随着预应力技术广泛应用于桥梁、高速公路、铁路等工程领域，预应力施工的质量问题越来越多地暴露出来。预应力施工质量主要依靠张拉和压浆这2道工序的质量控制来保障。在孔道压浆施工中，常常因工艺设备、材料以及管理等方面的问题，导致出现孔道压浆密实度低、预应力筋腐蚀和桥梁断裂等质量问题，极大危害了桥梁的长期安全运营。孔道压浆质量的控制，除了施工期间的施工管理外，还应针对工后质量建立评价体系，引入相应检测手段来检测压浆密实度，并须加强过程管控，确保孔道压浆的施工质量[1]。在桥梁结构中，密实的预应力孔道不仅可以保护钢绞线，而且可以将有效的预应力传递至桥梁结构，以确保桥梁结构整体的力学性能。目前，孔道压浆质量的评价方法仅对孔道断面的密实度进行定量评价，无法直观有效地反映整个孔道压浆密实度的分布情况及整体孔道压浆质量。因此，本文对孔道压浆质量影响因素及检测方法进行总结分析，尝试针对目前压浆质量评价指标不全面的问题建立基于整体孔道压浆密实度评价的方法，提高对预应力桥梁孔道压浆质量评价的全面性，为孔道压浆密实度检测的定量分析提供参考依据。
1影响压浆质量的因素
在后张法预应力混凝土结构施工中，预应力孔道压浆是将水泥浆注入预留的预应力混凝土孔道内，以保护预应力筋。孔道压浆的质量指标为压浆密实度。虽然压浆工艺及设备经过多年大规模的应用与发展目前已经较为成熟，但因压浆密实度的影响因素复杂、压浆时孔道的变化机理理论尚不清楚等原因所致，国内多处预应力桥梁都出现了孔道压浆质量问题[2]。
1.1材料
目前，国内大多数桥梁预应力压浆施工中，主要将水泥、压浆剂与水搅拌混合来制作浆液。浆液制作过程粗放，水泥及压浆剂的质量不易控制，导致最终按照配合比制作的浆液性能难以达标。
1.2工艺设备
压浆施工中，常规压浆工艺及设备较为落后，设备分散、连接管路多，施工效率低。桥梁压浆时，孔道充盈与否仅靠施工人员经验判断，浆液水胶比难以准确控制，压浆操作过程也难以监管。因此，传统工艺和设备中存在的缺陷容易致使桥梁压浆质量出现问题。
1.3操作管理
压浆施工中，工艺复杂，工序繁多，整个施工过程中的质量控制均取决于操作人员的熟练程度与素质。对于桥梁预应力施工管理而言，管理部门大多将预应力工程的质量控制重点放在预应力张拉而非压浆质量上，从而导致压浆质量监督管理不严[3]。
1.4工后质量检测
在较长时间内，因预应力孔道内部组织结构复杂，国内外对于压浆施工结束后预应力孔道缺陷的测量缺乏直接有效的手段。现场压将施工时，因压浆质量无法有效检测，导致施工整体质量管控缺乏直接的监管手段，且施工人员和技术人员质量责任意识较弱。
2孔道压浆密实度检测技术
孔道压浆对于保证预应力混凝土结构的安全性和耐久性具有非常重要的意义。国内外研究者提出了许多方法来检测压浆密实度。根据是否对混凝土结构造成局部破坏，检测方法被分为直接测量和无损检测方法2种。通常，考虑到对结构的损坏，直接测量用于确定或验证缺陷，不适用于大规模检测。而无损检测则因其对结构无破坏性，在国内外被广泛关注和研究。目前，无损检测方法包括冲击回波法（ImpactEchoMethod）、超声波成像法（UT）、表面波频谱成像法（SASW）、探地雷达法（GPR）、弹性波法等[4]。
2.1直接测量
