高速公路某隧道錨桿錨固質(zhì)量無損檢測(cè)分析

1、    高速公路某隧道錨桿錨固質(zhì)量無損檢測(cè)分析    張顯福 梁輝摘要：在高速公路隧道施工過程中采用應(yīng)力波運(yùn)動(dòng)學(xué)理論分析和評(píng)述了錨固體系質(zhì)量檢測(cè)的方法、技術(shù)與特點(diǎn);并通過工程檢測(cè)實(shí)例進(jìn)一步說明,錨桿錨固質(zhì)量無損檢測(cè)技術(shù)是一種方便易行,測(cè)試精度能滿足現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)要求的方法,具有較為廣闊的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：錨桿；錨固；無損檢測(cè)；聲頻應(yīng)力波；質(zhì)量1 引言錨桿作為支護(hù)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分被廣泛地應(yīng)用于地下工程初期支護(hù)中，在高速公路隧道工程中采用較多的是全長粘結(jié)砂漿錨桿，傳統(tǒng)的錨桿檢測(cè)方法是抗拔試驗(yàn)，但這種方法測(cè)試結(jié)果不能完全反映錨固效果的好壞（研究表明：當(dāng)注漿長度

2、大于錨桿直徑40倍時(shí)，錨固力就在于鋼筋的拉拔極限；無法確定長度）因此,采用聲頻應(yīng)力波對(duì)錨桿的錨固質(zhì)量進(jìn)行無損檢測(cè)，配合抗拔力試驗(yàn)，進(jìn)行綜合分析，能對(duì)錨桿的錨固質(zhì)量作出比較全面的評(píng)價(jià)。2 檢測(cè)原理檢測(cè)錨桿錨固質(zhì)量采用的儀器為jl-mg(c)錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀，該儀器的檢測(cè)原理為：在錨桿外露端激振，產(chǎn)生彈性應(yīng)力波信號(hào)沿鋼筋傳播，當(dāng)鋼筋周圍或底端介質(zhì)發(fā)生變化時(shí)（砂漿不飽滿或空漿），將產(chǎn)生反射信號(hào)；通過附在鋼筋端部的傳感器拾取彈性波的傳播和反射信號(hào)，進(jìn)行波形分析，可判斷錨桿中有無空漿或密實(shí)狀況；并根據(jù)反射波的位置可計(jì)算錨桿長度或空漿、不密實(shí)的位置，從而評(píng)價(jià)錨桿的密實(shí)度。應(yīng)力波在錨桿中的傳播規(guī)律符合以下公式

3、v2l/t其中v應(yīng)力波在錨桿中的傳播速度，m/s。l錨桿的長度，m。t 應(yīng)力波從錨桿外端到底部，再回到外端的時(shí)間，s。在細(xì)長桿中（桿的橫向尺寸遠(yuǎn)小于波長）縱波的傳播速度v0可按下式進(jìn)行計(jì)算：v0=根據(jù)鋼材的密度7.85g/cm3，鋼材彈模e2.08×105mpa，應(yīng)力波在自由的錨桿中傳播的速度在5148m/s左右，應(yīng)力波在自由的錨桿中存在明顯的反射波，故采用聲頻應(yīng)力波測(cè)出自由錨桿的長度，誤差不超過1，用此方法也可對(duì)儀器進(jìn)行核查。對(duì)于埋設(shè)在巖體內(nèi)的錨桿，如果注漿越飽滿，則桿底部反射越不明顯，這時(shí)，給應(yīng)力波從錨桿底部反射回來的傳播時(shí)間判讀增加難度，也就確定錨桿的長度變難。（但同時(shí)也說明反

4、射波越弱，注漿越飽滿。）錨桿周圍充填砂漿時(shí)，會(huì)影響應(yīng)力波在錨桿中的傳播速度，根據(jù)實(shí)際測(cè)試結(jié)果，應(yīng)力波在巖體內(nèi)的錨桿中傳播的速度在41005000m/s之間。但是，相同的設(shè)計(jì)、施工工藝，在相同的圍巖介質(zhì)中，應(yīng)力波的傳播速度變化不大，這就要求測(cè)試時(shí)，應(yīng)對(duì)不同條件的施工錨桿進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試應(yīng)力波在該類型錨桿中的傳播速度，以便更好地測(cè)試錨桿的長度。3 實(shí)例在對(duì)某高速公路隧道錨桿質(zhì)量檢測(cè)過程中，采用jl-mg(c)錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，其評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為：錨固質(zhì)量分類 波形特征 錨固狀態(tài)優(yōu) 波形規(guī)則，只有較微弱的底部反射波或沒有底部反射波。 密實(shí)良好 波形較規(guī)則，有底部反射波和局部有較弱的反射波。 局部欠密實(shí)

