CN103499643B - 预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置及方法，该方法包括定位预应力钢筋、布置预应力管道测线及测点、测定混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间、测量预应力管道冲击回波触底反射时间和利用预应力管道压浆饱满度计算模型计算压浆饱满度，预应力管道压浆饱满度计算模型为f=Kt+b，t为预应力管道冲击回波触底反射时间与混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间之比，该计算模型通过测定并计算预应力管道压浆饱满度f为0、50%、100%时的t，将t与灌浆饱和度f进行线性拟合得到，通过本发明，解决了现有技术中冲击回波法只能完成缺陷的定性判断、测试结果可靠性低的问题,使预应力管道压浆饱满度测量的相对误差<5%。

Description

预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置和方法

技术领域

本发明涉及一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置和方法，特别是涉及一种应用于桥梁预应力管道的预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置和方法。

背景技术

对于预应力混凝土连续箱梁桥混凝土主梁内的体内预应力钢筋，采用后张法、有粘结的预应力施工方法。为了保证预应力钢筋与周围混凝土良好结合并共同工作，预应力钢筋与混凝土之间的粘结是通过在预应力钢筋张拉后，灌入高性能的水泥浆硬化后形成的，同时饱满的水泥浆既可避免预应力钢筋锈蚀，提高预应力混凝土结构的耐久性，又保证了预应力钢筋与混凝***同工作。但目前预应力孔道压浆不饱满的情况普遍存在，由此引起预应力钢筋的锈蚀、锚头应力集中和随时间推移的预应力损失等病害。如不及时检测出预应力钢筋的使用状态，评估其对结构耐久性的影响程度，则可能影响结构的受力状态，降低桥梁的承载力，影响桥梁的使用寿命。因此预应力桥梁的预应力管道压浆质量检测，是确保桥梁施工质量达到设计要求和运营合理受力状态的一个重要控制环节。预应力钢筋属隐蔽工程，管道内的灌浆质量的控制，通常比较表观地在浇筑工艺和浇筑现场进行质量控制，一旦混凝土浇筑成型，则无法对其内部可能存在的质量问题进行检测，这也为以后的桥梁养护增加了成本。

目前，国内外检测体内预应力钢筋孔道压浆密实度状况的方法主要有：冲击回波法、超声波法、探地雷达法、射线法等。①冲击回波法是利用一个短时的机械冲击产生低频的应力波，应力波在构件表面、内部缺陷表面或构件表面底部边界之间来回反射，从而产生瞬态共振，其共振频率能在振幅谱中辨认出，并用此确定内部缺陷的深度和构件的厚度。此方法具有不受金属管线的影响，测试范围大、对外界操作环境要求较低等优点。②超声波法利用超声脉冲波在混凝土中传播的声时(或声速)、波幅和频率等声学参数的相对变化来分析判断缺陷情况的。该方法适用于多种检测方式(单面、双面、透过、反射等)，但超声波无法穿透塑料波纹管，因为不适用于塑料波纹管道内部压浆状况的检测③探地雷达法通过发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断地下介质的空间位置、结构、形态和埋藏深度。该法由于其技术较为成熟，对金属敏感等优点，从而在混凝土无损检测中得到了广泛的应用。但是，预应力梁有两类灌浆管道，即金属材质管和PVC材质等非金属管。电磁波的传播和反射主要依存于材料的诱电特性，由于金属管的诱电率极大，对内部的状况有很大的屏蔽，所以电磁波雷达不适用于金属管道的灌浆检测。④射线法利用不同物质对x光(或γ射线)的吸收率有所差异来测试，即充填密实的部分对x光的吸收率高，从而感光度较低，有空洞的部分则相反，感光度较高。由于x光成像技术测试结果鲜明直观、判断准确率高，因此很早就被尝试应用。但是，x光成像设备复杂，有一定的辐射。γ射线成像技术的测试原理与x光成像的测试原理相同，只是γ射线的穿透力更高，可以测试更厚的梁板。但γ线的测试设备一般更加复杂，辐射大，目前已很少实际应用。

