桥梁预应力锚索注浆质量检测

桥梁预应力锚索注浆质量检测桥梁预应力锚索注浆质量检测 一 预应力梁锚索注浆质量检测原理 利用弹性波 超声波 的传播机理和超磁致弹性波震源的特性 用超磁致弹性震源 从预应力锚索的一端输入弹性波 超声波 信号 在锚索的另一端接收此弹性信号 根据 弹性波的入射信号和传播输出信号 再利用弹性波在此预应力锚索不同结构传播的传导函 数来计算分析桥梁预应力锚索的注浆质量 二 超声波传播的基本原理 波分为机械波和电磁波两大类 超声波是机械波的一种 是机械振动在连续介质 气体 液体 固体 中的传播过程 所以 机械振动是超声波产生的根源 波是振动的 传播过程 当振动在弹性介质 气体 液体 固体 中传播时便产生波叫做弹性波 声波 超声波属于弹性波 本节重点讨论弹性波的性质和传播规律 首先由弹性介质中的波动方 程出发 一 弹性介质中的波动方程及其解 当波在无限大各向同性弹性介质中沿 方向传播时 遵从下面的波动方程 d2 dt2 c2d2 d 2 2 1 其中 为介质质点振动位移 c 为与介质有关的常数 在不考虑介质吸收的情况下 方程 2 1 的解为 t Amcos t t 2 2 其中 Am 为振幅 为角频率 方程 2 2 表示在波的传播方向上距离原点为 的质点 在时刻 t 的瞬时位移 其中 c 代表波的传播速度 波在一周期时间 T 内所传播的路程叫做 波长 以 表示 若波的频率为 f 则 f c T 之间的关系为 c f cT 2 3 令 k c 2 叫做波数 则 2 2 也可写为 t Amcos t k 2 4 二 波的传播特性 波在传播过程中有其本身的特性 如碰到障碍物时会发生衍射 几个波地同一介质中 相遇时会出现干涉和叠加现象 1 波的衍射 当波在弹性介质中传播时 波前在介质中达到的每一点都可以看作新的振源 这叫做 惠更斯原理 当一个任意外形的波的传播遇到带有小孔 a 的障碍物 A 时 若小孔 a 将成为 在障碍物另一方传播着的振动之源 半圆形的波 B 由小孔向前进行 它与传来的波的形状 无关 小孔好象一个新的振动中央 振动从这里向另一方传播 2 波的叠加和干涉 在弹性介质中 假如由不同波源发出的两个不同波系 在某一区域内重叠 而后又分 离开 则此后每一波系的传播情形就和它自己的路程上未曾与另一波系相遇一样 这种波 的传播互不相干的现象叫做叠加 向水中投两个石块 在两石落下处的四周都发射以石块 落点为圆心的圆形波群 在传播中两个圆形波群相遇后彼此相穿 而后分离开又成为相互 独立的圆形波群 这便是水波的叠加现象 在波重叠的区域 振动相互重叠 发生波的合成 结果在某些地方振动较强 而在另 外一些地方振动较弱 在此情形下 介质中每一点的合振动将为达到这一点的一切振动之 和 当振源的振动有相同的频率 相同的振动方向和相同的相位 或一定的相差 时 这 样的振源叫相干振源 这时将发生相干振源的干涉现象 设两相干振源产生的波的方程式为 1 A1cos t 2 A2cos t 则在距两振源分别为 r1 和 r2 处的一点相遇时 合成波为 1 2 Acos t 2 5 其中 A A21 A22 2A1A2cos2 r1 r2 1 2 2 6 tan 1 A1sin2 r1 A2sin2 r2 A1cos2 r1 A2cos2 r2 2 7 由 2 6 可知 合成振幅 A 的值由 A1 A2 和两振源相遇点的相位差 决定 当 2 r2 r1 2m 2 8 m 012 时 振幅最大 最大值条件又可以写为 r2 r1 m 2 9 当 2 r2 r1 2m 1 2 10 时 振幅最小 最小值条件为 r2 r1 2m 1 2 2 