超聲成像法在橋梁預(yù)應(yīng)力管道注漿質(zhì)量檢測中的應(yīng)用匯總

1、第37卷，第5期2012年10月公路工程 HighwayEngineeringVol . 37, No. 50ct., 2012超聲成像法在橋梁預(yù)應(yīng)力管道注漿質(zhì)量檢測中的應(yīng)用楊沙 410083)摘要超聲檢測是混凝土無損檢測技術(shù)中的一個重要方法，當(dāng)預(yù)應(yīng)力管道中存在注漿不密實的區(qū)域時，可1121忠，梁俊輝，張升彪，劉禮明，張丹(1.湖南省衡桂高速公路建設(shè)開發(fā)有限公司，湖南衡陽421001; 2.湖南致力工程檢測技術(shù)有限公司，湖南長以根據(jù)混凝土中超聲波的傳播速度、頻率、波形、振幅等參數(shù)，進行缺陷的定性 識別；然后再利用測量數(shù)據(jù)進行合成孔徑聚焦成像(SAFT)，對缺陷的位置及 大小進行定量判斷。關(guān)鍵詞

2、橋梁；預(yù)應(yīng)力管道；注漿缺陷；超聲波；合成聚焦成像+中圖分類號U445. 71文獻標(biāo)識碼A 文章編號1674 0610 (2012) 050168 04Ultraso ni cImagi ngMethodsforGrouti ngFaultsI nv estigatio nofPost-te nsio nedC on creteStructuresYANGZhong1，LIANGJunhui1，ZHANGShengbiao2, LIULiming1，ZHANGDan1(1. HunanHeng-guiExpresswayConstructionandDevelopmentCo Ltd .，Hen

3、 gya ng, Hu nan421001Chi na； 2. Hunan zhilitesti ngtech nologyCo.，Ltd， Cha ngshq Hu nan410083,Chi na)AbstractUltrasonictestingisanimportantmethodofconcretenondestructivetestingtechnology Wh en the no tde nseregi oni sprese nted in thepre-stressedpipes thedefectscouldbequalitativelyide n-tifiedbasedo

4、 ntheparameterssuchasthepropagati ono ftheveloc,yfreque ncy, waveform,amplitudeandsoon Usingthesyntheticfocustechnologytogettheimagesofthemeasureddat as, andthenthelo-cationandthesizeofthedefectscouldbequantitativelydeterminedKeywords bridge； pre-stressedte ndon ducts grout in gfaults; Ultras onic；

5、syn theticfocustech-no logy0前言在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力管道注漿的作用主要有以下2方面：確保預(yù)應(yīng)力筋與混凝土粘結(jié)而保證共同工作；防止預(yù) 應(yīng)力筋受空氣、水和其它腐蝕性物質(zhì)侵入而銹蝕。為了確保預(yù)應(yīng)力的效 并且避免水分浸入致使果及混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性， 鋼束銹蝕，必須保證預(yù)應(yīng)力管道中壓滿飽滿。但由于壓漿工藝和某些人為因素（由于存在泌 使壓漿管道的入口、出口、曲線管道水和殘留空氣， 的上凸段和排氣孔附近容易出現(xiàn)大片空洞），預(yù)應(yīng)力管道通常注漿不飽滿，從而 造成預(yù)應(yīng)力鋼絞線腐蝕，大大削弱了混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力及持久 甚至引起結(jié)構(gòu)失效或性。嚴(yán)重影響其結(jié)構(gòu)可靠性，收稿日期20

