邊坡預應力錨索索力檢測方法的比較分析

何治輝福建省建筑科學研究院（350000）

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邊坡預應力錨索索力檢測方法的比較分析

何治輝
福建省建筑科學研究院（350000）

摘要：邊坡預應力錨索索力直接影響結構的安全性能，索力的完好是確保錨索有效的關鍵。這里對邊坡預應力錨索索力檢測的6種方法進行對比分析，主要有錨桿拉拔力檢測法、光纖智能錨索法、壓力傳感法、錨索鋼筋計檢測法、彈性波測量法和磁通量傳感器檢測法，主要比較分析的內容包括其測量原理、應用中的優缺點。

關鍵詞：預應力錨索索力；檢測方法；對比分析

在新建邊坡錨索過程中，必須認真研究錨索索力檢測系統，才能為錨索防護的結構安全提供保障。索力檢測的主要目的在于對設計假定進行驗證，同時監控施工質量和服役安全情況，對已經使用的邊坡錨索，要采用相對合適的索力檢測方法，保障邊坡結構的安全性、適用性、耐久性。當前，較為普遍的錨索索力檢測方法包括：彈性波測量法、錨索軸向拉拔力檢測法、磁通量傳感器檢測法、壓力傳感法、光纖智能錨索法、錨索鋼筋計檢測法，本文將對此六種檢測法進行比較分析。

1　錨索軸向拉拔力檢測法

《建筑邊坡工程技術規范》是錨索軸向拉拔力檢測法的重要參考依據。此檢測法主要是對錨索的安裝質量進行檢測，對錨索的錨固能力進行評判，一般通過臥式油泵加壓與穿心式千斤頂聯合運用，然后憑借精密的壓力表壓力或壓強轉變成可視刻度，進而換算錨索索力值。這個檢測法相對簡單，使用起來比較方便，一般常用于對施工過程的控制以及調節錨索張拉。

這種檢測法的缺點在于，壓力表自身的指針偏轉較快，容易產生偏位，尤其是在高壓環境下，指針振動過于激烈，讀數受人為主觀因素影響較大，千斤頂的標定也同時存在一定誤差。在部分錨固狀態下，最大拉拔力和錨固力受到巖體-黏結劑、錨索-黏結劑的剛度影響較大。所以，這種方法并不適用于對運營期的錨索索力動態測量。

2　壓力傳感法

通過壓力傳感器測量錨索索力，首先要把圓環形彈性材料與應變傳感材料構成穿式壓力傳感器，并把它設置在錨索的錨具與索孔墊板中間。在張力的影響下，錨具和索孔墊板之間產生壓力，并作用于彈性材料，進而產生形變。借助應變傳感材料把彈性材料的形變轉變為能夠測量的電信號和光信號，然后使用儀表進行二次處理，最終測量出索力。基于彈性材料能夠和各種敏感元件進行組合，壓力傳感器的性能受敏感元件直接影響。

壓力傳感法缺點在于，零點漂移將對測量精度影響較大。促使零點產生漂移的主要原因在于彈性體的應力沒有完全釋放、材料變形，同時受外界磁場、結構振動的頻率、環境溫度等各種因素影響較大。此外，傳感器和受力結構串接組成，傳感器一旦受損，幾乎不可能進行修復或更換，況且大噸位的傳感器，其制造、標定較難，成本非常高。所以，壓力傳感法多用于實驗室和施工監控階段，較少運用于長效錨索索力檢測。

3　彈性波測量法

頻率法索力監測法延伸出了彈性測量法。基于埋入式錨索和空懸錨索的邊界條件不同，埋入式錨索不可能對外部錨索的作用而產生振動，只有激勵錨頭和露出的錨索。所以，把錨頭和墊板、墊板和其后的混凝土所接觸的面模型化為彈簧支撐架構。試驗發現，錨頭激振的情況下，對埋入式錨索所形成的振動體系將隨著錨固力的變化而變化，而不是一成不變。參與自由振動的質量與錨固力的大小成正比。其原理為：通過激振錘對錨頭進行敲擊，同時憑借粘貼在錨頭上的傳感器采集錨頭的振動響應，并對錨索的現有張力進行快速而簡單地測試，如圖1所示。