冲击回波方法测试结果较好且易用性较好，但是现有的技术水平大多采用用快速傅里叶变换(FFT)将时域波形转化为幅度谱，从而获得换能器接收到的冲击回波频率，对于缺陷的判断还停留于有无，或凭经验大致判断缺陷的大小、位置，即还处于缺陷的定性阶段，这使得其测试结果一直不尽如人意。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之主要目的在于提供一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置和方法，通过建立预应力管道的压浆饱满度与冲击回波触底反射时间的关系模型，定量测定预应力管道的压浆饱满度，解决现有技术中冲击回波法只能完成缺陷的定性判断、测试结果可靠性低的问题，本发明之预应力管道压浆饱满度测量的相对误差<5％。

为达上述及其它目的，本发明提出一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置，包括发射电路、低频应力脉冲激发器、信号放大器、低频应力脉冲接收器、可编程滤波器、电荷放大器、A/D转换器、数据采集器、数据存储器、DSP处理器及CPU，所述低频应力脉冲激发器置于混凝土构件表面紧靠所述低频应力脉冲接收器，所述低频应力脉冲接收器置于混凝土构件的测点上，所述CPU的信号输出端连接所述发射电路的输入端，所述低频应力脉冲激发器的发射电路的输出端产生低频的应力波，应力波传播到混凝土结构内部后经构件底面反射回来，反射波经过所述信号放大器被置于混凝土构件的测点上的所述低频应力脉冲接收器的输入端接受，所述低频应力脉冲接收器的信号输出端将低频应力波经所述可编程滤波器、所述电荷放大器和所述A/D转换器传送至所述数据采集器，所述数据采集器将采集到的信号送入所述数据存储器中，所述DSP处理器将数据存储器中的电信号根据所述CPU中的控制器进行信号处理，所述CPU中的记忆装置存储所述DSP处理器处理完成的信号，所述CPU中的运算器用于根据标定公式计算管道的压浆饱满度。

进一步地，所述定量检测装置还包括操作键盘及显示器，所述操作键盘用于外部数据输入，所述显示器用于实时显示低频应力波的扫描波形及预应力管道压浆饱满度的测试结果。

为达到上述目的，本发明还提供一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测方法，包括如下步骤：

步骤一，利用高频电磁波激发装置和接收装置向混凝土构件发射高频电磁波，通过信号接收器接收反射回来的电磁波，根据接收到的电磁波信号确定预应力钢筋的位置和走向；

步骤二，在混凝土构件的上表面沿预应力钢筋的走向布置混凝土构件测线1和预应力管道测线2及测点位置；

步骤三，测定混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p；

步骤四，测定预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i；

步骤五，根据所述混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p和所述预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i，测定预应力管道在不同灌浆情况的条件下所述预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i与所述混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p的比值与压浆饱满度的对应关系，由标定结果获得预应力管道压浆饱满度的计算模型，所述预应力管道压浆饱满度的计算模型为f＝Kt+b，其中，f为预应力管道的压浆饱满度，K为时间系数，t为预应力管道冲击回波触底反射时间t_i与混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p之比，b为关系常数；

步骤六，采集所测预应力管道各测点的混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p和预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i，根据预应力管道压浆饱满度的计算模型，计算各测点的压浆饱满度状况；

步骤七，将各个测点的压浆饱满度状况连线，构成整根管道的压浆状况。

进一步地，于步骤七中，相邻两测点的压浆饱满度状况相差大于指定比值，在两测点间增加测点个数，再连线反映这部分管道的压浆状况。

进一步地，所述步骤一包括如下步骤：

(1)利用探地雷达的发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断桥梁结构中预应力钢筋的空间位置和埋置深度，在混凝土表面做记号标志；

(2)将记号标志连成线，确定预应力钢筋的位置。

进一步地，于步骤二中，沿预应力钢筋的走向在距离构件边缘10～20cm处，没有预应力管道的混凝土构件上表面布置测线1，或在两个预应力管道中轴线中间位置对应的混凝土构件上表面布置测线1及测点，二者选其一；沿预应力钢筋的走向在混凝土构件上表面对应预应力管道的位置布置测线2，测线1和2上均匀设置测点。

进一步地，于步骤三中，以混凝土构件为测定对象，在所述混凝土构件中冲击回波测线1的测点处设置低频应力脉冲激发装置和低频应力脉冲接收装置，待低频应力脉冲接收装置接收到共振波信号时，记录标定所述混凝土构件中冲击回波触底反射时间t_pi，沿所述混凝土构件中冲击回波测线1同时移动所述低频应力脉冲激发装置和所述低频应力脉冲接收装置，测定各测点处的回波触底反射时间t_pi并计算其平均值，记为混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p。