2.1.1切片观测验证压浆密实度时，可将梁片或预应力结构进行剖切，采用绳锯等切割方式将压浆孔道切开，直接观测压浆密实度情况[5]。当然，考虑到经济性，切片观测法一般用于工艺验证，或异形曲线孔道压浆质量验证。如图1所示，在某省高速公路建设中，为研究并验证各种压浆工艺设备的实际压浆效果，对35m标准T型梁片进行了切片观测。梁片切片时，需根据梁片预应力孔道的纵向分布，选择容易出现缺陷的位置进行切片。梁片切片后，不仅可以直接观测孔道内部的密实度情况，而且还可以根据不同位置断面的密实度情况，分析压浆过程中产生的问题。切片断面密实度如图2所示。2.1.2钻芯取样由于切片验证成本较高，因此，对于某些确实需要确定密实度的结构物，可通过钻芯取样来获取压浆孔道上确定位置的压浆密实度[6]。对于钻芯取样，因需确定压浆密实度存在问题的孔道开孔位置，且在钻芯过程中极易损伤预应力筋，所以钻芯取样仅适用于特殊情况，不能大量应用。
2.2无损检测技术
由于直接测量方式容易对预应力结构造成损伤，因此国内外压浆密实度检测技术研究均集中在无损检测方法和设备研究方面，提出了冲击回波法、超声波成像法（UT）、表面波频谱成像法（SASW）、基于冲击回波振幅谱的堆栈成像法（SIBIE）、探地雷达法（GPR）、超声相阵法、弹性波等多种方法[7]。各无损检测方法的基本原理是通过对密实孔道检测信号进行标定，并将获取的信号作为后续检测分析的参考标准信号。在对目标孔道进行检测时，将获取的检测信号与参考标准信号对比，寻找缺陷数据信息。整体上看，现有检测方法中，对于孔道压浆密实度的检测尚不够精确，同时也缺乏相应的技术规程，无法用于对压浆密实度进行量化[8]。2.2.1检测信号标定由于无损检测的方法和仪器设备无法完全准确地对孔道密实度进行直接测量，且混凝土结构及孔道内部情况复杂，因此不管采用哪种方法进行检测，都需从反馈信号中区分缺陷与噪声，并利用密实孔道进行标准试验，以获取检测的信号评价标准。进行检测信号标定标准试验时，需获取相应信号的关键特征参数，并结合预应力结构、孔道、钢绞线以及波纹管等材料的物理特性，建立密实度信号模型，且将信号中反馈的关键参数与压浆密实度进行关联。通过信号标定可提高同类结构的孔道压浆密实度检测结果的准确性。2.2.2定性及定位检测根据建立的标定信号模型，可采用仪器对预应力孔道进行定性检测。若大致确定存在较为明显的缺陷，则需通过其他手段确定缺陷的准确位置。检测时，需根据孔道结构分布情况及孔道中容易产生缺陷的不同位置的具体情况，并结合检测结果进行综合判断，从而确定缺陷状况及位置。
3孔道压浆质量评价方法
孔道压浆的基本作用和工作机理表明，孔道压浆质量指标即是压浆密实度。目前，因为孔道压浆密实度缺乏直接准确的检测手段，所以国家尚未颁布适用的验收规范，现有规范中也没有涉及压浆质量的具体评价标准。但对于压浆密实度，可综合国内外学者的研究成果，提出基本质量评价指标及方法。
3.1孔道断面评价
A.J.Schokker等[9]首次提出了压浆密实度分级标准。该评价标准是根据缺陷对预应力筋的损失程度来确立钢束周边空隙率（PV）与面积空隙率（AV）2项指标，并依靠该2项指标来评定孔道压浆质量。PV与AV定义如下：PV=裸露钢束周边长/钢束整束周边长；AV=空隙面积/（孔道截面积-钢束截面积）。但是，由于A.J.Schokker等没有确定PV和AV指标的合格标准，检测技术也无法实现PV及AV指标的准确测量。因此，实际检测评价时，可根据预应力筋裸露与水泥浆空隙程度对孔道压密实度进行分级[10]，并对孔道压浆密实度情况作初步定性评价。预应力孔道压浆密实分级见表1，各压浆密实度分级的实际断面情况如图3所示。
3.2整体孔道压浆密实度评价
