2.天津市交通科学研究院 天津 300074
摘要：桥梁预应力孔道注浆质量对桥梁安全具有重大影响，由于桥梁注浆问题而引发的事故屡见不鲜，国际上现阶段比较认同的办法是利用超声波方法对其进行质量检测。本文针对单个预应力桥梁孔道，以混凝土、铁皮、PVC作为孔道材质，分别在饱满、缺陷状态下进行检测，得到了不同的声时和增幅值，并以此为参考，可以反推出不同工况下的桥梁孔道密实状况。本研究验证了采用超声波方法检测桥梁预应力孔道注浆质量的科学性及可行性，为后续试验研究提供了参考，也再次说明了超声波无损检测在本领域的使用价值及应用前景。
关键词：孔道注浆；超声波无损检测；单管孔道
1 前言
预应力桥梁孔道注浆是桥梁工程质量的关键因素，预应力孔道中的水泥具有保护钢绞线和提供预应力的作用。桥梁预应力体系在设计、施工中的质量缺陷，会在桥梁运营期内诱发梁板出现大量的病害或预应力损失，极易引发梁板断裂、桥梁倒塌。预应力混凝土桥梁已成为我国的主要桥梁类型，一旦出现安全事故，不但会对人民生命和财产安全造成重大损失，还可能导致部分交通网络瘫痪，造成巨大社会影响，特别是生命线工程，影响尤为巨大。
随着预应力混凝土桥梁的大量采用，其病害也日益凸显。通过对倒塌桥梁以及危桥调查发现，混凝土桥梁倒塌或出现大量病害的主要原因是桥梁预应力的损失和预应力钢束的锈蚀。施工过程中，为确保梁体的承载能力和耐久性，保护其预留孔道内预应力钢束不被锈蚀，并与周围混凝土紧密结合形成整体共同受力，在预应力钢束张拉完毕后，须及时向孔道内注浆[1]。注浆是否饱满，将直接影响预应力梁的使用性能。实际操作中，由于孔道管路堵塞、注浆材料、机械或人为因素等影响，有时会出现注浆不密实，甚至存在空洞等现象，导致孔道注浆质量通常较差。而孔道注浆属于隐蔽工程，一旦注浆完成即成为“暗箱”，加之过程管理和质量检测手段不完善，质量问题难以发现[2]。孔道注浆后存在的空洞极易导致水分和空气侵入锈蚀钢束，研究表明[3]，与饱满状态相比，此时的钢束腐蚀速度将以数量级的速率增长，严重降低了预应力混凝土结构的使用性能，并造成安全隐患。因此，严格控制预应力桥梁的孔道注浆质量，对确保桥梁结构耐久性，延长使用寿命，保障交通安全具有重要意义。
本文针对上述问题，对超声波无损检测技术进行了实验研究和理论分析，并以单管为例，为实际应用给出了具体的试验检测方法和理论判别依据，在此基础上，通过归纳分析和实践验证，证明了超声波无损检测方法在桥梁预应力孔道注浆质量控制方面的可行性及应用价值。
2 试验梁的制作
2.1试验梁设计
为研究应用超声波法检测单排预应力孔道注浆质量方法，在构造尺寸满足《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）[4]的前提下，按照上文中提到的各种材料的配合比，浇筑如图所示试验梁。试验梁尺寸为0.4m×1.0m×1.0m，0.4m的厚度与多数的现浇箱梁的腹板厚度一致，预设3个孔道，分别为铁皮波纹管孔道、PVC波纹管孔道和无波纹管孔道[5]，研究超声波穿透管道时各参数值的变化。
图1 预应力单排孔道试验梁模型
为了简化模式并适应所有工况，将模型制作为板状结构。这样既可以模拟T型梁的腹板，又可以模拟箱梁的腹板。
2.2试验梁工况设计
本组试验预设对比试验梁，在相同的条件下，预制两块试验梁，一号试验梁完全注浆，二号试验梁预设缺陷，部分注浆。两块试验梁的注浆情况如图2所示，图中单位均为cm：
图2 预应力单排孔道试验梁注浆工况
3.预应力孔道注浆单排管检测方法及结果分析
1、试验所设计及用到的检测方法：
检测方法利用非金属超声波检测仪NM-4A对以及预制好的梁上的19个测点依次进行检测并记录数据。
2、检测结果分析：
试验梁横截面如图所示，其中，T=40cm，d1=d2=13.5cm，波纹管外径d3=13cm。波纹管壁厚忽略不计。如图3所示，
图3 单排孔道试验梁横截面图
对于原材料相同、配合比一致，并且在同种施工工艺下预制的试验梁来说，接收端接收到的首波一定是沿着最短路径传播过来的。对于单个孔道而言，传播路径如图5所示，图中单位均为cm，大致分为以下三种：（1）孔道注浆饱满，超声波垂直检测面沿直线传播；（2）孔道内存在孔隙，超声波在孔隙处发生绕射，之后继续沿直线传播；（3）孔道完全不注浆，超声波在孔道外沿最短路径传播。
传播路径（a）
传播路径（b）
传播路径（c）
图4 预应力单排孔道传播路径
分析两种极限状态的传播，在（1）的情况下，传播距离为400mm，标定波速为4.88km/s，传播所用声时为81.97μs；在（3）的情况下，由于传播路径过于复杂，在不影响整体规律的前提下，我们将其简化为传播距离为420.59mm，，波速为4.88 km/s，传播所用声时为86.19μs。有了两种极限状态下的声时数据，可以根据检测到的数据，结合科学数据处理方法，判断预应力孔道注浆质量。
4.结论
通过试验研究可以发现，用超声波检测不同工况下的桥梁孔道可以得到不同的声时，且具有明显的区别，由此可以判断出预应力孔道内是否注浆饱满，使用超声波无损检测方法具有很强的可操作性，节省时间和人力物力，由于是无损检测不会对桥梁造成损害，符合工程建设质量要求，同时超声波也不会对施工及检测人员造成危害，由此可知利用超声波无损检测具有科学性及可靠性同时也具有很大的应用市场价值。
参考文献：
[1]刘敬棉.分段施工的预应力混凝土连续梁钢束布置方式及预张力研究[J].铁道工程学报，2008，25（12）：61-65.
[2]魏连雨，王清州，马士宾，等.一种新型预应力孔道压浆剂及其制备方法：CN，CN 103288378 A[P].2013.
[3]粟海涛，杨静，张森.桥梁预应力孔道注浆质量检测[J].科技导报，2013，04：49-53
作者简介：
王伟广（1979.09-），男，河北保定人，高级工程师，硕士研究生，毕业于河北工业大学结构工程专业，目前在天津市交通运输工程质量安全监督总站从事路桥材料试验检测管理工作。
论文作者:王伟广1,李正中2,满伟1
论文发表刊物:《基层建设》2018年第23期
论文发表时间:2018/9/17
标签：孔道论文; 预应力论文; 桥梁论文; 注浆论文; 超声波论文; 单排论文; 路径论文; 《基层建设》2018年第23期论文;