进一步地，于步骤四中，以预应力管道为测定对象，在所述预应力管道中冲击回波测线2的测点处安装低频应力脉冲激发装置和低频应力脉冲接收装置，产生低频的应力脉冲，传播到结构内部后被构件底面反射回来，应力波在构件顶面、管道内部、构件底面的边界之间来回反射产生瞬态共振，待得到冲击回波触底反射时间t_i，沿所述预应力管道中冲击回波测线2同时移动所述低频应力脉冲激发装置和所述低频应力脉冲接收装置，测定各测点处的t_i值。

进一步地，于步骤五中，所述预应力管道压浆饱满度的计算模型的确定方法为：设定预应力管道压浆饱满度为不灌浆、50％灌浆、100％灌浆，测定所述预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i和混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p，计算预应力管道冲击回波触底反射时间t_i与混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p之比t，以比值t为横坐标，灌浆饱和度f为纵坐标，将比值t与灌浆饱和度f进行线性拟合得到所述预应力管道压浆饱满度的计算模型，其中，当f≥100％时，取f＝100％；当f≤0％时，取f＝0％。

进一步地，步骤三和步骤四中所述低频应力脉冲激发装置为钢锤，采用单点式冲击回波法，所述钢锤的激振频率的选择与混凝土构件的厚度有关。

与现有技术相比，本发明一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置和方法通过建立预应力管道的压浆饱满度与冲击回波触底反射时间的关系模型，定量测定预应力管道的压浆饱满度，解决了现有技术中冲击回波法只能完成缺陷的定性判断、测试结果可靠性低的问题，使得预应力管道压浆饱满度测量的相对误差<5％。

附图说明

图1为本发明一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置之较佳实施例的架构示意图；

图2为本发明一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测方法的步骤流程图；

图3为本发明较佳实施例中测线及测点的布置示意图；

图4为本发明较佳实施例中激振产生低频应力波的示意图；

图5为本发明的预应力管道的压浆状况示意图；

图6a至图6c为本发明中各不同预应力管道的压浆饱满度的计算模型的线性拟合示意图；

图7a至图7c分别为本发明具体实施例1的测线1的测点布置、测线2的测点布置及整根预应力管道的压浆饱满度状况示意图；

图8a至图8c分别为本发明具体实施例2的测线1的测点布置、测线2的测点布置及整根预应力管道的压浆饱满度状况示意图；

图9a至图9c分别为本发明具体实施例3的测线1的测点布置、测线2的测点布置及整根预应力管道的压浆饱满度状况示意图。

附图标记：1-发射电路、2-低频应力脉冲激发器、3-信号放大器、4-低频应力脉冲接收器、5-可编程的滤波器、6-电荷放大器、7-A/D转换器、8-数据采集器、9-数据缓存器、10-DSP处理器、11-CPU、12-存储器、13-操作键盘、14-显示器、15-测试对象。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置之较佳实施例的架构示意图。如图1所示，本发明一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置，包括：发射电路(1)、低频应力脉冲激发器(2)、信号放大器(3)、低频应力脉冲接收器(4)、可编程的滤波器(5)、电荷放大器(6)、A/D转换器(7)、数据采集器(8)、数据缓存器(9)、DSP处理器(10)、CPU(11)、存储器(12)、操作键盘(13)、显示器(14)。

低频应力脉冲激发器(1)置于混凝土构件表面紧靠低频应力脉冲接收器(3)，低频应力脉冲接收器(3)置于混凝土构件的测点上。CPU(11)的信号输出端连接发射电路(1)的输入端，低频应力脉冲激发器(2)经发射电路(1)的输出端产生低频的应力波，应力波传播到混凝土(测试对象15)结构内部后经构件底面反射回来，反射波经过信号放大器(3)被置于混凝土构件的测点上的低频应力脉冲接收器(4)的输入端接受，低频应力脉冲接收器(4)的信号输出端将低频应力波经可编程滤波器(5)、电荷放大器(6)和A/D转换器(7)传送至数据采集器(8)，数据采集器(8)将采集到的信号送入数据缓存器(9)中，DSP处理器(10)将数据缓存器(9)中的电信号根据CPU(11)发出的控制指令进行信号处理，CPU(11)根据DSP处理器(10)处理完成的信号数据和存储器(12)中存储的标定公式(计算模型)，计算管道的压浆饱满度。存储器(12)用于存储标定公式及计算结果，操作键盘(13)用于外部数据输入；显示器(14)用于实时显示低频应力波的扫描波形及预应力管道压浆饱满度的测试结果。

