桥梁预应力波纹管压浆现状与检测技术

桥梁预应力波纹管压浆现状与检测技术在我国公路建设过程中，后张法预应力混凝土桥梁已得到广泛使用。采用后张 法预制混凝土梁时，为保证梁体的预应力效果及结构的耐久性，需向含有预应力筋 的孔道压力注浆。预应力孔道压浆不饱满引起的预应力筋的锈蚀、有效预应力的损 失，是对桥梁使用寿命的最大威胁，将直接影响预应力桥梁的整体强度和耐久性。 国内外对此相继开展了一些研究，多数采用无损检测技术，主要包括冲击回波法（I 巳、表面波频谱成像法（SASW）超声波成像法（UT、探地雷达法（GPR、超声相阵法等。但是，由于各种检测方法的原理、范围、精度等因素有所区 别，工程界一直期待一种稳定高效的检测方法，使无损检测技术能够在桥梁检测上 发挥更大的作用。针对这种情况，笔者首先分析了波纹管压浆存在的问题以及引起问题的原因，提 出了减少波纹管施工缺陷的方法。最后，结合承德某高速工程，利用国内外最先进的I E S检测技术，分析该技 术用于预应力波纹管压浆缺陷检测的可行性。一、存在的缺陷及原因调查1. 波纹管压浆不密实会锈蚀钢绞线，使预应力提前丧失，造成桥梁寿命缩短。 波纹管形成缺陷主要是水泥浆未充满整个波纹管，导致波纹管顶部有较大的月牙形 空隙，甚至有露筋现象。而另一现象则是压浆浆体强度不够，不能使压浆体、钢 绞线、混凝土梁体形成统一整体。造成该质量缺陷的主要原因有：1.水泥浆与外 加剂选用不当，致使水灰比偏大。2. 水泥浆配制时流动性和泌水率不符合要求，使部分波纹管被泌出的水分占据， 水分被吸收或蒸发后造成空洞。3. 施工人员压浆操作不正确，压浆速度太快或者是压浆压力偏低，在压浆时未 等出浆孔冒出浓浆即停止压浆。4. 压浆时，由于压浆不当或机械故障等原因，导致压浆中止，但对前面压 浆后 的波纹管又未及时清洗，致使再次压浆时，由于堵塞而无法正常进行，形成内部 空洞。5. 对需要特殊处理的部位仍按一般操作进行压浆，导致压浆不密实。6. 出浆孔位置不对，未在波纹管的最高点，因而在出浆孔有浆体外溢时，误以为波纹管内浆体己满；另外，高处残留空气无法排出，导致压浆失效，也会造成波纹 管已压实的假象。7, 在进行梁体混凝土振捣时，振捣器碰到波纹管，波纹管开裂，使得混凝土漏 入，阻断波纹管，压浆料不能通过。二、预防处理措施由于水泥浆灌入波纹管后还没有切实可行的压浆质量检测方法， 因此施工中采取保证压浆质量的措施就显得尤为重要。通常可以从以下几方面入手减 少缺陷。(1) 改善压浆浆体的收缩性浆体灌注以后，由于水分蒸发、水泥水化等因素的 影响，浆体体积会产生一定的收缩，使已经密实的波纹管产生空洞。为了保证波纹管内水浆密实，可以在水泥浆中加入少量的铝粉，或者掺入7%以 内的膨胀剂，使压浆浆体在硬化过程中膨胀，但膨胀率不应大于5%。浆体的流动性波纹管压浆采用纯水泥浆，水灰比在0.40-0.45之间，但是浆体易泌水收缩产生孔隙。为了提高波纹管压浆的饱满度和密实性， 减少泌水和体积收缩，就需要改善浆体的组分，配制高性能压浆材料。为了提高水泥 浆的流动性，可在水泥浆中掺入适量的外加剂，根据相关研究，可以加入占水泥 重0.7%的FDN-2高效减水剂，该减水剂的掺入解决了降低水灰比、用水量与提高 浆体流动度之间的矛盾。这时水灰比可减至0.360.38，流动度控制在20s以 内，水泥浆的泌水率最大不超过3%，拌和后3h泌水率宜控制在2%。(3) 压浆用气孔的正确设置按照相关要求，为了确保顺利压浆，需要在构件两端及波纹管相应位置设置压浆孔和排气孔，孔距不宜大于12m孔径不宜小于16mm排水孔一定要设在每跨曲线波纹管的最低点，开口向下，主要用于排 除压浆 前波纹管内冲洗用水或养护时进入波纹管的水分。