高速公路某隧道錨桿錨固質量無損檢測分析

1、    高速公路某隧道錨桿錨固質量無損檢測分析    張顯福 梁輝摘要：在高速公路隧道施工過程中采用應力波運動學理論分析和評述了錨固體系質量檢測的方法、技術與特點;并通過工程檢測實例進一步說明,錨桿錨固質量無損檢測技術是一種方便易行,測試精度能滿足現場技術要求的方法,具有較為廣闊的應用前景。關鍵詞：錨桿；錨固；無損檢測；聲頻應力波；質量1 引言錨桿作為支護系統(tǒng)的一個重要組成部分被廣泛地應用于地下工程初期支護中，在高速公路隧道工程中采用較多的是全長粘結砂漿錨桿，傳統(tǒng)的錨桿檢測方法是抗拔試驗，但這種方法測試結果不能完全反映錨固效果的好壞（研究表明：當注漿長度

2、大于錨桿直徑40倍時，錨固力就在于鋼筋的拉拔極限；無法確定長度）因此,采用聲頻應力波對錨桿的錨固質量進行無損檢測，配合抗拔力試驗，進行綜合分析，能對錨桿的錨固質量作出比較全面的評價。2 檢測原理檢測錨桿錨固質量采用的儀器為jl-mg(c)錨桿質量檢測儀，該儀器的檢測原理為：在錨桿外露端激振，產生彈性應力波信號沿鋼筋傳播，當鋼筋周圍或底端介質發(fā)生變化時（砂漿不飽滿或空漿），將產生反射信號；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，進行波形分析，可判斷錨桿中有無空漿或密實狀況；并根據反射波的位置可計算錨桿長度或空漿、不密實的位置，從而評價錨桿的密實度。應力波在錨桿中的傳播規(guī)律符合以下公式

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

4、射波越弱，注漿越飽滿。）錨桿周圍充填砂漿時，會影響應力波在錨桿中的傳播速度，根據實際測試結果，應力波在巖體內的錨桿中傳播的速度在41005000m/s之間。但是，相同的設計、施工工藝，在相同的圍巖介質中，應力波的傳播速度變化不大，這就要求測試時，應對不同條件的施工錨桿進行試驗，測試應力波在該類型錨桿中的傳播速度，以便更好地測試錨桿的長度。3 實例在對某高速公路隧道錨桿質量檢測過程中，采用jl-mg(c)錨桿質量檢測儀進行檢測，其評價標準為：錨固質量分類 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

5、一般 波形欠規(guī)則，有底部反射波或局部有較強的反射波。 局部不密實或空漿差 波形不規(guī)則，底部有較強的反射波或底部反射波提前（錨桿欠長），或有多處較強的反射波。 多處不密實或空漿測試時，在錨桿的頂端布置傳感器，用小錘敲擊錨桿頂端，產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)生變化的界面時產生反射波將向上傳播到錨桿頂端并被傳感器接收記錄，通過檢測儀對實測波形的綜合分析和儲存。反射信號的能量強度和到達時間取決于錨桿周圍或端部的灌漿狀況。通過對信號進行處理和分析，可以確定錨桿長度以及灌漿的整體質量。其評價核心是：利用應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間可得，砂漿錨桿的飽滿度涉及的理論問題比較復雜，原理上應進行阻抗分析。但實際上錨桿檢測數量巨大，難以像基樁檢測一樣進行大量的波阻抗變化分析，因此檢測過程中一般通過反射波相對能量的比值來經驗判斷錨桿砂漿密實度。圖1 圖2圖3圖4圖1錨桿設計3.0m，在3.0m處有反射信號，在1.0m處有一較強反射信號，判斷是小缺陷引起，判定為良。圖2錨桿設計3.5m，在3.5m處有一反射信號，波形較規(guī)則，但衰減較慢，這屬于錨桿與漿粘結一般，根據密實度剛剛能判定為良。圖3錨桿設計3.5m，在1.2m和2.4m處都有一較強反射信號，但3.5m處又沒有反射信號，判定錨桿只有1.2m長，2.4m處是二

7、次反射，雖密實度剛夠合格，但長度不夠，判定為不合格。圖4錨桿設計3.5m，波形很規(guī)則，頻率較高，無任何反射信號，只能判定為長度達到要求，密實度較好。由圖1-4可知，檢測數據處理 根據波動理論，任何一個反射波都是由低頻到高頻的不同頻率的子波所構成的。頻率高，能量衰減快，引起質點振動時間短，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，引起質點振動的時間長，不同界面反射波低頻成分是相互疊加的。錨桿質量檢測主要任務是確定界面的位置，因此如何分離各界面的反射波非常重要。傳統(tǒng)方法是對采集到的波形數據進行傅里葉變換。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、是整個信號全部時間下的整體頻域特征，而不能提供如何局部時間段上的頻域信息。小波變換是在傅里葉變換的基礎上發(fā)展起來的，具有時頻分析功能。其良好的局部化特征，能對信號在任意時刻的任何細節(jié)進行細致的分析和處理，因此在錨桿質量無損檢測在高速公路隧道施工的應用，對檢測錨桿錨固質量是否合格取得了很好的效果。4 結論與建議錨桿無損檢測技術較適合對錨桿進行大規(guī)模的普查，因檢測速度比較快，對其錨固質量進行定性檢測分析判定較好，通過和拉拔試驗相配合使用,能夠確定錨桿各段的錨固力值大小,但對檢測出現沒有反射回波時的錨桿長度的判定還存在一定的困難，對錨桿注漿密實度的定量判斷還存在一些問題，有待理論和實踐的進一步研究驗證；目前的錨桿無損檢測技術還有待完善，因此，在工程建設中還必須加強施工過程的監(jiān)控，切不可忽視施工過程的管理與監(jiān)督，隨著這種檢測方法的不斷推廣和應用,將對錨桿技術的發(fā)展產生積極的推動作用,同時更會對社會給建設單位帶來較好經濟效益,具有廣闊的應用前景。參考文獻：1 楊湖, 王成. 錨桿圍巖系統(tǒng)數學模型的建立及動態(tài)響應分析j . 測試技術學報, 2002, (1) : 41- 47.2 汪明武. 無損檢測錨桿錨固質