在本发明较佳实施例中，低频应力脉冲接收器(3)的参数特征如表1，但不以此为限。

表1

电荷灵敏度	频率范围(±10％)	幅值线性	横向电荷灵敏度
				3.0pc/m/s2	0.1～8,000Hz	20000g	5.0％

在本发明较佳实施例中，电荷放大器(6)的参数特征如表2，但不以此为限。

表2

在本发明较佳实施例中，A/D转换器(7)的参数特征如表3，但不以此为限。

表3

分辨率	16bit
		非线性误差	±5LSB

在本发明较佳实施例中，对数据采集器(8)、DSP处理器(10)的性能要求如表4。

表4

图2为本发明一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测方法，包括如下步骤：

步骤201，确定预应力钢筋的位置：利用高频电磁波激发装置和接收装置，向混凝土构件发射高频电磁波，通过信号接收器接收反射回来的电磁波，根据接收到的电磁波信号确定预应力钢筋的位置和走向。具体的说，在本发明较佳实施例中，预应力钢筋位置的确定包括如下步骤：

(1)利用探地雷达的发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断桥梁结构中预应力钢筋的空间位置和埋置深度，在混凝土表面做记号标志。

(2)将记号标志连成线，确定预应力钢筋的位置。

步骤202，根据预应力钢筋的位置布置：①混凝土构件测线1及测点位置；②预应力管道测线2及测点位置。在本发明较佳实施例中，根据步骤201沿预应力钢筋的走向布置混凝土构件测线1和预应力管道测线2，测线1和2的长度为整根预应力管道长度，测线1和2中各测点的间距均为10cm。具体地说，沿预应力钢筋的走向在距离构件边缘10～20cm处，没有预应力管道的混凝土构件上表面布置测线1，或在两个预应力管道中轴线中间位置对应的混凝土构件上表面布置测线1及测点，二者选其一；沿预应力钢筋的走向在混凝土构件上表面对应预应力管道的位置布置测线2，测线1和2上均匀设置测点，如图3所示，其中虚线为测线1，实线为测线2。

在与预应力管道的中轴线对应的混凝土构件的上表面布置混凝土构件中冲击回波测线1，在同一水平面上相邻的两个预应力管道中轴线中间位置对应的上表面上布置预应力管道中冲击回波测线2，测线上均匀设置测点。

步骤203，测定混凝土构件中各测点的冲击回波触底反射时间t_pi，将各测点的冲击回波触底反射时间t_pi取平均值后，得到冲击回波触底平均反射时间t_p：以混凝土构件为测定对象，在混凝土构件中冲击回波测线1的测点处设置低频应力脉冲激发装置和低频应力脉冲接收装置，待低频应力脉冲接收装置接收到共振波信号时，记录标定混凝土构件中冲击回波触底反射时间t_pi，沿混凝土构件中冲击回波测线1同时移动低频应力脉冲激发装置和低频应力脉冲接收装置，测定各测点处的回波触底反射时间t_pi并计算其平均值，记为混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p。在本发明较佳实施例中，避开预应力管道，在其附近选取构造相对简单(钢筋网密度低、无构造钢板)的混凝土表面，采用单点式冲击回波法，利用小钢锤(其中，钢锤激振频率的选择与混凝土构件的厚度有关，如表5所示)，施加机械冲击，产生的低频应力脉冲，如图4所示，传播到结构内部，被构件底面反射回来。应力波在构件顶面、构件底面的边界之间来回反射产生瞬态共振，得到共振波的触底平均反射时间t_p。

表5激振频率对应测试厚度范围表

步骤204，测定预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i：以预应力管道为测定对象，在预应力管道中冲击回波测线2的测点处安装低频应力脉冲激发装置和低频应力脉冲接收装置，产生低频的应力脉冲，传播到结构内部后被构件底面反射回来，应力波在构件顶面、管道内部、构件底面的边界之间来回反射产生瞬态共振，待得到共振波的触底反射时间t_i；沿预应力管道中冲击回波测线2同时移动低频应力脉冲激发装置和低频应力脉冲接收装置，测定各测点处的t_i值。在本发明较佳实施例中，沿预应力管道的测点，施加机械冲击，产生低频的应力脉冲，传播到结构内部，被构件底面反射回来。应力波在构件顶面、管道内部、构件底面的边界之间来回反射产生瞬态共振，得到共振波的触底反射时间t_i。