5、一般 波形欠規(guī)則，有底部反射波或局部有較強(qiáng)的反射波。 局部不密實(shí)或空漿差 波形不規(guī)則，底部有較強(qiáng)的反射波或底部反射波提前（錨桿欠長），或有多處較強(qiáng)的反射波。 多處不密實(shí)或空漿測(cè)試時(shí)，在錨桿的頂端布置傳感器，用小錘敲擊錨桿頂端，產(chǎn)生的彈性波沿錨桿向下傳播并向錨桿周圍輻射能量，彈性波遇到砂漿不均勻，波阻抗發(fā)生變化的界面時(shí)產(chǎn)生反射波將向上傳播到錨桿頂端并被傳感器接收記錄，通過檢測(cè)儀對(duì)實(shí)測(cè)波形的綜合分析和儲(chǔ)存。反射信號(hào)的能量強(qiáng)度和到達(dá)時(shí)間取決于錨桿周圍或端部的灌漿狀況。通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和分析，可以確定錨桿長度以及灌漿的整體質(zhì)量。其評(píng)價(jià)核心是：利用應(yīng)力波在不同波阻抗界面的反射能量及相位的變化原理。錨桿

6、的長度通過反射波時(shí)間可得，砂漿錨桿的飽滿度涉及的理論問題比較復(fù)雜，原理上應(yīng)進(jìn)行阻抗分析。但實(shí)際上錨桿檢測(cè)數(shù)量巨大，難以像基樁檢測(cè)一樣進(jìn)行大量的波阻抗變化分析，因此檢測(cè)過程中一般通過反射波相對(duì)能量的比值來經(jīng)驗(yàn)判斷錨桿砂漿密實(shí)度。圖1 圖2圖3圖4圖1錨桿設(shè)計(jì)3.0m，在3.0m處有反射信號(hào)，在1.0m處有一較強(qiáng)反射信號(hào)，判斷是小缺陷引起，判定為良。圖2錨桿設(shè)計(jì)3.5m，在3.5m處有一反射信號(hào)，波形較規(guī)則，但衰減較慢，這屬于錨桿與漿粘結(jié)一般，根據(jù)密實(shí)度剛剛能判定為良。圖3錨桿設(shè)計(jì)3.5m，在1.2m和2.4m處都有一較強(qiáng)反射信號(hào)，但3.5m處又沒有反射信號(hào)，判定錨桿只有1.2m長，2.4m處是二

7、次反射，雖密實(shí)度剛夠合格，但長度不夠，判定為不合格。圖4錨桿設(shè)計(jì)3.5m，波形很規(guī)則，頻率較高，無任何反射信號(hào)，只能判定為長度達(dá)到要求，密實(shí)度較好。由圖1-4可知，檢測(cè)數(shù)據(jù)處理 根據(jù)波動(dòng)理論，任何一個(gè)反射波都是由低頻到高頻的不同頻率的子波所構(gòu)成的。頻率高，能量衰減快，引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)時(shí)間短，不同界面反射波的高頻成分子波可能是分離的。頻率低，能量衰減慢，引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的時(shí)間長，不同界面反射波低頻成分是相互疊加的。錨桿質(zhì)量檢測(cè)主要任務(wù)是確定界面的位置，因此如何分離各界面的反射波非常重要。傳統(tǒng)方法是對(duì)采集到的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行傅里葉變換。通過變換，可提出各反射波的主頻。由于傅里葉變換是一種純頻域分析方法，反映的

8、是整個(gè)信號(hào)全部時(shí)間下的整體頻域特征，而不能提供如何局部時(shí)間段上的頻域信息。小波變換是在傅里葉變換的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有時(shí)頻分析功能。其良好的局部化特征，能對(duì)信號(hào)在任意時(shí)刻的任何細(xì)節(jié)進(jìn)行細(xì)致的分析和處理，因此在錨桿質(zhì)量無損檢測(cè)在高速公路隧道施工的應(yīng)用，對(duì)檢測(cè)錨桿錨固質(zhì)量是否合格取得了很好的效果。4 結(jié)論與建議錨桿無損檢測(cè)技術(shù)較適合對(duì)錨桿進(jìn)行大規(guī)模的普查，因檢測(cè)速度比較快，對(duì)其錨固質(zhì)量進(jìn)行定性檢測(cè)分析判定較好，通過和拉拔試驗(yàn)相配合使用,能夠確定錨桿各段的錨固力值大小,但對(duì)檢測(cè)出現(xiàn)沒有反射回波時(shí)的錨桿長度的判定還存在一定的困難，對(duì)錨桿注漿密實(shí)度的定量判斷還存在一些問題，有待理論和實(shí)踐的進(jìn)一步研究驗(yàn)證；目前的錨桿無損檢測(cè)技術(shù)還有待完善，因此，在工程建設(shè)中還必須加強(qiáng)施工過程的監(jiān)控，切不可忽視施工過程的管理與監(jiān)督，隨著這種檢測(cè)方法的不斷推廣和應(yīng)用,將對(duì)錨桿技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生積極的推動(dòng)作用,同時(shí)更會(huì)對(duì)社會(huì)給建設(shè)單位帶來較好經(jīng)濟(jì)效益,具有廣闊的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)：1 楊湖, 王成. 錨桿圍巖系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析j . 測(cè)試技術(shù)學(xué)報(bào), 2002, (1) : 41- 47.2 汪明武. 無損檢測(cè)錨桿錨固質(zhì)