11 总之 两个相干波源在介质中某点相遇而发生干涉时 当两波到该点之程差等于波长 的整数倍时 振幅有最大值 当程差为 1 2 波长的奇数倍时 振幅有最小值 3 驻波 两个振幅和频率都相同的相干波在同一直线上相向传播时迭加的合成波叫驻波 它是 干涉现象的特别情形 设两相干波分别为 1 A1cos t k 2 A2cos t k 为波的传播距离 则合成波位移为 Acosk cos t 2 12 若固定某点 在不同时刻 t 来观察 则 当 t n 即 t nT 2 时 最大 当 t 2n 1 2 即 t 2n 1 T 4 时 0 若在某一时刻 而观察不同的点时 则 当 k n 即 n 2 时 最大 当 k 2n 1 2 即 2n 1 4 时 0 式中 n 0 1 2 3 所以 无论在任何时刻 在 n 2 的这些点上合成位移总是最大 而在 2n 1 4 的各点 合成位移总是为 0 前者各点称为波腹 后者诸点叫做波节 波 线上其它各点位移在最大值与零之间 好象波线是在做分段运动 故称之为驻波 两个相 邻波腹或波节间的距离为半波长 4 多普勒现象 当振源或测量波动的仪器相对于介质运动时 仪器接收到的波的频率与振动频率不同的现 象叫做多普勒现象 若振动频率为 f 周期为 T 仪器接到的频率为 fd 仪器和振源相对于 介质的运动速度分别为 u 和 v c 为波在介质中的传播速度 则多普勒现象引起的接收频 率 fd 以下式表示 fd c v f c u 2 13 仪器接收频率与振源频率之差为 f fd f v u f c u 2 14 多普勒现象在超声检测和雷达测飞行目标中有广泛的应用 三 超声检测方法 超声检测是无损检验的最重要的一种手段 由于检测原理和使用的波型 接收与发射 方法 显示方式以及耦合型式的不同 实现检测的手段和方法众多 其归纳和分类方式也 不同 一般按声波的种类来区分有连续波和脉冲波 在连续波方法中 又分为穿透法和谐 振法 在脉冲法中 可分为脉冲穿透法和脉冲反射法 在进行检测之前 要根据被检测对 象的特点 选择合适的检测方法 一 穿透法 穿透法又叫透射法 是最早采用的一种超声检测方法 1 穿透法工作原理 穿透法是将两个探头分别置于试件的两个相对面 一个探头发射超声波 另一个探头 接收透射法 根据超声波穿透试件后的时间 能量变化情况来判定试件内部质量 如试件 内无缺陷 声波穿透后衰减小 则接收信号较强 如果试件内有小缺陷存在 声波被缺陷 遮挡 使之在缺陷后形成阴影 接收探头只能收到较弱信号 若试件中缺陷面积大于声束 截面时 全部声波束被缺陷遮挡 则接收探头收不到发射信号 这种根据接收探头接收到 的超声波能量大小 即缺陷遮挡声能造成的声阴影大小 来评定缺陷量值大小的检测方法 称为穿透法 在穿透法探伤中 可以采用连续波和脉冲波两种不同的方式 2 穿透法的优缺点 1 穿透法探伤的主要长处 工件中不存在盲区 相宜探测薄壁工件 与缺陷取向无关 根据缺陷遮挡声能变化而判断有无缺陷 设备简单速度快 声波通过单声程传播 适合检测高衰减的材料 2 穿透法的缺点 不能确定缺陷的深度位置 仅能判断缺陷的有无和大小 对发射和接收探头的相对位置要求严格 桥梁后张法预应力孔道灌浆存在的问题及应对措施 预应力孔道灌浆是将水泥浆注入预留的预应力混凝土孔道中 使水泥浆充分包裹预应 力筋 预应力的灌浆作用主要有三点 1 保护预应力钢筋使其免遭锈蚀 保证预应力混 凝土结构或构件的安全寿命 2 使预应力钢筋与混凝土良好结合 保证预应力的有效传递使 预应力钢材与混凝土共同工作 3 消除预应力混凝土结构或构件在反复荷载作用下 由 于应力变化对锚具造成的疲惫破坏 