步骤205，根据步骤203和步骤204得到的混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p和预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i，标定预应力管道在不灌浆、50％灌浆、100％灌浆的条件下(如图5所示)，预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i与混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p的比值与压浆饱满度的对应关系，并直线拟合关系曲线，由标定结果获得预应力管道压浆饱满度的计算模型(标定公式)：

f＝Kt+b  (1)

其中：f为预应力管道的压浆饱满度(％)，K为时间系数，t为预应力管道冲击回波触底反射时间t_i与混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p之比，b为关系常数，其中，当f≥100％时，取f＝100％；当f≤0％时，取f＝0％。

具体的说，设定预应力管道压浆饱满度为不灌浆、50％灌浆、100％灌浆，测定预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i和混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p，计算预应力管道冲击回波触底反射时间t_i与混凝土构件中冲击回波触底反射时间t_p之比t，以比值t为横坐标，灌浆饱和度f为纵坐标，将比值t与灌浆饱和度f进行线性拟合得到公式。以下为几种不同管道的预应力管道压浆饱满度的计算模型：

(1)预应力塑料管道，管道直径55mm，预应力管道压浆饱满度的计算模型为f＝-7.5236t+9.9941，其中K＝-7.5236，b＝9.9941，f≥100％时，取f＝100％；f≤0％时，取f＝0％，如图6a所示，其相应参数取值如表6a所示。

表6a

(2)预应力塑料管道，管道直径80mm，预应力管道压浆饱满度的计算模型为f＝-4.9834t+6.7957，其中K＝-4.9834，b＝6.7957，f≥100％时，取f＝100％；f≤0％时，取f＝0％，如图6b所示，其相应参数取值如表6b所示。

表6b

(3)预应力塑料管道，管道直径100mm，预应力管道压浆饱满度的计算模型为f＝-2.5194t+3.5887，其中K＝-2.5194，b＝3.5887，f≥100％时，取f＝100％；f≤0％时，取f＝0％，如图6c所示，其相应参数取值如表6c所示。

表6c

步骤206，根据不同管道的预应力管道压浆饱满度的计算模型分别计算预应力管道各个测点的压浆饱满度。

步骤207，将各个测点的压浆饱满度状况连线，构成整根管道的压浆状况。对于相邻两测点的压浆饱满度状况相差大于指定比值(该指定比值为10％～15％，在本发明较佳实施例中，指定比值为10％)的情况，在两测点间增加测点个数，测点的间距可为2～5cm，再连线反映这部分管道的压浆状况。

以下将通过几个具体实施例来进一步说明本发明。

实施例1：

1)构件长度为1m，构件厚度43cm，内设直径为55mm的塑料波纹管，按照步骤201确定预应力钢筋的位置。

2)按照步骤202布置测线1及测点，测线1布置在距离混凝土构件边缘0.15m位置处，测点间距0.1m，布置测线2及测点，测线2布置在预应力管道的中轴线对应的混凝土构件的上表面，测点间距0.1m，测线1各测点布置如图7a所示，测线2各测点布置如图7b所示。

3)按照步骤203，选择激振频率为9.690khz的钢锤，测定测线1中11个测点的冲击回波触底反射时间，如表7所示。由测线1各测点冲击回波触底反射时间(t_pi)，计算冲击回波的触底平均反射时间(t_p)，t_p＝0.254ms。

表7测线1上各测点的冲击回波触底反射时间

测点编号i	各测点冲击回波触底反射时刻tpi(单位：ms)
		1	0.256
2	0.254
		3	0.254
4	0.257
		5	0.255
6	0.255
		7	0.258
8	0.253
		9	0.251
10	0.251
		11	0.254

4)按照步骤204，选择激振频率为9.690khz的钢锤，测定测线2中11个测点的冲击回波触底反射时间，如表8所示。

表8测线2上各测点的冲击回波触底反射时刻

测点编号i	各测点冲击回波触底反射时刻ti(单位：ms)
		1	0.312
2	0.313
		3	0.308
4	0.307
		5	0.307
6	0.305
		7	0.306
8	0.305
		9	0.304
10	0.304
		11	0.306