6、12 0810 作者簡介楊y-Gwas大橋、BicktonMeadows垮塌。如歐洲的 Ynys-Bissell大橋。據(jù)統(tǒng)計，大 橋、由于注漿不密實導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)鋼絞線銹蝕，預(yù)應(yīng)力提前喪失，可造成橋 對梁實際壽命縮短至設(shè)計壽命的十分之一。因此， 預(yù)應(yīng)力管道注漿質(zhì)量的檢測成了目前國內(nèi)外混凝土無損檢測行業(yè)研究的重點。文獻資料檢索表明，目前，國內(nèi)外關(guān)于混凝土管 主要道注漿無損檢測技術(shù)及裝備研究的并不深入， 是一些傳統(tǒng)的檢測方法，例如紅外熱成像、射線成像、地質(zhì)雷達、超聲波、沖擊 回波法等方法應(yīng)用到混凝土內(nèi)部缺陷的無損檢測上來，其研究應(yīng)用現(xiàn)狀與存在主 要問題如下： 紅外熱成像檢測技術(shù)。2008年，徐維

7、超用有限元數(shù)值模擬研究了金 忠（1969），男，湖南岳陽人，高級工程師，目前主要從事公路工程試驗檢測 工作。第5期楊忠，等：超聲成像法在橋梁預(yù)應(yīng)力管道注漿質(zhì)量檢測中的應(yīng)用169屬、塑料波紋管注漿飽滿度及有空洞時預(yù)應(yīng)力梁的并用不同的熱源對多個預(yù)應(yīng)力試件進溫度場特征， 行了物理模擬，指出用熱成像法檢測波紋管注漿飽 滿度是可行的，并建議采用紅外線發(fā)射器做熱源能1對構(gòu)件均勻加熱。 2000年梅林用轉(zhuǎn)換函數(shù)分析法對熱影像進行析。2003年傅翔通過模擬試驗及大量工程應(yīng)用利用沖擊回波法進行測試預(yù)應(yīng)力預(yù)留 孔灌漿證實，10質(zhì)量是可行的，但對某些探測范圍、孔徑較小等密實11性缺陷情況還有待進一步深入研究。200

8、6年R. Muldoon對沖擊回波數(shù)據(jù)同時在 時間域和頻率域進行處理分析，提取出更為豐富的信息，提高了探測精度用有限 元法證明了最大熵值法的準(zhǔn)確性，并將最大熵法（ MEM）用于分析沖擊回波數(shù) 據(jù)，成功的探測12到塑料波紋管內(nèi)的預(yù)留空洞。2010年鄒春江等人探討了不同注漿飽滿度的主頻響 應(yīng)規(guī)律以及無漿孔道的判斷依據(jù)，并通過大量試驗證明，利用沖擊回波主頻可以 成功地判斷箱梁預(yù)應(yīng)力孔道的注漿是否13飽滿。超聲波檢測技術(shù)。1998年BarbaraJ. JaegeyMary研究出一套專門用于波紋管內(nèi)空洞檢測的超聲檢測 儀，取得了一定效果。指出用超聲脈沖回波技術(shù)檢測錨索內(nèi)空洞是可行的，并通 過試驗成功檢測

9、到金屬波紋管內(nèi)的注漿空洞。2004年李穎通過試樣研究證明用超聲探測預(yù)應(yīng)力梁內(nèi)部缺陷是可行的。通過工 程實測證14成功地檢測到塑料波紋管內(nèi)的預(yù)留空洞，通過處理， 試驗結(jié)果證明，在最大對比度圖像到后半最大對比2 度圖像附近才是最佳檢測缺陷面積大小的時間。2008年P(guān)ollock和Dupuis利用不同的箱梁模型，采用不同熱源及不同檢測方式研究了波紋管中3空洞的溫度響應(yīng)特征。 射線成像檢測技術(shù)。2006年，在混凝土內(nèi)空洞的X射線透照原理的安林展開了 大量的室內(nèi)透照試驗，提出了波基礎(chǔ)上，紋管內(nèi)灌漿空洞的透照方法及技術(shù)，根據(jù)該方法判與梁體局部解剖結(jié)果一明的灌 漿空洞大小和位置，致。2008年安琳提出了在判