提高结构的可靠度和耐久性 1 孔道灌浆的现状 在我国所使用的灌浆料一般为纯水泥浆 灌浆工艺一般压力灌浆或真空辅助压浆 在 施工现场 孔道灌浆是后张法预应力工艺的重要环节 须注重灌浆用水泥标号应符合设计 或规划要求 施工中严格控制水泥浆水灰比 灌浆前用压力水冲洗孔道 灌浆顺序应先下 后上 曲线孔道应从最低点开始向两端进行 在最高点设排气管 孔道末端应设置排气孔 每条孔道宜一次灌成 中途不应停顿 2 存在的质量问题 理论上 按照海内外灌浆工艺及质量控制措施 能较好地保证灌浆的密实度 但是 在实际的现场施工中还存在着以下一些因素 会导致灌浆质量问题 2 1 压浆不饱满 压浆不饱满 即为水泥浆未布满整个孔道 造成质量缺陷的主要原因为 2 1 1 出浆孔开的位置不对 未开在孔道的最高点 因而在出浆孔有浆体外溢时 误以为孔 道浆体已充满 再者由于浆孔淤塞 残留空气无法排出 导致压浆失效 也会造成孔道已 压实的假相 因此 预应力筋孔道 尤其对曲线 竖向孔道 出浆孔一定在孔道的最高点 对于特别部位仍按一般的操作进行灌浆 导致灌浆不密实 2 1 2 施工人员责任心不强 在压浆时未等出浆孔冒出浓浆即停止压浆 2 1 3 分两次压浆时 由于第一次压浆不当 导致无法第二次压浆 又没有采取必要的措施 就放弃压浆 2 1 4 压浆过程中 由于机械故障等原因 导致压浆中止 但对前面灌浆后的孔道又未及时 清洗 致使再次压浆时 由于管道 进出浆口等原因 无法压浆 2 2 孔道成形质量问题 目前管道成形多采用预埋金属波纹管法 金属波纹管有其自身的优点 但由于生产工 艺自身的限制 波纹管肋和肋之间如果压箍不紧密就会有空隙存在 因此金属波纹管的密 封性能较差 并且在施工现场由于固定波纹管会使波纹管受拉侧出现缝隙 或者由于振捣 混凝土不慎而造成波纹管的破坏 总之由于种种原因导致波纹管出现的缝隙会使混凝土水 泥浆渗入管道中 这样不但直接影响混凝土的水化 更严峻的是堵塞金属波纹管道 直接 影响灌浆质量 2 3 浆体质量问题 根据规范要求 用于压浆的水泥浆 3h 后泌水率不宜超过 2 24h 后 泌水应能 够被水泥浆完全自我吸收 但实际上 即使泌水经过 24h 被水泥浆完全吸收 也会在硬化 后的水泥石中留下空隙或孔洞 这种空隙或孔洞不但会影响水泥浆与预应力筋的粘结性能 也会使腐蚀物质深入并接触捣预应力筋 因此 最要害的是不让泌水出现 或者直接将泌 出的水排出 2 4 应对措施 通过对灌浆质量通病原因的分析 可以看出 最主要的是人为因素和技术因素所导致 灌浆质量问题 因此在应对措施中应有针对性的进行改进 2 4 1 人为因素 在压浆不饱满的原因中 绝大部分是由于施工人员责任心不强 不重视压浆所导致 因此 要建立专门的压浆施工队伍或对施工人员进行压浆专业培训 使他们能够严格执行 压浆的各个步骤 并且在施工现场建立工序负责制度 使各个环节有专人负责 责任到人 以确保工程质量 2 4 2 技术因素 1 控制波纹管的施工质量 布置波纹管时首先用钢筋加工井字架作为波纹管的定位架 纵向间距为 1m 横向位 置按设计图纸上的坐标定位 波纹管中穿有内衬管 以保证波纹管成孔质量 在波纹管接 头处一定要将波纹管接口用小锤整平 以防在穿束时引起波纹管翻卷导致管道堵塞 浇筑 混凝土前应检查波纹管是否有孔洞或变形 接头处是否用胶带密封好 在与锚垫板接头处 一定要用胶带或其它东西堵塞好以防水泥浆渗进波纹管或锚孔内 浇筑混凝土时应尽量避 免振捣棒直接接触波纹管 以防漏浆堵孔 2 孔道形成的质量控制 预应力孔道的形成应符合设计要求 预应力筋的孔道 可选用预埋金属螺旋管 波 纹管 法 胶管抽芯法 