5)由测线2各测点冲击回波触底反射时间(t_i)，及冲击回波的触底平均反射时间(t_p)，根据存储器中存储的标定公式，按步骤205预应力管道压浆饱满度的计算模型为f＝-7.5236t+9.9941，f≥100％时，取f＝100％；f≤0％时，取f＝0％。计算步骤206中预应力管道各个测点的压浆饱满度状况，如表9所示。

表9预应力管道各测点的压浆饱满度状况

测点编号i	各测点压浆饱满度状况f
		1	75％
2	72％
		3	87％
4	90％
		5	90％
6	96％
		7	93％
8	96％
		9	99％
10	99％
		11	93％

6)除2、3测点外，其余相邻两测点的压浆饱满度相差小于或等于指定比值(10％～15％，在本实施例中，指定比值为10％)，故在2、3测点间增设1个测点记为测点12，重复步骤204～206，经计算测点12的压浆饱满度状况f＝80％，将各个测点的压浆饱满度状况取平均值。

按照步骤207，连线构成整根管道的压浆状况，如图7c所示。

用冲击钻在预应力管道上钻孔，验证各测点的预应力管道压浆饱满度状况，如表10所示，预应力管道压浆饱满度的测量误差优于5％。

表10预应力管道各测点的压浆饱满度的测量误差

实施例2：

1)构件长度为1m，构件厚度86cm，内设直径为80mm的塑料波纹管，按步骤201确定预应力钢筋的位置。

2)按照步骤202布置测线1及测点，测线1布置在距离混凝土构件边缘0.15m位置处，测点间距0.1m，布置测线2及测点，测线2布置在预应力管道的中轴线对应的混凝土构件的上表面，测点间距0.1m，测线1各测点布置如图8a所示，测线2各测点布置如图8b所示。

3)按照步骤203，选择激振频率为5.814khz的钢锤，测定测线1中11个测点的冲击回波触底反射时间，如表11所示。由测线1各测点冲击回波触底反射时间(t_pi)，计算冲击回波的触底平均反射时间(t_p)，t_p＝0.449ms。

表11测线1上各测点的冲击回波触底反射时间

测点编号i	各测点冲击回波触底反射时刻tpi(单位：ms)
		1	0.451
2	0.450
		3	0.450
4	0.449
		5	0.448
6	0.450
		7	0.449
8	0.449
		9	0.447

10	0.448
		11	0.449

4)按照步骤204，选择激振频率为5.814khz的钢锤，测定测线2中11个测点的冲击回波触底反射时间，如表12所示。

表12测线2上各测点的冲击回波触底反射时刻

测点编号i	各测点冲击回波触底反射时刻ti(单位：ms)
		1	0.532
2	0.536
		3	0.538
4	0.541
		5	0.543
6	0.545
		7	0.544
8	0.540
		9	0.536
10	0.532
		11	0.530

5)由测线2各测点冲击回波触底反射时间(t_i)，及冲击回波的触底平均反射时间(t_p)，根据存储器中存储标定公式，按步骤205预应力管道压浆饱满度的计算模型为f＝-4.9834t+6.7957，f≥100％时，取f＝100％；f≤0％时，取f＝0％。计算步骤206中预应力管道各个测点的压浆饱满度状况，如表13所示。

表13预应力管道各测点的压浆饱满度状况

测点编号i	各测点压浆饱满度状况f
		1	89％
2	85％
		3	82％
4	79％
		5	77％
6	75％
		7	76％
8	80％
		9	85％
10	89％
		11	91％

6)相邻两测点的压浆饱满度相差小于或等于指定比值(10％～15％，在本实施例中，指定比值为10％)，按照步骤207，将各个测点的压浆饱满度状况取平均值，故连线构成整根管道的压浆状况，如图8c所示。

用冲击钻在预应力管道上钻孔，验证各测点的预应力管道压浆饱满度状况，如表14所示，预应力管道压浆饱满度的测量误差优于5％。

表14预应力管道各测点的压浆饱满度的测量误差

实施例3：

1)构件长度为1m，构件厚度28cm，内设直径为100mm的塑料波纹管，按步骤201确定预应力钢筋的位置。

2)按照步骤202布置测线1及测点，测线1布置在距离混凝土构件边缘0.2m位置处，测点间距0.1m，布置测线2及测点，测线2布置在预应力管道的中轴线对应的混凝土构件的上表面，测点间距0.1m，测线1各测点布置如图9a所示，测线2各测点布置如图9b所示。

