橋梁預應力孔道壓漿密實度檢測現狀分析及對策技術研究

陳合德

(浙江交科工程檢測有限公司，杭州 311200)

0 引 言

自改革開放以來，我國橋梁建設事業飛速發展，取得了巨大成就，建設了眾多以杭州灣、港珠澳等跨海特大橋為代表的大跨徑預應力混凝土橋梁。在這些橋梁中，后張法預應力混凝土技術因其能夠使用高強材料、結構輕型化、跨越能力大、可有效避免混凝土開裂以及方便使用曲線配筋、受力結構合理等優點而得到廣泛的應用。但是后張法預應力混凝土結構中依然存在著一些病害，其中常見的是在彎曲管道頂點及錨固區附近有空洞浮漿，使預應力筋得不到應有的保護而被腐蝕，從而導致橋梁承載力下降，甚至坍塌。預應力孔道壓漿密實度已嚴重影響到預應力鋼絞線的使用壽命，從而威脅到預應力混凝土結構的安全性、可靠性。

1 橋梁預應力孔道壓漿密實度檢測現狀

1.1 相關規定

(1)《公路橋涵施工技術規范》 (JTG/T F50-2011)第7.9.12條規定[1]：壓漿后應通過檢查孔抽查壓漿的密實情況,如有不實,應及時進行補壓漿處理，并提出了設置檢查孔和壓漿應該達到密實的要求。

(2)《鐵路混凝土施工質量驗收標準》 (TB 10424-2010)要求[2]：預應力筋張拉后處于高應力狀態，對腐蝕非常敏感，所以應按設計要求盡早進行壓漿。壓漿是對預應力筋的永久性保護措施，要求水泥漿飽滿密實，完全裹住預應力筋。壓漿質量的檢驗應著重于現場觀察檢查，必要時采用無損檢測或鑿孔檢查。工藝中應包括壓漿飽滿度控制標準。水泥漿除了為預應力筋提供可靠地防腐保護外，同時與預應力筋之間的黏結力也是預應力筋與混凝土共同工作的前提。

(3)《公路工程質量檢驗評定標準》(JTG F80/1-2017) 8.3.3條規定[3]：預應力管道壓漿及封錨分項工程，是因為預應力管道壓漿狀況對結構受力性能、耐久性有直接影響，施工質量不易保證，故單獨作為一個分項工程進行檢驗評定，并在管道最高位置應設置排氣孔或檢查孔。條文說明要求：為防止出現壓漿不飽滿，可在管道適當位置(如最高處等)設置補漿管或檢查孔，在漿體終凝后進行二次真空補漿。

(4)浙江省地方標準《公路橋梁后張法預應力施工技術規范》(DB33/T 2154-2018)第6.3.1中說明[4]：應根據設計規定設置檢測管和排氣管，并在附錄中對檢測管和排氣管具體設置部位提出詳細的布設方法。

1.2 檢測方法概述

孔道壓漿是隱蔽工程，預應力系統設計上往往沒有設置檢查孔，施工中無其它檢查措施，因此孔道壓漿的質量好壞不易被評估。然而預應力孔道壓漿質量好壞直接影響著工程質量和使用壽命，對它進行事后檢測非常重要?，F在國內外主要檢測方法有：鉆芯法、超聲波法、電磁波法、射線法、沖擊彈性波法等[5]。

(1)鉆芯法。是利用鉆機和人造金剛石空心薄壁鉆頭，從結構混凝土中鉆取芯樣以檢測混凝土強度和檢測混凝土內部缺陷的一種方法。該方法直觀、可靠、準確。但鉆探取芯法和芯樣加工比較笨重，操作不便，成本也高，普遍使用受到限制；取芯只能反映鉆孔范圍內的小部分混凝土質量，對構件整個斷面來說，以點代面容易造成誤判或漏判；鉆孔取芯后，結構局部受到損壞，空洞需進行修補。

