川升拓检测技术有限责任公司 1 引言无损检测技术，又称非破坏检查技术，就是在不破坏待测物质原来的状态、化学性质等前提下，利用物质中因有缺陷或组织结构上的差异存在而会使其某些物理性质的物理量发生变化的现象，以不使被检查物使用性能和形态受到损伤为前提，通过一定的检测手段来测试、显示和评估这些变化，从而了解和评价材料、产品、设备构件等被测物的性质、状态或内部结构等所采用的检查方法。其中，冲击弹性波和振动是有着密切关系的一个物体的两个方面。例如，对混凝土表面敲击后，敲击部位及其附近产生振动。同时，该振动又会以弹性波的形式向四周扩散，即形成冲击弹性波。由于振动和冲击弹性波可以直接反映混凝土结构和材料的力学特性、几何条件和边界条件，具有作为土木工程无损检测的得天独厚的条件，从而得到了广泛的瞩目和飞速的发展。2 设备基本构成渡槽灌浆密实度检测采用的设备是由四川升拓检测技术有限责任公司研发生产的“SBA-HTF锚索（杆）灌浆密实度检测仪”。该设备是基于无损检测技术，采用冲击弹性波作为测试媒介的无损检测设备，该设备具有测试效率高、可靠性好、对结构无损伤等特点，可以大大地提高混凝土材料及结构的质量。 图 SBA-HTF锚索（杆）灌浆密实度检测仪本产品主要构成如下： 仪器主机（小型一体化平台） 传感器（进口） 外置放大器 激振系统及线缆 数据采集（无线操控系统） 产品软件（数据采集、数据解析、自动生成报告）3 预应力灌浆密实度检测技术 根据渡槽的现场情况，该检测项目可分为竖向孔道检测、纵向孔道检测、底板HN孔道检测以及底板HW孔道检测。通过弹性波的透过、反射等特性，可以对预应力梁的孔道灌浆密实度进行定性检测和定位检测。1. 定性检测通过露在两端表面的锚头/钢绞线进行激振和拾振，进而对整个钢绞线的灌浆密实度加以分析。主要包括以下方法：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。激振信号充填良好充填不良受信信号图 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。测试波速测试波速钢绞线波速：约5.01km/s混凝土波速：约4.14.6km/s灌浆密实度01图 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。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）根据受信与激发信号的初动部分的传递函数，可推测锚头附近的灌浆密实度；当灌浆密实时，钢绞线周围有灌浆材料约束，不易自由振动，受信信号初动部分频率较低；而当出现灌浆不密实区域时，钢绞线周围缺乏约束，产生自由弦振动，受信信号初动部分频率较高；采用该方法可以测试在锚头附近的灌浆密实度。图 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。钢绞线信号混凝土信号不密实较密实密实图 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 灌浆密实度定性测试方法比较方法优点缺点全长衰减法（FLEA）测试原理明确、对灌浆缺陷较为敏感测试结果离散性较大，影响因素多全长波速法（FLPV）测试结果较为稳定，适合测试大范围缺陷测试原理不严密，对缺陷较为钝感传递函数法（PFTF）能够测试锚头附近的灌浆缺陷，解析方便测试范围较小为了定性测试的结果定量化，我们引入了综合灌浆指数。当灌浆饱满时，而完全未灌时，。因此，上述各方法可得到相应的灌浆指数，和。同时，综合灌浆指数可以定义为：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 灌浆指数的基准值注-1方法项目全灌浆时值无灌浆时值全长波速法波速（km/s）混凝土实测波速注-25.01注-4全长衰减法能量比0.020.20传递函数法频率比（Fr/Fs）1.003.00激振频率注-3（KHz）2.04.0注-1：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；2. 定位检测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 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；（2） 测试精度与壁厚/孔径比（D/）有关，D/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。图 马蹄形部位的测试方法4 缺陷类型及规模的识别根据反射信号及等效速度的特点，利用IEEV法不仅能够检测缺陷的位置，还可以推断灌浆缺陷的类型（空洞型：对应A级；松散型：对应B、C、D级）和规模大小。表 缺陷类型的区分管道处的反射信号等效波速缺陷定义、类型明显正常小规模空洞型缺陷（B、C级）：有小规模空洞、空洞不连续慢大规模空洞型缺陷（D级）：有大规模、连续性空洞不明显正常灌浆良好，没有明显缺陷慢松散型缺陷：无明显空洞的材质松散型缺陷（PVC管）空洞型缺陷（C、D级）：铁皮波纹管 对于空洞型缺陷，由于水和空气的进入，使得钢绞线容易产生锈蚀，通常需要对空洞部位加以注浆。另一方面，对于松散型缺陷，尽管其强度较低，但仍具有一定的隔水隔气能力，一般不需要专门的注浆修补。冲击回波法的基本概念在90年代即被提出。我们通过改进频谱分析方法和增加“等效波速”专利技术，从而大幅提高了该方法的测试精度和应用范围。3. 波纹管材质的影响在交通工程中，孔道主要采用2类波纹管，即铁皮和PVC波纹管。由于阻抗的关系，两类波纹管对弹性波的反射不同，从而对灌浆密实度缺陷的检测也有一定的影响。根据弹性波的反射理论，机械阻抗（即密度、波速与面积的乘积）的变化决定了反射信号大小和相位。铁皮管壁、PVC管壁、混凝土、缺陷的阻抗的大小顺序为：铁皮混凝土PVC缺陷空洞。因此，铁皮波纹管处对弹性波是逆向反射，PVC和缺陷则是正向反射。由于管壁很薄，会出现铁皮波纹管的反射和缺陷处的反射互相抵消，而