3)按照步骤203，选择激振频率为17.100khz的钢锤，测定测线1中11个测点的冲击回波触底反射时间，如表15所示。由测线1各测点冲击回波触底反射时间(t_pi)，计算冲击回波的触底平均反射时间(t_p)，tp＝0.148ms。

表15测线1上各测点的冲击回波触底反射时间

测点编号i	各测点冲击回波触底反射时刻tpi(单位：ms)
		1	0.150
2	0.145
		3	0.152
4	0.149
		5	0.141
6	0.146
		7	0.155
8	0.154
		9	0.146
10	0.146
		11	0.148

4)按照步骤204，选择激振频率为17.100khz的钢锤，测定测线2中11个测点的冲击回波触底反射时间，如表16所示。

表16测线2上各测点的冲击回波触底反射时刻

测点编号i

各测点冲击回波触底反射时刻ti(单位：ms)

1	0.153
		2	0.156
3	0.155
		4	0.157
5	0.156
		6	0.152
7	0.157
		8	0.156
9	0.155
		10	0.154
11	0.155

5)由测线2各测点冲击回波触底反射时间(t_i)，及冲击回波的触底平均反射时间(t_p)，根据存储器中存储标定公式，按步骤205预应力管道压浆饱满度的计算模型为f＝-2.5194t+3.5887，f≥100％时，取f＝100％；f≤0％时，取f＝0％。计算步骤206中预应力管道各个测点的压浆饱满度状况，如表17所示。

表17预应力管道各测点的压浆饱满度状况

测点编号i	各测点压浆饱满度状况f
		1	100％
2	93％
		3	95％
4	92％
		5	93％
6	100％
		7	92％
8	93％
		9	95％
10	97％
		11	95％

6)相邻两测点的压浆饱满度相差小于或等于(10％～15％，在本实施例中，指定比值为10％)，按照步骤207，将各个测点的压浆饱满度状况取平均值，故连线构成整根管道的压浆状况，如图9c所示

用冲击钻在预应力管道上钻孔，验证各测点的预应力管道压浆饱满度状况，如表18所示，预应力管道压浆饱满度的测量误差优于5％。

表18预应力管道各测点的压浆饱满度的测量误差

综上所述，本发明一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置和方法通过建立预应力管道的压浆饱满度与冲击回波触底反射时间的关系模型，定量测定预应力管道的压浆饱满度，解决了现有技术中冲击回波法只能完成缺陷的定性判断、测试结果可靠性低的问题，使得预应力管道压浆饱满度测量的相对误差<5％。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置，其特征在于：所述定量检测装置包括发射电路、低频应力脉冲激发器、信号放大器、低频应力脉冲接收器、可编程滤波器、电荷放大器、A/D转换器、数据采集器、数据缓存器、DSP处理器、存储器及CPU，所述低频应力脉冲激发器置于混凝土构件表面紧靠所述低频应力脉冲接收器，所述低频应力脉冲接收器置于混凝土构件的测点上，所述CPU的信号输出端连接所述发射电路的输入端，所述低频应力脉冲激发器的发射电路的输出端产生低频的应力波，应力波传播到混凝土结构内部后经构件底面反射回来，反射波经过所述信号放大器被置于混凝土构件的测点上的所述低频应力脉冲接收器的输入端接受，所述低频应力脉冲接收器的信号输出端将低频应力波经所述可编程滤波器、所述电荷放大器和所述A/D转换器传送至所述数据采集器，所述数据采集器将采集到的信号送入所述数据缓存器中，所述DSP处理器将数据存储器中的电信号根据所述CPU发出的控制指令进行信号处理，所述CPU根据所述DSP处理器处理完成的信号数据和所述存储器中存储的标定公式，计算管道的压浆饱满度。

2.如权利要求1所述的一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测装置，其特征在于：所述定量检测装置还包括操作键盘及显示器，所述操作键盘用于外部数据输入，所述显示器用于实时显示低频应力波的扫描波形及预应力管道压浆饱满度的测试结果。