10、別金屬波紋管和 PVC波紋管（包括圓形和扁形兩種 形式）內(nèi)灌漿空洞及4預(yù)應(yīng)力筋束斷絲時的方法及步驟。2010年H . K. Chai,通過實驗驗證，指出 Gamma射線成像對于預(yù)應(yīng)力梁注漿 空洞及錨索銹蝕程度檢嘗試用Gamma射線來確定錨索的測是非常有用的，銹蝕程度，并確定錨索的數(shù)量及波紋管內(nèi)空洞的大3 小。 地質(zhì)雷達檢測技術(shù)。2002年H . Zhan, K. Belli將地質(zhì)雷達應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力梁的 空洞檢測，并指出雷達天線垂直于波紋管走向時的探測效果是最佳的6明，用超聲波檢測混凝土預(yù)留孔道的灌漿情況是有并指出波幅值對空隙的反映很敏感，它可以作效的，15為判斷分析孔道灌漿密實性的重要依據(jù)。20

11、06年楊天春等人采用超聲波透射法，并結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，成功對T梁的壓漿質(zhì)量進行了試驗16性檢測研究，預(yù)測到鋼束管道內(nèi)的壓漿質(zhì)量。2010年張東風(fēng)等人利用超聲波透射法，結(jié)合高斯函數(shù)為核函數(shù)的支持向量機模式識別技術(shù)，對預(yù)應(yīng)力T梁束孔管道的壓漿質(zhì)量進行無損檢測，并對檢測數(shù)據(jù)進行自動缺陷識別，研究結(jié)果證明采用 支持向17量機算法識別結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。綜上所述，目前，這些方法在探測預(yù)應(yīng)力橋梁管 道內(nèi)空洞方面，射線法較為昂貴且對人體有害，在檢測時需要確保一定的安全范 圍，且穿透能力有限，因而應(yīng)用相對較少；紅外熱成像技術(shù)可用于波紋管注但在 應(yīng)用時，要漿監(jiān)測及水泥漿硬化后的空洞檢測， 注意對被測物體進行整體恒溫

12、或局部瞬時加溫處理，并且檢測時間及過程要求也比較嚴(yán)格，檢測的深度也很有限，精度低，無法 廣泛使用；沖擊回波法是最具有發(fā)展?jié)摿Φ臋z測方法，但是存在效率低，分辨低 的問題，且對塑料波紋管灌漿質(zhì)量的檢測有難度，且缺陷判定依據(jù)也需進一步深 入研究；因為電磁波受到金屬波紋管屏蔽作用，導(dǎo)致地質(zhì)雷達也只能用于塑料波 紋管的注漿質(zhì)量檢測，另外，縱橫分布的鋼。2005 年 Y. Tin key研究了雷達極化特性對塑料波紋管中空洞的檢測的 用1. 5GHz天線成功檢測出塑料波紋管內(nèi)的影響，。2009年 RaniHAMROUCHE 指出用地8 質(zhì)雷達可以檢測到塑料波紋管內(nèi)的空洞。注漿空洞 沖擊回波檢測技術(shù)。20世紀(jì)

13、80年代，在國際上掀起了對沖擊反射法 (ImpactEchoMethod)的研究浪潮，在眾多探測混凝土內(nèi)部缺陷方法之中，該方 法一度被認(rèn)為是當(dāng)前最有發(fā)展前途的方法之一。2008年，姚華開展了利用掃描式 沖擊回波法來檢測后張預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)缺陷的模型試驗研究，在頻率域?qū)_擊反射 回波進行分析研究，取得了突破性進展，使該法進入實用階9段。2010年MasahikoYamada通過試驗證明用SIBIE法可以較準(zhǔn)確的識別未注漿 波紋管，并指出加速度傳感器和激光測震儀都可以用于SIBIE分7170公路工程37卷筋對雷達信號產(chǎn)生強烈的干擾，檢測效果也有待進一步驗證；超聲無損檢測技術(shù) 雖能顯示波紋管的位置，但對