(2)電磁波法(如電磁雷達)。該方法由于受金屬屏蔽，因此不適合于金屬波紋管；對于塑料波紋管或者無管狀況，因構件配置鋼筋密集，也常被屏蔽而結果難以科學評估。電磁雷達受鋼筋影響大、適用范圍窄、對缺陷不敏感、測試精度低。

(3)超聲波法。從理論上，利用灌漿缺陷對波速的影響，采用對測的方法可以檢測灌漿缺陷，但需要從板的兩側面對測，而且需要耦合，因此作業性差，效率很低，難以實用。

(4)射線(X光、伽馬射線、銥192等)法。該方法的檢測精度較高，但存在測試設備復雜、具有放射性、需要底片等費用，檢測成本高，因此在國內基本上沒有得到應用。

(5)沖擊彈性波法。該方法目前工程應用較多，其中包括定性檢測和定位檢測兩種方式。定性檢測是利用露出的錨索，在一端激發信號，另一端接收信號，通過分析在傳播過程中信號的能量、頻率、波速等參數的變化，從而定性地判斷該孔道壓漿質量的優劣；定位檢測是沿孔道軸線的位置，以掃描的形式逐點進行激振和接收信號，通過分析激振信號從波紋管以及對面梁側反射信號的有無、強弱、傳播時間等特性，來判斷測試點下方波紋管內缺陷的有無及形態。通過兩種檢測方式的相結合的沖擊彈性波檢法，在工程中有一定的實用性，但也存在諸多不足：定性檢測的結果與真實的壓漿密實度沒有明確的對應關系，比如，某預應力孔道的綜合壓漿指數為0.95，判定該孔道壓漿密實度合格，但并不意味著該孔道的壓漿密實度達到95%，綜合壓漿指數和壓漿密實度不是一一對應的關系；定位檢測的結果不直觀，需要用戶利用自身經驗來對缺陷進行判定；定位檢測在數據采集過程中，人為因素對檢測結果的影響較大，比如激振點的選擇、沖擊錘的選擇、激振方式等，都會對檢測結果造成影響；定位檢測對特定梁型有較好的檢測效果，但在其他類型，尤其是現澆梁，以及厚壁、鋼筋密集區域的檢測，效果不理想。

1.3 檢測發現問題

(1)由外觀檢查、橋梁解剖發現的問題

預應力孔道壓漿不密實出現嚴重的空洞和鋼絞線銹蝕等嚴重影響結構安全的質量問題；并且施工現場發現壓漿、排氣孔出現空洞或未見漿液流動痕跡。

(2)在試驗室進行體外模擬試驗發現的問題

對預應力混凝土懸臂澆筑、拼裝及現澆預應力連續梁的壓漿密實度進行的標準模擬試驗中，驗證了在孔道高差大于80cm以上的管道上，在管道的最高點一般會出現不小于1cm高度的空洞，空洞長度視坐標的不同而有所區別，普遍大于5m以上，體積不小于2L，說明了試驗室都不能達到密實飽滿，那么現場施工更難以做到。

(3)現場檢測發現的問題

對浙江某省道公路大橋12個壓漿孔道進行了檢測和補壓漿，從檢測的結果來看，空洞體積較大，全部在7L以上，其中有1個孔道壓入灌漿料達80kg( 40L)。

對浙江某高速公路大橋連接線50個檢測孔進行了檢測和補壓漿，從統計結果看，空洞體積大于等于10L的有18個，在5～10L之間的17個，小于5L的有15個，最大補壓漿的數量43kg (21.5L)。

浙江某鐵路預應力孔道壓漿密實度檢測匯總、浙江某高速公路預應力孔道壓漿密實度檢測匯總分別見表1、表2。

表1 浙江某鐵路預應力孔道壓漿密實度檢測匯總表

表2 浙江某高速公路預應力孔道壓漿密實度檢測匯總表

從上述檢測結果可知,現場施工的孔道壓漿不密實質量問題普遍存在且非常嚴重。

2 壓漿密實度不足原因分析

2.1 施工工藝不到位

預應力管道壓漿施工由于排氣不完全、漿液存在氣泡、壓力泌水等原因，一般在曲線管道的頂點及錨固區附近存在著壓漿空洞和泌水產生的浮漿留存在漿體表面的現象，預應力管道壓漿幾乎不可能達到密實飽滿。