3.一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测方法，包括如下步骤：

步骤一，利用高频电磁波激发装置和接收装置向混凝土构件发射高频电磁波，通过信号接收器接收反射回来的电磁波，根据接收到的电磁波信号确定预应力钢筋的位置和走向；

步骤二，在混凝土构件的上表面沿预应力钢筋的走向布置混凝土构件测线1和预应力管道测线2及测点位置；

步骤三，测定混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p；

步骤四，测定预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i；

步骤五，根据所述混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p和所述预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i，测定预应力管道在不同灌浆情况的条件下所述预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i与所述混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p的比值与压浆饱满度的对应关系，由标定结果获得预应力管道压浆饱满度的计算模型，所述预应力管道压浆饱满度的计算模型为f＝Kt+b，其中，f为预应力管道的压浆饱满度，K为时间系数，t为预应力管道冲击回波触底反射时间t_i与混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p之比，b为关系常数。

步骤六，采集所测预应力管道各测点的混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p和预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i，根据预应力管道压浆饱满度的计算模型，计算各测点的压浆饱满度状况；

步骤七，将各个测点的压浆饱满度状况连线，构成整根管道的压浆状况。

4.如权利要求3所述的一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测方法，其特征在于：于步骤七中，若相邻两测点的压浆饱满度状况相差大于指定比值，在两测点间增加测点个数，再连线反映这部分管道的压浆状况。

5.如权利要求3所述的一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测方法，其特征在于，所述步骤一包括如下步骤：

(1)利用探地雷达的发射天线向地下发射高频电磁波，通过接收天线接收反射回地面的电磁波，电磁波在地下介质中传播时遇到存在电性差异的界面时发生反射，根据接收到电磁波的波形、振幅强度和时间的变化特征推断桥梁结构中预应力钢筋的空间位置和埋置深度，在混凝土表面做记号标志；

(2)将记号标志连成线，确定预应力钢筋的位置。

6.如权利要求3所述的一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测方法，其特征在于：于步骤二中，沿预应力钢筋的走向在距离构件边缘10～20cm处，没有预应力管道的混凝土构件上表面布置测线1，或在两个预应力管道中轴线中间位置对应的混凝土构件上表面布置测线1；沿预应力钢筋的走向在混凝土构件上表面对应预应力管道的位置布置测线2，测线1和2上均匀设置测点。

7.如权利要求6所述的一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测方法，其特征在于：于步骤三中，以混凝土构件为测定对象，在所述混凝土构件中冲击回波测线1的测点处设置低频应力脉冲激发装置和低频应力脉冲接收装置，待低频应力脉冲接收装置接收到共振波信号时，记录标定所述混凝土构件中冲击回波触底反射时间t_pi，沿所述混凝土构件中冲击回波测线1同时移动所述低频应力脉冲激发装置和所述低频应力脉冲接收装置，测定各测点处的回波触底反射时间t_pi并计算其平均值，记为混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p。

8.如权利要求7所述的一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测方法，其特征在于：于步骤四中，以预应力管道为测定对象，在所述预应力管道中冲击回波测线2的测点处安装低频应力脉冲激发装置和低频应力脉冲接收装置，产生低频的应力波，传播到结构内部后被构件底面反射回来，应力波在构件顶面、管道内部、构件底面的边界之间来回反射产生瞬态共振，待得到冲击回波触底反射时间t_i，沿所述预应力管道中冲击回波测线2同时移动所述低频应力脉冲激发装置和所述低频应力脉冲接收装置，测定各测点处的t_i值。

9.如权利要求3所述的一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测方法，其特征在于，于步骤五中，所述预应力管道压浆饱满度的计算模型的确定方法为：设定预应力管道压浆饱满度为不灌浆、50％灌浆、100％灌浆，测定所述预应力管道中冲击回波触底反射时间t_i和混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p；计算预应力管道冲击回波触底反射时间t_i与混凝土构件中冲击回波触底平均反射时间t_p之比t；以比值t为横坐标，灌浆饱和度f为纵坐标，将比值t与灌浆饱和度f进行线性拟合得到所述预应力管道压浆饱满度的计算模型，其中，当f≥100％时，取f＝100％；当f≤0％时，取f＝0％。

10.如权利要求8所述的一种预应力管道压浆饱满度状况的定量检测方法，其特征在于：步骤三和步骤四中所述低频应力脉冲激发装置为钢锤，采用单点式冲击回波法，所述钢锤的激振频率的选择与混凝土构件的厚度有关。