某水利邊坡工程中錨桿無損檢測的應(yīng)用分析

王斌

（武漢市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430023）

1 錨桿無損檢測的方法及原理

1.1 檢測方法

對錨桿的無損檢測是基于鋼筋本身屬于相對均勻的介質(zhì)并且波在鋼筋中傳播速度相對穩(wěn)定來進行檢測。將發(fā)射裝置和接收轉(zhuǎn)換器放置在錨桿的裸露端上可以有效的檢測。應(yīng)力波反射方法主要通過向錨頭的頂面施加軸向瞬時沖擊力或施加一沖量脈沖來進行激發(fā)，從而確保聲波可以在被檢測的介質(zhì)中傳播，并通過接收轉(zhuǎn)能裝置有效地接收反射的加速度信號。當(dāng)聲波通過介質(zhì)傳播后，它將攜帶有關(guān)介質(zhì)材料的特性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和組成的信息，準(zhǔn)確地確定相關(guān)聲學(xué)參數(shù)的大小和變化。從而對錨桿質(zhì)量進行判斷。這種檢測方法獲取的信號相對穩(wěn)定，能夠相對簡單地獲取檢測信號，提高檢測精度和準(zhǔn)確性，是目前主要使用的判斷錨桿錨固質(zhì)量的方法[1]。

1.2 彈性波傳播機理與桿系波速

當(dāng)彈性波在錨桿中傳播時，其能量傳播分為兩部分，一部分沿錨桿傳播，其頻率較高，但衰減較快；另一部分沿錨固體傳播，其頻率較低，能量衰減較慢，最后經(jīng)桿底或缺陷反射的混合波到接收器，其速度高于錨固介質(zhì)，低于錨桿桿體。根據(jù)彈性波在粘滯彈性介質(zhì)中傳播的理論，傳播速度不僅取決于材料的力學(xué)性質(zhì)，還與彈性波的頻率有關(guān)。所以，錨桿的桿體波速與桿系波速是不同的，一般桿體波速高于桿系波速，波速差異的因素與聲波波長、錨桿直徑、膠粘物厚度和波速及聲波尺度效應(yīng)等有關(guān)。因此計算錨桿長度時采用的波速平均值應(yīng)考慮灌漿密實度的因素。由于多方面因素，目前無法準(zhǔn)確地確定與密實度的關(guān)系，但在實際檢測中應(yīng)考慮桿長檢測精度與密實度兩者之間的關(guān)系[2]。

2 原理及質(zhì)量判斷依據(jù)

全長錨固類錨桿的錨固質(zhì)量的無損檢測原理是一維桿件原理。無損檢測技術(shù)從錨桿頂部發(fā)出應(yīng)力波，應(yīng)力波通過錨桿桿體向四周傳播。當(dāng)應(yīng)力波遇到砂漿和圍巖時，就會發(fā)生反射和透射。對于錨桿、砂漿和圍巖之間的均勻密實時，應(yīng)力波的變化細(xì)微。如果三者之間不均勻密實，則會發(fā)生孔洞。錨桿錨固的缺陷主要取決于波形突變點的位置和信號強弱。通過測量錨固的質(zhì)量，可以估算和分級灌漿密度。錨桿根據(jù)注漿的密度劃分為4種類型。

（1）Ⅰ類錨桿。圖形表現(xiàn)為應(yīng)力波形規(guī)則且底部沒有缺陷反射信號，桿底底部有微弱的反射波信號。

（2）Ⅱ類錨桿。圖形表現(xiàn)為應(yīng)力波形較為規(guī)則并且底部有微弱的缺陷反射信號，桿底底部有微弱的反射波信號。

（3）Ⅲ類錨桿。圖形表現(xiàn)為應(yīng)力波不太規(guī)則并且底部缺陷反射信號明顯，桿底底部有微弱的反射信號或者缺陷多次的發(fā)射信號。

（4）Ⅳ類錨桿。圖形表現(xiàn)為波形在長時間呈慢速衰減的形態(tài)，在桿底底部缺陷發(fā)射信號明顯，很難判斷桿的反射信號。

3 應(yīng)用

在對某?。ǘ┬退畮爝吰挛恢玫腻^桿工程進行抽查檢測，采用R S M-R B T錨桿（索）無損檢測儀；采用應(yīng)力波反射方法，一共抽查了285根錨桿，其中不合格的錨桿有12根。在檢測的結(jié)果中有3類典型的波形（見圖1～圖3）。

圖1 邊坡段5號錨桿檢測的波形圖

圖2 邊坡段141號錨桿檢測的波形圖

圖3 邊坡段231號錨桿檢測波形圖

從圖1中可以看出，這種類型的波形符合Ⅰ類錨桿，應(yīng)力波形規(guī)則并且底部沒有缺陷反射信號，在桿底底部有微弱的反射波信號。由此可以判斷出錨桿質(zhì)量分類為優(yōu)。

從圖2中可以看出，這種類型的錨桿符合Ⅱ類錨桿應(yīng)力波形較為規(guī)則并且底部有微弱的缺陷反射信號，在桿底底部有微弱的反射波信號。由此可以判斷出錨桿質(zhì)量分類為良。

從圖3可以看出，這種類型的波形符合Ⅳ類錨桿，波形在長時間呈慢速衰減的形態(tài)，在桿底底部缺陷發(fā)射信號明顯，很難判斷桿的反射信號。由此可以判斷出錨桿的質(zhì)量分類為不合格。

4 問題及討論

現(xiàn)有的技術(shù)無法準(zhǔn)確測量桿體的長度，一方面是錨桿的底部與巖體接觸處會有較好的結(jié)合，造成這里基本沒有應(yīng)力波反射信號，又或是錨桿底部可能存在缺陷，底部缺陷處應(yīng)力波的反射信號可能會干擾正常的底部反射信號，從而對檢測結(jié)果造成極大的影響；另一方面是由于實際檢測中會遇到各種因素，造成現(xiàn)場檢測的錨桿桿體的縱波速度出現(xiàn)波動，難以準(zhǔn)確地檢測出縱波速度。根據(jù)相關(guān)資料與經(jīng)驗，砂漿錨桿體的縱波速度一般在4 000～5 000m/s，縱波速度的不確定性也會對錨桿長度的檢測帶來影響。源于應(yīng)力波傳播的復(fù)雜性，缺陷部位的判斷也是錨桿檢測中的難題。主要是因為與不可測量的注漿飽滿度相比，錨桿的長度相對更容易控制；其次，注漿的飽滿度對于判斷錨固質(zhì)量更為重要。檢測人員的經(jīng)驗豐富與否極大影響著錨桿的檢測分類。錨桿錨固質(zhì)量無損檢測的目的是檢測錨桿錨固質(zhì)量合格比率從而對錨固工程做出評價。因此，在錨桿檢測中，最重要的是通過波形判斷錨桿錨固情況是否合格。

5 結(jié)語

在錨桿的質(zhì)量檢測中，應(yīng)力波反射法相比傳統(tǒng)的方法具有如下特點：快速、經(jīng)濟和非破壞性等，適合大面積的普查，在水利工程中得到了較好的應(yīng)用。