14、管道內(nèi)壓漿情況無法明顯顯示，精度較差，效率極 低，也需進一步深入研究。在這些方法中，超聲波法是最有發(fā)展?jié)摿Φ臋z測方 法，超聲波的指向性比較好，其頻率越高，指向性越好；超聲波傳播能量大，對 各種材料的穿透力較強；超聲波的聲速、衰減、阻抗和散射等特性，為超聲波的 應(yīng)用提供了豐富的信息。作者利用自己研發(fā)的橋梁預(yù)應(yīng)力管道注漿超聲檢測儀 器，在衡桂高速公路上進行了大量的檢測工作，圈定的注漿不密實的區(qū)域，經(jīng)開 窗、鉆孔等破壞性檢驗，基本都得到了驗證。圖1超聲波反射波法檢測原理Ultras on icreflectedwavemethoddetecttheory1超聲波檢測原理Figure1超聲檢測反射方法

15、是超聲檢測方法中最基本的 超聲波在從一種介質(zhì)向另一種方法。正如所知道， 一種介質(zhì)中傳播的時候，在通過聲阻抗不同的結(jié)構(gòu) 界面時會發(fā)生較強的反射，超聲波在注漿管道里傳播發(fā)生散射，衍射，折射等現(xiàn) 象，若預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)存在孔隙、空洞、不密實等缺陷時會使接收到的超聲波波形 發(fā)生畸變。通過對接收到的波形數(shù)據(jù)進行振 相位、速度等方面的分析，可以定性判斷缺陷的幅、 有無；通過致力科技自主研發(fā)的反演軟件進行二維或三維成像，可準(zhǔn)確定位缺陷 位置和判定缺陷大小形態(tài)。反射法是在試件的一側(cè)發(fā)射和接收聲波信號，可以用一個兼有收發(fā)功能的換能 器，也可以分別用接兩個換能器發(fā)射和接收。當(dāng)試件中沒有缺陷時，收到的就只 有上表面反射

16、波A和下表面反射波L兩個信號；當(dāng)試件中存在缺陷時，除了觀測 到在上表面回波A和下表面反射波L之外，還會出現(xiàn)來自缺陷的反射波信號 D， 如圖1所示。缺陷反射波的幅值的大小，由缺陷的反射面積和方向角的大小決 定，由此即可分析出缺陷的性質(zhì)。由于缺陷發(fā)射了部分的超聲能量，使底面反射 波幅值減小。若混凝土并使用恰當(dāng)?shù)膫鞲衅?，利用這種試件的材質(zhì)較好， 方法能夠觀測到很小的缺陷反射波信號，靈敏度很高。體中心為參考點，依次向兩邊布置測線。每條測線的測量數(shù)據(jù)均可進行二維SAFT成像，用所有測線的數(shù)據(jù)可以進行三維 SAFT成 像卜41圧 an圖2檢測測線布置示意圖Figure2Thedetectio nsurve

17、yli nediagram測量儀器為致力科技自主研發(fā)的預(yù)應(yīng)力橋梁管G1),道注漿質(zhì)量檢測儀(BQT-該儀器采用低頻超聲陣列檢測預(yù)應(yīng)力橋梁管道 注漿缺陷。在測試過程中，所有的換能器依次作為震源，每次都是一個換能器發(fā)射，所有換能器接收。 其原理如圖3所示nu-0：；：；：:檢波陸陣列預(yù)應(yīng)力壓漿孔殖o圖3孔道壓漿質(zhì)量檢測工作原理示意圖Figure3Ductgrouti ngqualitytest in gworksdiagram2橋梁預(yù)應(yīng)力壓漿管道超聲檢測方法3工程檢測實例在進行橋梁預(yù)應(yīng)力壓漿管道的檢測時，要沿垂直于壓漿管道的方向進行超聲波測 試，測線間距一般選擇為1030cm，測線布置如圖2所示。

18、以梁某梁場由于壓漿工藝不完善和施工過程控制不嚴(yán)格，導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力壓漿管道端口處壓漿不密實。為了檢測壓漿孔道內(nèi)部不密實的 程度，首先根據(jù)施工第5期楊忠，等：超聲成像法在橋梁預(yù)應(yīng)力管道注漿質(zhì)量檢測中的應(yīng)用171圖紙標(biāo)出波紋管的走向，然后沿著垂直波紋管走向利用SAFT進行了檢測。根據(jù)現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)，成像方法，得到了如圖4所示的結(jié)果HX)和屮511 冊I5Q 200250艮度r mm5 H. K. Chai, D. G. Aggelis, S. Molokai , Y. Single-sideaccess tomographyforevaluati ngin teriordefectofc on cre

