中空錨桿無損檢測(cè)方法的研究及應(yīng)用

李國斌

(遼寧建筑職業(yè)學(xué)院， 遼寧遼陽111000)

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中空錨桿無損檢測(cè)方法的研究及應(yīng)用

李國斌

(遼寧建筑職業(yè)學(xué)院， 遼寧遼陽111000)

在隧道工程、地下工程、邊坡等支護(hù)工程中，錨索、錨桿得到大量應(yīng)用。錨桿在實(shí)際應(yīng)用中，砂漿錨桿和中空錨桿占很大比例，中空錨桿與砂漿錨桿相比，中空錨桿具有較好的錨固性能，但在長度不足的情況下，抗拉強(qiáng)度反而不及砂漿錨桿，因此準(zhǔn)確測(cè)試中空錨桿的長度，能夠避免潛在隱患。目前，能對(duì)中空錨桿長度進(jìn)行有效檢測(cè)的手段很少。在基于沖擊彈性波的聲波反射法測(cè)試砂漿錨桿方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合模擬試驗(yàn)，對(duì)不同長度的中空錨桿進(jìn)行試驗(yàn)研究，并將該方法應(yīng)用在實(shí)際的工程中，通過實(shí)際應(yīng)用，該方法能夠有效的對(duì)中空錨桿長度進(jìn)行測(cè)試，在一定程度上能夠反映中空錨桿的錨固質(zhì)量。

聲波反射法；中空錨桿；沖擊彈性波

引言

在隧道工程、地下工程、邊坡等支護(hù)工程中，錨索、錨桿得到大量應(yīng)用。錨桿在實(shí)際應(yīng)用中，砂漿錨桿和中空錨桿占很大比例，顯而易見其質(zhì)量保證非常重要。但由于巖體地下水等影響，不可避免出現(xiàn)各種劣化老化現(xiàn)象。另一方面，由于錨桿支護(hù)工程屬于隱蔽工程，施工質(zhì)量出現(xiàn)問題，如灌漿不飽滿、長度不足時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響邊坡、隧道等工程的穩(wěn)定性，從而造成重大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡[1]。

在具體的支護(hù)工程中，根據(jù)不同的巖層結(jié)構(gòu)，需要用到中空錨桿和砂漿錨桿。由于在對(duì)中空錨桿注漿時(shí)，可以從其尾部注漿，漿液從錨桿底部冒出滲入圍巖裂隙，增加錨桿和圍巖的粘結(jié)力，同時(shí)加固圍巖?；诖?，中空錨桿在隧道工程中大量應(yīng)用。

目前針對(duì)錨桿長度檢測(cè)的手段主要是基于彈性波的聲波反射法[2-5]。其基本測(cè)試方案為在錨桿頂部進(jìn)行瞬態(tài)沖擊，激勵(lì)產(chǎn)生彈性波，并在桿體中傳播，通過安裝在端頭的傳感器接收其反射信號(hào)，通過對(duì)反射波信號(hào)進(jìn)行時(shí)域、頻域分析，獲得錨桿有效長度及錨固質(zhì)量等工作參數(shù)[6-7]。而中空錨桿的有效截面積比砂漿錨桿小，同時(shí)桿體與灌漿料的接觸面積(當(dāng)灌漿密實(shí)的情況，中空錨桿桿體內(nèi)外均與砂漿接觸)比砂漿錨桿大，導(dǎo)致激振產(chǎn)生的彈性波在桿體中傳播時(shí)有很大的衰減，導(dǎo)致到達(dá)桿體底部的反射信號(hào)異常微弱，而對(duì)桿底的反射信號(hào)的提取準(zhǔn)確度是直接影響錨桿長度測(cè)試精度的重要因素。因此需要在現(xiàn)有砂漿錨桿質(zhì)量測(cè)試的激振、受信方式上進(jìn)行改進(jìn)，使其準(zhǔn)確的測(cè)試砂漿錨桿質(zhì)量。