2.2 檢測手段落后

現有壓漿密實度檢測方法尚未達到事前、事中及事后的質量控制效果。

2.3 技術規范不適應

現有的《公路橋涵施工技術規范》(JTG/T F50-2011)未明確檢查孔的設置要求和部位及檢查的方法標準；《公路工程質量檢驗評定標準》(JTG F80/1-2017)對檢查孔設置及檢查方法未能做到全面、客觀描述來解決壓漿密實問題，更未關注到由于浮漿使得二次真空補壓漿會與原有漿液產生分層現象，這一現象將對總體壓漿的質量產生嚴重的影響。

3 提升措施及對策

3.1 編制先進技術規范

技術落后是造成預應力管道壓漿質量問題的主要原因之一，為將最新先進技術手段和實踐經驗加以總結應用，需要編制行業標準《橋梁預應力管道壓漿施工及密實度檢測技術規范》，及時更新現有橋梁預應力管道壓漿施工過程中的壓漿密實度檢測方法和部分預應力壓漿施工工藝，通過頂層設計為橋梁預應力孔道壓漿密實度質量提供技術支撐。

3.2 埋設檢測孔

埋設橋梁預應力孔道壓漿密實度檢測孔在壓漿完成后進行檢測是檢測壓漿密實度最可靠、簡便的方法。預埋檢測孔兼具及時檢測和補壓漿作用，既可解決施工過程中無法解決的泌水、空洞等問題，又可解決由于施工過程中出現意外突發情況而形成的空洞或漏壓漿等嚴重施工質量問題,并且施工簡便。檢測孔是簡易、直觀、高效地檢測預應力孔道壓漿密實度的主要通道，并可通過抽取空氣的數量和壓入灌漿料的數量來準確計算空洞的體積。為了確保能及時進行檢測、抽取積水和補壓漿工作，埋設的檢測孔及檢測通道應采用不易變形、有足夠強度和易與補漿設備相連接的鍍鋅管，且應與波紋管牢固連接。同時保持檢測通道的斷面不小于直徑20mm，以保證二次真空補壓漿飽滿密實?？赏ㄟ^預埋的檢測孔對壓漿出現的空洞進行二次真空補壓漿作業，是解決壓漿不飽滿的簡便、高效的有效施工方法，并可在終凝后對二次補漿的質量進行復測。

3.3 完善壓漿施工工藝

真空壓漿只是為了幫助漿液更快更順暢的流動而增加的輔助作用，主要仍靠漿液的流動度和壓漿泵的適度壓力來保證，但不可能達到孔道壓漿密實飽滿的效果?，F有的預應力管道壓漿料的技術要求由于未對泌水作用產生的浮漿進行控制和遏制，所以正在使用的壓漿料普遍存在著浮漿比較嚴重的現象。加強漿液配合比研制，并在最新的技術規范基礎上結合有效檢測方法才能達到預應力孔道壓漿密實飽滿。

3.4 應用有效檢測方法

“預應力混凝土現澆梁預應力管道壓漿密實度綜合檢測方法”[6]是目前最先進的檢測方法，可六步有效實現空洞定位和精準檢測。預應力混凝土現澆梁預應力管道壓漿密實度綜合檢測方法，包括如下步驟：(1)仔細研讀設計圖紙，了解分析結構的鋼筋、鋼絞線布置，掌握預應力鋼絞線的數量直徑、管道的布置和直徑；施工過程中壓漿的情況、壓漿料的品牌，漿液的制備等有關原始檔案數據；(2)模擬試驗：按照圖紙上的坐標、管道直徑、鋼絞線數量進行體外模擬試驗，通過試驗確定預應力管道壓漿密實度的情況，空洞產生的位置、高度及鋼絞線在管道內的位置；(3)用混凝土透視儀在實際澆注箱體上準確檢測出結構鋼筋、構造鋼筋、鋼絞線的位置和深度，在模擬確定的相應空洞位置用密實度質量檢測儀復測空洞的位置，校核空洞的大??；(4)在已初步確定的部位，按照檢測要求，加工出一個平整、光潔的平面，然后在這一平面上用混凝土透視儀準確描出鋼筋、鋼絞線的部位并以此描繪出管道和空洞的位置；(5)精確選擇在管道和空洞的上緣，確保避開鋼筋和鋼絞線，確定取芯的點，將鉆石鉆孔系統裝置固定在加工好的平面上，用外徑20mm的鉆頭，緩慢地鉆取到已確定的部位和深度，打通空洞；(6)最后用內窺鏡檢測空洞高度、壓漿的質量和對空洞的體積進行測量計算。

