摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，錨桿錨固技術(shù)已在世界范圍內(nèi)的大中小型工程建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)錨桿錨固質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)也在日益發(fā)展。本人就目前的錨桿檢測(cè)技術(shù)做了一些系統(tǒng)的總結(jié)，并重點(diǎn)介紹了應(yīng)力反射波法在錨桿無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用。并結(jié)合工程實(shí)例證明應(yīng)力反射波法是一種快速有效的無(wú)損檢測(cè)方法。
目前，錨桿錨固技術(shù)在礦井巷道支護(hù)、隧道支護(hù)以及深基坑支護(hù)工程中得到了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)也普遍用于鐵路、交通和水利水電建設(shè)等工程。錨桿加固技術(shù)不僅可以合理地調(diào)動(dòng)巖體的自身強(qiáng)度和自承能力，改善巖體的應(yīng)力狀態(tài)，從而提高巖土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，而且具有施工簡(jiǎn)便、成本低廉、安全迅速等優(yōu)點(diǎn)，因此錨桿加固技術(shù)十分迅速地得到大范圍地推廣應(yīng)用[1]。因此錨桿錨固質(zhì)量及錨固性能的檢測(cè)與評(píng)價(jià)工作至關(guān)重要。目前錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)常用的方法為“拉拔”試驗(yàn)，此方法雖然具有直觀可靠之優(yōu)點(diǎn)，但卻屬于有損檢測(cè)，經(jīng)過(guò)拉撥的錨桿容易產(chǎn)生較大變形而失去預(yù)定錨固力。綜上可知對(duì)錨桿錨固質(zhì)量快速無(wú)損檢測(cè)顯得格外重要。
1、國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀
1978年瑞典的H.F.Thurner提出了用超聲波檢測(cè)砂漿錨桿錨固質(zhì)量的方法，并制造了Boltmeter檢測(cè)儀。但是由于超聲波衰減嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)不適用。
1996年王鶴齡教授等人研制并推出了MT-1型錨桿檢測(cè)儀，提出了用能量衰減系數(shù)以及振幅值比來(lái)評(píng)價(jià)錨桿錨固質(zhì)量。
20世紀(jì)80年代末，中國(guó)鐵道科學(xué)研究院研制出聲波反射檢測(cè)儀，即M-7錨桿檢測(cè)儀[2]，實(shí)用機(jī)械撞擊方式激振，增大了有效檢測(cè)長(zhǎng)度。
2002年重慶大學(xué)的許明博士把聲波測(cè)試技術(shù)應(yīng)用于錨固工程無(wú)損檢測(cè)中，采用小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法確定錨固質(zhì)量以及極限錨固強(qiáng)度。
此外還有一些人在利用電磁波法檢測(cè)錨桿錨固的質(zhì)量問(wèn)題方面做了一些理論研究工作[3]，但尚未付諸實(shí)踐。
2、應(yīng)力波反射法檢測(cè)錨桿錨固質(zhì)量的基本原理
應(yīng)力反射波法是基于一維桿件的波動(dòng)理論。當(dāng)錨桿端頭受到瞬時(shí)激震作用后，引起錨桿頭質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，振動(dòng)以彈性波的形式沿桿體向底端傳播[4]。當(dāng)錨桿、砂漿和圍巖三者之間接觸緊密時(shí)，由于波阻抗變化不大，大部分能量會(huì)透射到圍巖中去，只有一小部分能量反射回來(lái)。此時(shí)傳感器所接收到的反射波信號(hào)的特征是波形較簡(jiǎn)單、能量相對(duì)較弱；當(dāng)錨桿、砂漿和圍巖三者之間接觸不緊密時(shí)，反射波會(huì)集中在錨桿中傳播而很難輻射到錨桿外的介質(zhì)中去，這時(shí)波在錨桿中的傳播現(xiàn)象比灌漿密實(shí)的情況要復(fù)雜的多。此時(shí)傳感器所接收到的反射波信號(hào)的特征是波形較復(fù)雜、能量相對(duì)較強(qiáng)。實(shí)際工程檢測(cè)中就是依據(jù)這些特征來(lái)判斷錨桿錨固質(zhì)量的。
3、錨桿錨固質(zhì)量?jī)?yōu)劣的參數(shù)
3.1有效錨固長(zhǎng)度
應(yīng)力波到達(dá)錨固段的上、下界面發(fā)生的反射，分別稱之為固端反射與底端反射。如果在波動(dòng)曲線上分別找出固端反射信號(hào)與底端反射信號(hào)，就能讀出固端反射時(shí)間與底端反射時(shí)間，并預(yù)先測(cè)出自由段內(nèi)的應(yīng)力波速和錨固段內(nèi)的固結(jié)波速，那么就可以分別計(jì)算錨桿的自由段長(zhǎng)度和錨固段長(zhǎng)度分別為和，則錨桿長(zhǎng)度。
3.2灌漿飽滿度
如果錨桿錨固系統(tǒng)中存在注漿不密實(shí)段，那么復(fù)合桿件的截面積和波阻抗將會(huì)發(fā)生變化，在波阻抗差異界面處將產(chǎn)生應(yīng)力波反射，桿中應(yīng)力波反射的能量強(qiáng)度與注漿密實(shí)度有關(guān)；一般是密實(shí)度越差，反射波的能量越強(qiáng)，衰減越慢；而密實(shí)度越好，反射波的能量越弱，衰減越快。因此可以根據(jù)波形判斷錨桿的錨固質(zhì)量。判斷方法 ：