根据预应力桥梁结构中孔道压浆传递受力的特性，孔道各处的压浆质量缺陷对桥梁整体刚度及缺陷处局部孔道强度会产生不良影响[11]。根据预应力结构力学分析，预应力梁在工作载荷作用下，其跨中截面下缘正应力为：式(1)表明，预应力混凝土桥梁受额定载荷时，孔道内凝固的灰浆与受拉的预应力筋紧密粘结，并通过孔道壁将预应力传递至桥梁结构，形成与桥梁结构共同受力的状态。因此，从结构受力考虑，密实的压浆孔道将增大梁体的换算截面抗弯模量axW，从而使整个梁体刚度增大，跨中截面处所受的拉应力减小[12]。而孔道中出现较大段的空浆段缺陷将会减小梁体刚度，增大桥梁结构的拉应力，影响桥梁质量。由上述分析可知，孔道压浆密实度对桥梁受载会产生较大影响。因此，对于孔道压浆质量的评价，不仅需要考虑断面缺陷，而且需要考虑整体孔道受载状态下的密实度分布情况，以判断孔道压浆缺陷对桥梁受载的影响。为便于对孔道整体压浆密实度进行分析，建立孔道纵向缺陷模型，如图4、图5所示。图4、图5中，ab为沿孔道纵向长度x方向存在缺陷的位置；xk为在纵向x点处的孔隙截面积。结合PV和AV指标，并综合考虑预应力孔道压浆对钢绞线的保护作用及力学作用，提出整体孔道的纵向密实度分布指数与孔道纵向缺陷分布指数，以对孔道压浆密实度进行整体评估。整体孔道当压浆孔道完全密实时，根据纵向密实度指数与断面分布指数的定义可知，F(x)与f(x)均为1。若沿纵向分布的ab段孔道存在空浆现象，由式(2)、(3)可得到整体孔道密实度曲线，如图6、图7所示。由图6可知，孔道纵向密实度指数分布曲线反映了沿孔道长度分布的密实度情况，且曲线最低点明确反映了压浆缺陷最严重的位置与密实度情况。因此，可根据该曲线反映的缺陷程度及分布情况，结合经验确定是否需要对孔道进行整体受载强度校核计算。若对存在缺陷的ab段进行受载分析，可以ab段密实浆体的平均断面面积代入式（1）中，校验该段不密实情况对孔道刚度和强度的影响。由图7可以看出，孔道纵向断面密实度指数分布曲线反映了沿孔道长度分布的断面缺陷分布情况。在缺陷ab段孔道，若出现钢绞线裸露时，f(x)指标将出现突变（图7所示p、q点），由此可明显判定钢绞线裸露状况，并结合经验根据钢绞线裸露程度，确定是否需要对孔道进行破孔及补浆处理。综上所述，纵向密实度指数与纵向断面密实度指数能全面反映孔道压浆质量缺陷导致的桥梁结构力学问题、钢绞线裸露程度，提供了对压浆质量更为直观和全面的评价方法。但目前，由于无损检测技术仅能检测到沿孔道长度方向某处是否存在缺陷，无法检测到孔道缺陷的具体形状和尺寸。因此，本文提出的整体孔道密实度分布指数可对现有测量数据进行定量分析并提供分析评价参考模型。
4结论
在预应力混凝土孔道压浆质量检测中，无损检测方法对桥梁结构的损伤程度更低，更利于大规模应用于压浆质量监督。但无损检测对桥梁预应力孔道压浆密实度检测的准确性还无法满足实际检测的需要。因此，在实际应用中，孔道压浆密实度的检测方式更多采用直接检测结合无损检测进行压浆质量缺陷检测和评价。对于预应力桥梁孔道压浆质量的评价方法而言，针对当前评价方法对孔道压浆密实度的评价不全面问题，本文结合孔道断面密实度与孔道纵向密实度指标，建立了整体孔道密实度评价模型。该模型中，以整体孔道密实度分布指数作为评价标准，能有效地反映整个孔道的压浆密实度情况，并可为孔道密实度检测的定量分析提供参考依据。
作者：李文锋 习燕 方宗平 陈东辉 单位：招商局重庆交通科研设计院有限公司 广西桂三高速公路有限公司