為此，本文通過模擬測(cè)試不同長度的中空錨桿，同時(shí)將相關(guān)結(jié)果應(yīng)用到中空錨桿的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，為準(zhǔn)確測(cè)試中空錨桿的長度提供參考。

1測(cè)試基本原理

錨桿長度的無損檢測(cè)方法的基本理論依據(jù)為一維桿件的彈性應(yīng)力波反射理論。在錨桿頂部激發(fā)彈性應(yīng)力波，當(dāng)彈性應(yīng)力波傳播到錨桿底部時(shí)由于錨桿和錨桿底部的巖體存在波阻抗差異，將產(chǎn)生反射波回到錨桿頂部。從而根據(jù)反射波的走時(shí)和錨桿中的應(yīng)力波傳播速度就可以采用時(shí)域或頻域分析方法確定錨桿長度[8-10]。

(1)

式中：Cm為同類錨桿的波速平均值，Δte為桿底反射波走時(shí)時(shí)間。

由錨桿檢測(cè)基本原理，錨桿長度測(cè)試的關(guān)鍵在于錨桿(桿系)波速確定和時(shí)域確定。波速與錨桿材質(zhì)及其所處環(huán)境狀態(tài)相關(guān)，可以通過模擬實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)定得到，而時(shí)域的影響因素則更為復(fù)雜，本文將通過檢測(cè)實(shí)例對(duì)影響時(shí)域選取的因素進(jìn)行分析研究[11-14]。

2模擬試驗(yàn)

2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為了試驗(yàn)基于沖擊彈性波的聲波反射法測(cè)試隧道中空錨桿的可靠性，在試驗(yàn)室通過外套PVC管并灌入砂漿的方式模擬長度為0.5 m、1.0 m、2.0 m、2.5 m、3.5 m外徑為25 mm的中空錨桿。并將端面打磨平整。場(chǎng)景參考圖1。

圖1中空錨桿模擬試驗(yàn)

2.2試驗(yàn)結(jié)果分析

為了準(zhǔn)確分析錨桿長度，通過獲知其中一根錨桿確切長度，確定波速。經(jīng)過分析，波速為4.0 km/s。因此利用該波速對(duì)其余中空錨桿進(jìn)行分析，中空錨桿長度見表1。對(duì)應(yīng)分析結(jié)果圖如圖2～圖6所示。

表1結(jié)果一覽表

圖2中空錨桿分析結(jié)果(0.5 m)

圖3中空錨桿分析結(jié)果(1.0 m)

圖4中空錨桿分析結(jié)果(2.0 m)

圖5中空錨桿分析結(jié)果(2.5 m)

圖6中空錨桿分析結(jié)果(3.5 m)

經(jīng)過模擬試驗(yàn)，測(cè)試波形的底部反射信號(hào)明顯，結(jié)合已知長度中空錨桿的標(biāo)定波速，再對(duì)其余中空錨桿進(jìn)行分析，測(cè)試結(jié)果偏差在±5%范圍內(nèi)，偏差較小，達(dá)到工程應(yīng)用目的，同時(shí)為了進(jìn)一步驗(yàn)證測(cè)試效果，在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)中空錨桿進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

3現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

3.1工程概述

工程位于浙江溫嶺某隧道工程，該隧道支護(hù)采用中空錨桿支護(hù)。設(shè)計(jì)長度為3.5 m。

現(xiàn)場(chǎng)隨機(jī)對(duì)5根錨桿采用聲波反射法進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試前，需將錨桿斷面打磨平整，為了采集到較好的反射信號(hào)，激振和受信環(huán)狀距離不大于圓周的1/4。

3.2測(cè)試結(jié)果

對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)分析時(shí)，分析波速采用灌漿密實(shí)情況下的波速(即4.0 km/s)。分析結(jié)果見表2，對(duì)應(yīng)分析波速如圖7～圖11所示。