根據(jù)以上分析，可以推斷錨桿端頭的應(yīng)力波反射能量與錨桿注漿密實(shí)度之間存在某種聯(lián)系。當(dāng)錨桿端頭被激震后，錨桿端頭的應(yīng)力波動(dòng)能為：
?。?-1）
其中反射波能量為：
?。?-2）
式中：為波動(dòng)周期；
為單位質(zhì)量；
為錨桿端頭質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度；
為振動(dòng)時(shí)間；
為桿端入射波能量。
把反射波能量與入射波能量的比值作為錨桿的應(yīng)力波能量反射率：
根據(jù)計(jì)算所得錨桿底端反射波能量與頂端的入射波能量比值，并結(jié)合錨桿類型、圍巖類型、實(shí)測(cè)錨桿長(zhǎng)度等綜合指標(biāo)，確定砂漿飽滿度及錨固質(zhì)量等級(jí)。
4、工程實(shí)例分析
以下為本人在杭瑞高速畢節(jié)-都格段內(nèi)的某公路邊坡檢測(cè)數(shù)據(jù)。錨桿的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為3m和4.5m，為全長(zhǎng)砂漿錨桿。檢測(cè)儀器采用武漢長(zhǎng)盛公司的JL-MG（B）錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀。錨桿外露端頭被激震后，彈性波沿著錨桿傳播并向錨桿周圍輻射能量，檢波器檢測(cè)到反射波，并由檢測(cè)儀對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析與存儲(chǔ)。通過(guò)分析處理軟件對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理，可以確定錨桿長(zhǎng)度以及灌漿的整體質(zhì)量。
波形規(guī)則，只有較微弱的底端反射，中間沒(méi)有異常缺陷反射，說(shuō)明該錨桿錨固質(zhì)量很好，由幅值比可以判定出錨固密實(shí)度為90%，且長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，故總體評(píng)價(jià)定為優(yōu)。圖4-2所示波形較規(guī)則，有底部反射波并并且局部有較弱的反射波，由幅值比定出錨固密實(shí)度為85%，長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，總體評(píng)價(jià)定為良。圖4-3所示波形欠規(guī)則，底部有反射波且局部歐較強(qiáng)的反射波，由幅值比定出錨固密實(shí)度為75%，長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，總體評(píng)價(jià)定為合格。圖4-4所示波形不規(guī)則，且底部有較強(qiáng)的反射波，錨桿長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但錨固密實(shí)度僅為50%，存在嚴(yán)重空漿，故定為不合格。
5、反射波信號(hào)的分析方法
5.1反射波信號(hào)的時(shí)域分析
現(xiàn)將錨桿分成若干段，每一段中分別用，，表示其密度、縱波速度、橫截面積，令，表示廣義波阻抗[5，6]。錨桿材質(zhì)或橫截面積發(fā)生變化出為波阻抗界面，將波阻抗的比值表示為，式中為波阻抗比。
?。?）
即兩種介質(zhì)波阻抗相同，可近似認(rèn)為波在一種介質(zhì)材料中傳播，因此，若桿底巖石與桿身阻抗接近時(shí)，將無(wú)法得到桿底反射信號(hào)，也就是說(shuō)，應(yīng)力波沿錨桿軸向傳播，到達(dá)錨桿底前無(wú)反射。桿底支承介質(zhì)與桿身阻抗近似，桿身完整、均勻、無(wú)缺陷都屬于這種類型。
?。?）
沿桿體軸向廣義波阻抗減小，這時(shí)反射波相位與入射波相位相反，而傳感器記錄的該界面反射波與入射波同相。在桿頂檢測(cè)出的反射波速度、應(yīng)力均與入射波信號(hào)極性一致。錨桿底端支承介質(zhì)較桿身材料軟以及桿身斷裂、縮頸、裂紋等缺陷都屬于這種類型。
?。?）
沿桿體軸向廣義波阻抗增大，這時(shí)反射波相位與入射波相位相同，傳感器記錄的該界面反射波與入射波反相。在桿頂檢測(cè)出的反射波速度、應(yīng)力均與入射波信號(hào)極性相反。錨桿底端支承介質(zhì)較桿身材料硬以及桿身擴(kuò)徑都屬于這種類型。
5.2頻域分析
反射信號(hào)的頻域分析方法主要有小波變換、傅立葉變換、希爾伯特變換等。通過(guò)時(shí)域和頻率域之間的變換，可得到瞬時(shí)頻率、瞬時(shí)相位、振幅譜等。這些參數(shù)對(duì)反射信號(hào)的分析極其重要。
6、結(jié)語(yǔ)
應(yīng)力反射波法檢測(cè)錨桿的錨固質(zhì)量是一種非常有效實(shí)用的無(wú)損檢測(cè)方法，它具有易操作、精度高等特點(diǎn)，比拉拔實(shí)驗(yàn)確定錨固力的方法更可靠、更先進(jìn)。但是應(yīng)力波反射法也存在一定的局限性，即砂漿飽滿度的檢測(cè)目前還離不開(kāi)工作人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。另外檢測(cè)方法及理論還不是十分成熟，錨桿與周圍介質(zhì)的耦合情況，是一個(gè)柱狀多層體系下的彈性動(dòng)力學(xué)問(wèn)題，將其簡(jiǎn)單地視為一維問(wèn)題來(lái)處理必定存在一定偏差，這些都還有待進(jìn)一步的深入研究。
成功提示
錯(cuò)誤提示
警告提示
評(píng)論 （0）