圖1　錨索現有張力測試

彈簧架構的剛性K和張力（也就是有效預應力）關系為正比。此時，通過錨頭激振誘發的架構基礎，其自振頻率f將表示為：

公式中，假設M為常量，則根據測試的基頻f，就能夠比較容易測出張拉力。

這種方法的缺點在于，測試精度受激振的實際影響較大。雖然安裝較為簡單且實用，但受太多干擾因素的影響，測量精度較低，所以在實際的工程中運用得相對少。

4　光纖智能錨索檢測法

采用FRP-OFBG筋將普通鋼絞線的中心進行替換，從而獲取光纖光柵智能鋼絞線。替換出來的鋼絞線和其他普通鋼絞線混合使用，形成智能鋼絞線錨索，通過等變形的原理檢測。為確保FRPOFBG筋和鋼圈的黏結能力，確保同步變形，可以在智能筋的表層噴涂環氧樹脂或其他黏結劑。

這種方法缺點在于，光纖光柵傳感器元件本身沒那么堅固，封裝時很容易受損，所以，在實際運用中較少采用光纖智能錨索檢測法。

5　振弦鋼筋計檢測法

振弦式鋼筋計一般設置在錨索上，當鋼筋受到作用力時，則發生變形，促使鋼筋上儀器內的鋼弦產生變形，從而產生應力變化，最終鋼弦的振動頻率發生變化。通過電磁線圈激勵鋼弦，然后對其振動頻率進行測量，頻率信號借助電纜傳輸到頻率讀數設備或數據采集系統，進行換算后獲得鋼筋的應力變化量。與此同時，鋼筋計里的熱敏電阻將對埋設點的溫度值進行同步測量。

由于振弦式感應部件、熱敏電阻、連接桿、鋼套、電纜和密封組件等構成鋼筋計，振弦式應變計是鋼筋計的感應部件［1］。所以這種方法對焊接工藝具有非常高的要求，焊接質量將對測量精度有著直接影響。假如焊接溫度過高，將對儀器造成損壞。

6　磁通量傳感器測量法

磁通量傳感器的制作原理是，外力作用于鐵磁材料，致使其內部出現機械應力或應變，然后測定磁導率的變化，進而反映出應力變化情況。在一定溫度下，鐵磁材料內磁導率和應力的變化為直線關系，通過鐵磁材料的磁導率應力關系曲線，能夠對鐵磁材料的內力進行直接測量，這就是磁通量傳感器的測量原理。磁通量傳感器由激勵和測量兩層線圈構成。當脈沖電流通入激磁線圈，將鐵磁材料進行磁化，在鋼芯試件縱向將產生脈沖磁場。通過相互感應，感應電壓就會出現在測量線圈中，感應電壓和所施加的磁通量成正比。對于同一種鐵磁材料，通過實驗室對多組應力和溫度環境下進行實驗，建起磁導率變化、結構應力以及溫度的關系，便可對該種材料制作而成的構件內力進行測定。

這種方法幾乎沒有任何過于明顯的缺點，且結實耐用是磁通量傳感器測量法的最大亮點。而且，其制造器材不容易損壞，為非接觸測量方法，里面設置有溫度傳感器，能夠隨時補償溫度，從而確保測量的精準度，對預應力錨索的長期檢測非常有效。

7　結語

在對錨索索力的6種檢測方法進行比較分析后發現，錨索軸向拉拔力檢測法較為簡便，且直觀，不過必須有足夠的空間和平臺，測量精度不太高。壓力傳感法在較短的時間內測量得出的精度較有保障，而長時間內并不大適用，因為受到彈性體材料的形變和敏感元件零點漂移的影響較大，測量的精度難以得到保障。彈性波檢測法是一種相對簡便的檢測方法，但容易受到太多因素的干擾，對測量精度的影響較大，精度也難以保障，導致在實際工程測量中運用較少。光纖智能錨索檢測法耐腐蝕，傳感精度高，抗干擾能力較強，但是溫度補償方法局限性較大，直接影響了光纖智能錨索檢測法實際工程中的應用范圍。錨索鋼筋計檢測法安裝較為復雜，容易造成錨索本身結構的損壞，隨著時間的變遷，測量精度也容易受材料形變的影響，進而逐步減低。磁通量傳感器測量法精度高，耐久性好，壽命長，不容易受損，是沒有進行直接接觸的測量方法，可以對邊坡錨索的安全壽命周期進行長期有效的監測，其應用前景非常可觀。

參考文獻：

［1］張永安，李峰.邊坡錨索預應力長期監測成果分析［J］.工程勘察，2010，（03）：11- 14.