超聲波檢測(cè)技術(shù)在巖土工程中的發(fā)展趨勢(shì)

曹東勇周亮陳鵬

（1.河南省水利勘測(cè)有限公司，河南 鄭州 450003；2.鄭州工業(yè)貿(mào)易學(xué)校，河南 鄭州 450000）

超聲波檢測(cè)技術(shù)在巖土工程中的發(fā)展趨勢(shì)

曹東勇1周亮2陳鵬1

（1.河南省水利勘測(cè)有限公司，河南 鄭州 450003；2.鄭州工業(yè)貿(mào)易學(xué)校，河南 鄭州 450000）

通過對(duì)巖土的錨固加固，可以使得原巖土處于穩(wěn)定狀態(tài)，確保建筑結(jié)構(gòu)整體的可靠性、安全性、穩(wěn)定性。關(guān)于巖土工程的錨固質(zhì)量是否滿足要求及標(biāo)準(zhǔn)，需要相關(guān)的手段進(jìn)行檢測(cè)。所以，超聲波檢測(cè)技術(shù)對(duì)錨桿的完整性檢測(cè)顯得尤為重要。

巖土工程；超聲波檢測(cè)；發(fā)展趨勢(shì)

1 錨桿檢測(cè)手段

錨桿檢測(cè)技術(shù)主要有常規(guī)檢測(cè)技術(shù)與超聲波檢測(cè)技術(shù)等兩種。常規(guī)檢測(cè)技術(shù)的基本原理是靜載荷對(duì)錨桿的壓力或者拉力，由于現(xiàn)代巖土工程的發(fā)展，要求檢測(cè)具有精度高、實(shí)時(shí)性以及大面積動(dòng)態(tài)檢測(cè)的技術(shù)。超聲波檢測(cè)技術(shù)是現(xiàn)代巖土工程中錨桿檢測(cè)的普遍采用的檢測(cè)技術(shù)。超聲波檢測(cè)，即在對(duì)錨桿完整性檢測(cè)時(shí)，不破壞原巖土的基本受力結(jié)構(gòu)，只通過利用一些輔助儀器設(shè)備、相關(guān)檢測(cè)技術(shù)手段和數(shù)據(jù)分析原理，檢測(cè)錨桿在巖土中是否完整，是否存在一定的缺陷，并判斷出錨桿存在缺陷的類別、出現(xiàn)缺陷的準(zhǔn)確部位以及缺陷的大小尺寸等，特別適用于巖土工程大面積檢測(cè)工程。

1.1 常規(guī)錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)

常規(guī)錨桿檢測(cè)技術(shù)是一種依據(jù)靜力錨固質(zhì)量檢測(cè)法，即工程中的拉拔試驗(yàn)法。主要根據(jù)試驗(yàn)壓力計(jì)和位移計(jì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)信息，利用相應(yīng)轉(zhuǎn)換公式，整理出相應(yīng)的錨固桿在巖土中位移與荷載間的變化曲線，從而分析出巖土錨桿錨固性能。在大量巖土工程實(shí)踐和巖土工程研究中發(fā)現(xiàn)，常規(guī)的靜力檢測(cè)法僅對(duì)巖土中錨桿進(jìn)行損壞性靜態(tài)檢測(cè)分析，并且其檢測(cè)結(jié)果在很大程度上具有局限性，此外常規(guī)檢測(cè)技術(shù)不能對(duì)大面積建筑工程錨桿錨固質(zhì)量進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。由于常規(guī)檢測(cè)中采用拉拔試驗(yàn)手段獲得的數(shù)據(jù)僅僅是錨固力的一個(gè)綜合值，如果錨桿存在缺陷，不能明確缺陷在錨桿的具體位。因此，常規(guī)的檢測(cè)技術(shù)僅可以檢測(cè)出錨桿是否完好，不能準(zhǔn)確判斷缺陷存在的具體位置。

1.2 超聲波檢測(cè)技術(shù)

超聲波檢測(cè)是不破壞原巖土的受力結(jié)構(gòu)，應(yīng)用相關(guān)的檢測(cè)設(shè)備對(duì)錨桿進(jìn)行檢測(cè)。在檢測(cè)時(shí)，對(duì)桿端進(jìn)行外力震擊，從而引起桿端的劇烈振動(dòng)，并產(chǎn)生沿錨桿向桿底傳播的應(yīng)力波。如果應(yīng)力波的波形、波速、波峰值保持不變，在錨桿中均勻傳播，則表明錨桿的完整性比較好。如果應(yīng)力波的波形、波速、波峰值發(fā)生變化，則表明沿錨桿長(zhǎng)度方向上存在缺陷。由于超聲波檢測(cè)對(duì)錨桿不產(chǎn)生破壞，所以特別適用于重要巖土工程大面積檢測(cè)工程。