19、te J. Con struc-tionandBuildingMaterials , 24 (2010) 2411 2418.6 H. Zhan, K. Belli , S. WadiaFascisticandC. Rappport. Effective nessof2DFDTDGroundPenetratingRadarModelingfor. BridgeDeckDeteriorationEv aluatedby3DFDTD Z 7Y. Tinkey, L . D. Olson,H . Wiggenhauser. ConcreteBridgesandOtherStructures Mate

20、rialityEvaluation . 2005. DoyleJ. Webb, NeilL . Anderson, TimNewtonSteveCardimonaZ . Bridgescour： Applicationofgroundpenetratingradar. 8RaniHAMROUCHE , GilesKLYSZ , Jean-PierreBALAYSSAC . Numericalmodelingofground-penetratingradar (GPR) fortheinvestigate nofjointingdefectsinbrickmasonrystructures. N

21、DT-CE 09 Non- DestructiveTestinginCivilEngineeringNantes Z, France, June30th-July3rd, 2009. 9姚華.掃描式?jīng)_擊回波法檢測后張預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)缺陷的模D.重慶：重慶交通大學(xué)，2008.型試驗研究10 MagsaysayOHTSU, MasahikoYAMADAandYokoNAKAI . I-den tificatio nofun groupedte ndon duct in pres-stressedc on creteQ9N on-DestructiveTestinginCivilEngi-bySIBIE

22、 . NDTCEZ. France, 2009. neeringNantes11 傅翔，宋人心，王五平，等.沖擊回波法檢測預(yù)應(yīng)力預(yù)留孔健，王智豐.橋梁箱梁孔道灌漿質(zhì)量檢測中沖擊J.施工技術(shù)，2003, 32 (11): 37 38.灌漿質(zhì)量圖4注漿不密實區(qū)域成像結(jié)果Figure4Thegrouti ngno tde nseareaimagi ngresults圖4中波紋管內(nèi)部(黑色圈出部分)出現(xiàn)了明顯的連續(xù)強反射，反射振幅較大， 且有多次反射。推測該部分注漿不密實，可能含少量積水。經(jīng)過現(xiàn)場 在波紋管內(nèi)部存在一個長約5cm，高約開窗驗證，1cm的注漿不密實區(qū)域，其中存在少量積水，在打鉆過程中有水

23、流出。4結(jié)論12 周先雁，欒82.超聲波是工程中檢測混凝土內(nèi)部不密實區(qū)和空洞較常用的一種方法，在橋梁預(yù)應(yīng)力壓漿管道注漿質(zhì)量檢測方面具有速度快、準(zhǔn) 確率高等優(yōu)勢。利用合成孔徑聚焦成像的方法，可以對梁體進行三維成像，能夠 對預(yù)應(yīng)力管道中存在的注漿缺陷進行準(zhǔn)確的判讀，為施工質(zhì)量評價和后續(xù)處理工 作提供科學(xué)的依據(jù)。參考文獻I 徐維超.超聲紅外熱波無損檢測技術(shù)應(yīng)用于裂紋檢測的研究D.北京：首都師范學(xué)，2008. 2梅70.3 DavidG. PollockKennethJ. DuouisBenjaminLacourKarIR. Olsen. DetectionofVoidsinPrestressedConcreteBridgesusingTher-rd717 1， De- malImagingandGround-PenetratingRadarZ . wa-cember2008.4 安 琳，鄭亞明.后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)灌漿空洞X射線無損.公路交通科技，2008, 25 (1): 92- 97.檢測的試驗研究J林，陳自強，王裕文，等.脈沖加熱紅外熱成像無損檢測的2000, 34 (1): 66-有