钢管抽芯法等 管道的内横截面积至少应是预应力筋净截面积的 二倍 制孔管应有足够的强度 以防止管壁变形 管节连接应平顺 相临制孔管的接头要 错开 管道安装位置要准确 应采用定位钢筋固定安装 定位钢筋的间距 钢管不大于 1m 金属螺旋管不大于 0 8m 胶管不大于 0 5m 曲线管道应适当加密 采用抽芯法制孔时 当结构混凝土浇筑完成后 抽芯时间应通过实验确定 一般以其 强度达 0 4 0 8MPa 时为宜 抽拔时不应损伤结构混凝土 若发现孔道堵塞或有残留物或与 邻孔有串通 则应及时进行处理 采用胶管抽芯法时 胶管内应插入芯棒 以增加刚度和 控制其位置 采用钢管抽芯法时 钢管表面应光滑 焊接接头应平顺 结构混凝土浇筑完 后 应定时转动钢管 防止钢管与混凝土粘结 管道安装完毕后 应防止水和其他杂物进 入 3 出气孔的质量控制 出气孔的制作与安装 为了保证孔道灌浆密实 不间断 能按设计要求正确建立预 应力 须在构件两端及跨中处应设置出气孔 出气孔的一般作法是在螺旋管上开口 用带 嘴的塑料弧形压板与金属螺旋管绑扎牢固 该出气孔的缺陷在于 一是弧形压板与伸出楼 板面的塑料管连接处轻易滑脱 造成水泥浆从此处进入金属螺旋管 二是塑料管上头不能 封堵 灌浆时 水泥浆从该处流出不能节制 为了解决以上问题 可参照塑料排气孔的作 法 用 2mm 厚铁皮按照金属螺旋管的弧度弯压成弧长为 2 的弧度板 在金属螺旋管上 端和弧度板对应开可以插进 D20 镀锌管的开口 将 D20 镀锌管和弧形板焊接 D20 镀锌管 伸进弧形板内壁长度为金属螺旋管的壁厚 外伸长度为 梁的保护层厚度 3cm 楼地面保 护层厚度 3cm 6cm 并在外伸口内径割丝 用相应封堵堵塞 在管纹管就位牢固后 将出气孔弧形压板用海绵片覆盖用铁丝和金属螺旋管扎牢 4 灌浆质量的控制 水泥浆的要求 水泥的强度等级不宜低于 42 5 水泥浆的强度不低于 30Mpa 水 泥浆的水灰比一般为 0 4 0 45 当掺减水剂时可减少到 0 35 水及减水剂应对预应力钢材 无腐蚀作用 水泥浆的泌水率最大不得超过 3 拌和后 3 小时 泌水率应控制在 2 以 内 24 小时后泌水应全部被浆吸回 水泥浆的稠度应控制在 14 18 之间 水泥浆中可 掺入适量的膨胀剂 掺膨胀剂后最大自由膨胀率应小于 10 水泥浆拌和时间应不少于 2min 直至获得稠度均匀的水泥浆 从拌水泥浆到压浆的时间间隔视气温而定 一般在 30 45min 并应常常搅拌 不得通过加水来增加其流动度 压浆前的检查 孔道应冲洗干净 积水应排除 锚具周围的间隙和孔洞应填封 以防 冒浆 压浆时的检查 压浆应缓慢 均匀 不得中断 压浆应使用活塞式压浆泵 压浆的 最大压力宜控制在 0 5 0 7MPa 当孔道较长时 最大压力宜为 1Mpa 压浆应从最低点 进入 最高点排气和泌水 压浆宜先压注下层孔道 采用纯水泥浆时 孔道应两端先后 各压浆一次 间隔时间一般为 30 45min 邻近孔道压浆要连续进行 一次完成 压浆 应达到另一端出浆饱和 并且排气孔排出的与压注的浆液有相同的稠度 压浆时及压浆 后的 48 小时内 混凝土温度不得低于 5 否则应有保温措施 当气温高于 35 时 应采 取降温措施或在夜间压浆 四 桥梁预应力锚索注浆质量检测仪 JL BPAC A JL BPAC A 桥梁预应力锚索注浆质量检测仪桥梁预应力锚索注浆质量检测仪 是一种专用于锚索孔内注浆质量智能检测设备 检测仪主要由超磁致声波发射震源 检波器 主机和分析处理软件组成 发射震源在锚索一端激发产生弹性波 检波器在锚索 另一端接收传播的信号 检测仪对信号进行分析与存储 自动判定锚