2 錨固錨桿應(yīng)力波超聲波檢測(cè)工作流程

在進(jìn)行錨桿超聲波檢測(cè)數(shù)據(jù)分析之前，首先要調(diào)查清楚圍巖土地的基本地質(zhì)狀況，然后再標(biāo)定錨桿桿頭應(yīng)力波速度，利用檢測(cè)裝置采集反射波反射回來的數(shù)據(jù)，通過一系列的分析整理獲取巖土中錨桿的長(zhǎng)度、錨桿的完整程度等基本信息。因此，超聲波檢測(cè)技術(shù)基于應(yīng)力波檢測(cè)的工作流程大致為：收集圍巖地質(zhì)基本資料，標(biāo)定應(yīng)力波速大小，利用檢測(cè)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集，拉拔抽檢試驗(yàn)、時(shí)域波形分析、頻譜分析以及時(shí)頻頻譜分析等，最后準(zhǔn)確獲取錨桿的長(zhǎng)度和完整度。

3 錨桿超聲波檢測(cè)技術(shù)基本原理

當(dāng)錨桿桿端受到外力震擊后，就會(huì)引起桿端的劇烈振動(dòng)，并產(chǎn)生應(yīng)力波沿錨桿向桿底處傳播。如果錨桿質(zhì)量完好，則錨桿為應(yīng)力波提供了一個(gè)均勻傳播的介質(zhì)，此時(shí)應(yīng)力波的波形、波速、波峰值均保持不變。如果存在缺陷，則應(yīng)力波就會(huì)在不均勻的材料中傳播，在有缺陷部位應(yīng)力波將發(fā)生突變，從而使得應(yīng)力波的波形、波速、波峰值發(fā)生變化，會(huì)發(fā)生透射波、反射波或者散射波等現(xiàn)象。實(shí)際檢測(cè)工程中發(fā)現(xiàn)，由于透射波在受到錨桿內(nèi)非均勻介質(zhì)的作用下，儀器很難準(zhǔn)確測(cè)量其具體值；可以通過對(duì)反射波的分析獲得錨桿的質(zhì)量水平，當(dāng)應(yīng)力波反射傳播到錨桿桿頂時(shí)，由原先裝置在錨桿桿頂處加速度或速度計(jì)應(yīng)力波傳感器采集測(cè)得。由于反射波的數(shù)據(jù)信息代表著錨桿質(zhì)量的相關(guān)信息。因此，對(duì)反射波攜帶的數(shù)據(jù)進(jìn)行信息分析后，就可以得出錨桿質(zhì)量的完整程度，從而可以獲取錨桿的綜合安全性能指標(biāo)。

4 超聲波檢測(cè)中錨桿錨固失效分析

4.1 錨桿桿體鋼筋拉斷

鋼筋是圍巖錨桿中的主要受力體，主要提供拉力，同時(shí)由于錨桿底端的絲扣部位，經(jīng)常性出現(xiàn)幾個(gè)應(yīng)力共同作用，使其該處發(fā)生應(yīng)力集中。當(dāng)應(yīng)力增大到一定程度時(shí)，則會(huì)使錨桿中的鋼筋拉斷。為了解決鋼筋被拉斷，實(shí)際工程中常對(duì)鋼筋進(jìn)行熱處理，從而提高鋼筋的韌性，防止鋼筋拉斷現(xiàn)象的發(fā)生。

4.2 托板失效

由巖土工程可知，在實(shí)際工程中常發(fā)生錨桿托板失效現(xiàn)象，為了解決托板失效，實(shí)際工程施工時(shí)通常選用增大錨桿托板的厚度，或采用高強(qiáng)度鋼材等提高錨桿托板的耐壓性能，從而提高錨固結(jié)構(gòu)整體的性能。

4.3 局部薄弱點(diǎn)破壞，致使錨空失效

大量巖土工程實(shí)踐表明，由于巖土圍巖局部薄弱部位發(fā)生破壞引起錨桿出現(xiàn)錨空失效現(xiàn)象。當(dāng)采用錨固錨桿技術(shù)進(jìn)行巖土工程加固支護(hù)時(shí)，由于在圍巖中薄弱點(diǎn)處荷載產(chǎn)生的應(yīng)力分布不均勻，就會(huì)在圍巖的薄弱環(huán)節(jié)處出現(xiàn)局部破壞現(xiàn)象，導(dǎo)致錨桿的切向錨固力瞬間減小甚至消失，錨桿的徑向錨固力也隨之減小，錨固結(jié)構(gòu)支護(hù)性能降低，發(fā)生錨桿錨空失效現(xiàn)象。

5 結(jié)語

巖土工程超聲波檢測(cè)技術(shù)是在高新技術(shù)快速發(fā)展的基礎(chǔ)上形成的，具有操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)速度快、受環(huán)境影響小、對(duì)巖體無損壞、數(shù)據(jù)結(jié)果精度高等特點(diǎn)，在建筑巖土工程錨桿質(zhì)量檢測(cè)領(lǐng)域中有非常大的發(fā)展空間。

[1]高海軍.斷層破碎帶隧道圍巖穩(wěn)定性分析[J].蘭州工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2013（04）.

U442

A

1003-5168(2014)03-0014-01

曹東勇(1983.11—)，男、山西運(yùn)城人，工程師，工學(xué)學(xué)士，研究方向：巖土工程勘察、施工。