表2實(shí)測(cè)分析結(jié)果

圖71#中空錨桿分析結(jié)果

圖82#中空錨桿分析結(jié)果

圖93#中空錨桿分析結(jié)果

圖104#中空錨桿分析結(jié)果

圖115#中空錨桿分析結(jié)果

3.3試驗(yàn)結(jié)果分析

在現(xiàn)場(chǎng)利用聲波反射法對(duì)中空錨桿長度進(jìn)行測(cè)試，出現(xiàn)了測(cè)試結(jié)果與設(shè)計(jì)長度相差較大，表明在隧道工程的支護(hù)工程中，中空錨桿的施工質(zhì)量較差。另一方面，聲波波速對(duì)中空錨桿長度測(cè)試有直接關(guān)系，一般情況下，灌漿指數(shù)越高，聲波信號(hào)逸散到漿料中信號(hào)多，聲波波速較慢，當(dāng)灌漿指數(shù)越低時(shí)，大部分聲波信號(hào)沿著中空錨桿傳播，聲波波速較快[15-17]。因此，為了準(zhǔn)確測(cè)試中空錨桿的長度，需要對(duì)不同灌漿指數(shù)的中空錨桿波速進(jìn)行分析研究，建立灌漿指數(shù)和聲波波速之間的關(guān)系。

4結(jié)束語

在隧道支護(hù)工程中，由于中空錨桿的固有優(yōu)勢(shì)，使用越來越廣泛，但施工質(zhì)量有待提高，因此，急需有效的檢測(cè)手段對(duì)其施工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督。

聲波反射法作為一種既有無損檢測(cè)手段應(yīng)用在中空錨桿的檢測(cè)中，需要在激振方式、信號(hào)分析等方面進(jìn)行研究。本文結(jié)合中空錨桿本身特點(diǎn)，對(duì)不同長度中空錨桿進(jìn)行模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際吻合度高，達(dá)到了工程的精度要求。同時(shí)，為了驗(yàn)證測(cè)試方法是否適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)需要，利用模擬試驗(yàn)的結(jié)果(密實(shí)情況下的波速)對(duì)工程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，在一定程度上反映了工程的實(shí)際情況。但由于支護(hù)工程錨桿的灌漿密實(shí)度的未知性，實(shí)際的中空錨桿長度應(yīng)大于測(cè)試的結(jié)果，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，灌漿密實(shí)和未灌漿的桿體波速位于4.0 km/s～5.0 km/s，因此，為了更準(zhǔn)確的測(cè)試中空錨桿的長度，需要進(jìn)行灌漿密實(shí)情況與聲波波速關(guān)系的深入研究。

通過模擬和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，利用聲波反射法對(duì)中空錨桿進(jìn)行測(cè)試，可以為隱蔽工程的中空錨桿質(zhì)量監(jiān)理控制工作快速提供第一手質(zhì)量檢測(cè)資料，輔助監(jiān)理工作的順利進(jìn)行，也為施工單位尋找工程質(zhì)量問題的原因和采取改進(jìn)措施提供依據(jù)。

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Research and Application on the NDT Method of Hollow Anchor Rod

LIGuobin

(Liaoning Jianzhu Vocational University, Liaoyang 111000, China)

Compared with mortar anchor rod, hollow anchor rod has good anchorage performance. But in the absence of sufficient length, the tensile strength of hollow anchor rod is less than it of mortar anchor rod. So an accurate length test of the hollow anchor rod can avoid potential pitfalls. Currently, the means for effective detecting the length of the hollow bolt are very little. Based on the existing mortar anchor rod test method (acoustic reflection method), through simulation experiment, the hollow anchor rod experiment for different lengths are studied. Based on the research results, the method is used in practical engineering applications. Through the practical application, this method can effectively test hollow anchor rod length, and reflect the anchorage quality of the hollow anchor rod to a certain extent.

acoustic reflection method; hollow anchor rod; the impact of elastic waves

2016-3-28

遼寧省教育廳項(xiàng)目(L2015245)

李國斌(1971-)，男，遼寧海城人，副教授，碩士，主要從事建筑節(jié)能技術(shù)方面的研究，(E-mail)lgb71@163.com

1673-1549(2016)04-0055-04

10.11863/j.suse.2016.04.12

TU132

A