3.5 加強運營橋梁檢測

應盡快開展對運營中的橋梁預應力管道壓漿密實度及鋼鉸線銹蝕的檢測工作，消除普遍存在且后果非常嚴重的壓漿不密實、鋼鉸線銹蝕問題，防止出現橋梁承載力下降甚至垮塌事故的發生，確保運營中的橋梁結構安全。對于已經通車的橋梁，在壓漿密實度綜合檢測的基礎上，按照檢測的空洞大小和長度，在現場準確描繪出鋼筋、波紋管和空洞的位置，并在鉆孔驗證后，分析評估鋼鉸線在失去水泥鈍化保護后的銹蝕程度，編制分析評估報告，確認加固方案。根據檢測分析預應力孔道壓漿不密實病害狀況特點，對于鋼絞線剛開始銹蝕或銹蝕程度較輕的，通過鉆孔處補設的二次補壓漿通道對預應力孔道壓漿空洞處進行補漿，并用灌漿密實度質量檢測儀復測補壓漿的效果。對鋼鉸線銹蝕嚴重的構件采用施加體外預應力等方法進行加固處理，從而提升橋梁工程的預應力管道壓漿密實度，解決運營橋梁的壓漿空洞質量問題，提高橋梁結構的使用壽命和結構的安全可靠。

4 結 語

(1)對浙江省部分公路和鐵路橋梁預應力孔道壓漿密實度檢測數據進行數理統計分析，表明目前預應力橋梁孔道壓漿不密實質量問題普遍存在且非常嚴重。

(2)孔道壓漿不密實質量問題產生主要原因在于施工工藝不到位、檢測手段落后和技術規范不適應等。

(3)編制先進技術規范、采用科學合理施工工藝和檢測方法是解決孔道壓漿不密實質量問題的綜合對策。其中埋設橋梁預應力壓漿密實度檢測孔，在壓漿完成后進行檢測是檢測壓漿密實度最可靠、簡便的方法；加強漿液配合比研制，完善壓漿施工工藝,是解決預應力管道壓漿密實度問題的有效辦法。

(4)預埋檢測孔兼具及時檢測和補壓漿作用，既對預應力孔道壓漿密實度狀況進行直觀、高效的檢測，又能實現壓漿密實度檢測從象征性的定性檢測邁向了實質性的定量數據檢測，并利用預埋檢測孔進行補壓漿，徹底解決預應力管道壓漿施工質量問題。

(5)對于已經通車的橋梁，在壓漿密實度綜合檢測的基礎上，按照檢測的空洞大小和長度，在現場準確描繪出鋼筋、波紋管和空洞的位置，并在鉆孔驗證后，分析評估鋼鉸線在失去水泥鈍化保護后的銹蝕程度，編制分析評估報告，確認加固方案。對鋼鉸線銹蝕嚴重的構件采用施加體外預應力等方法進行加固處理。

(6)預埋檢測孔加強施工自檢，并采用“預應力混凝土現澆梁預應力管道壓漿密實度綜合檢測方法”進行第三方檢測，無論對新建橋梁還是舊橋加固意義重大，可有效提升橋梁預應力管道壓漿密實度，提高橋梁結構的使用壽命和結構的安全可靠性，具有廣闊的應用前景。