泌水口设在每跨曲线波 纹管的最 高点处，开口向上，露出梁面的高度一般不小于30 c m,泌水管用于排除波纹管压浆后水泥浆的泌水。压浆前一定要对上述设置口进行严密检查，所有 设置均符合要求后再进行压浆工序。(4) 加强施工质量管理若施工人员责任心不强，不重视该项工作，就可能 发生 波纹管注浆缺陷的问题。因此，要建立专门的压浆施工队伍或对施工人员进 行专业 培训，使他们能够严格执行压浆的各个步骤，并在施工现场建立工序负责制度，使 各个环节都有专人负责，责任到人。（5）控制波纹管质量波纹管刚度、强度、密封性、接缝咬合牢固等实验指标必 须达到规定标准。不能出现漏浆、接头渗漏及变形、锈蚀现象。安装时，波纹管的连 接采用大一号同型波纹管，接头长度处于200mm 300mm之间，接头两端用密封胶带 或塑料热缩管封裹。如今国内外开始使用的塑料波纹管具有强度高、刚度大、密封 性好、施工性好、耐腐蚀性强、波纹管摩阻力系数小的优点，克服了金属波纹管的缺 点，是解决上述问题的理想途径。三、扫描式冲击回波法（IES）检测技术（1）检测基本原理I E方法一直被认为是一种对混凝土构件进行无损检测的 强有力工具。该测试方法不仅符合美国A S T M St a n d a r dC1883-98 厚 度确定标准的有关要求，也符合美国A S T M ACI228. 2R-98确定空洞、蜂窝、裂 缝、分层等缺陷标准的有关要求。扫描式冲击回波方法（I E S法）是在I E方法的基础上，将传统的利用不同 直径的钢球作为激发源发展为采用机械控制的激发源，同时将固定的单个传感器变 换为滚动式传感器，将信号发射与接收同步进行，与此同时测试结果适时保存于主 机处理器中，从而提高测试速度。（2）检测缺陷判别标准用小锤或者冲击器作为激振源在混凝土表面冲击来产 生应力波，然后由放置在冲击器附近的接收传感器接收反射回来的压缩波，经过主 机分析用于计算混凝土的厚度、探测内部的孔洞、裂缝、剥离等缺陷。对于无缺陷的 平板、路面，冲击回波试验中就会得到一个板底面的发射波，这样在已知压缩波的 波速时，就可以计算板的厚度，从而推断缺陷。如图1所示，接收器接收到反射波后，通过快速傅立叶转换时间域数据转 化为频域数据，然后确定回波的频率峰值f,计算结构的厚度和缺陷D=（bX VF）/2f（其 中b是形状系数，对板/墙来说是0.96，对于梁和柱该值更小，根据厚度和宽度 的比值确定，V F是压缩波波速）。测试结束后，经过计算，生成三维图形，对应 所测区域的厚度值，厚度从薄到厚依次对应的颜色为黑色、紫色、蓝色、绿色、黄色、 橙色、红色、白色，并且波纹管位置颜色与周围颜色按上述顺序相差一个间隔或多个 间隔时，即可判定为波纹管内部存在压浆缺陷。(3) 工程案例利用I E S定位技术对承德某高速箱梁进行检测，发现最上端注 浆孔可能存在缺陷，在波纹管两侧端头与弯角比较大的容易出现缺陷的地方设置测 区，波纹管两端测区长为1.5m,测线间距10cm ;拐弯区域测区长为1m测线间距5cm 按照预先方案，测线从左向右，从下向上进行检测。检测发现波纹管转弯处以及波纹管右端压浆情况良好，而波纹管左端测区内存 在问题，从波纹管左端测区右侧开始，继续布置I E S测区检测，直到检测 结果显 示存在压浆密实部分，左端第二个测区检测结果见图2。在图中，红色弯曲部分即为波纹管走向，而波纹管位置白色部分因为与周围颜色相差一个间隔，可以 判定为该处为缺陷部分，处于测线10 50之间。经过测试计算，得到缺陷长度大约 为190c m左右。初步分析为压浆时波纹管内部堵塞，造成通浆不畅，形成空洞部分。