某水利邊坡工程中錨桿無損檢測(cè)的應(yīng)用分析

王斌

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

1 錨桿無損檢測(cè)的方法及原理

1.1 檢測(cè)方法

對(duì)錨桿的無損檢測(cè)是基于鋼筋本身屬于相對(duì)均勻的介質(zhì)并且波在鋼筋中傳播速度相對(duì)穩(wěn)定來進(jìn)行檢測(cè)。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(cè)。應(yīng)力波反射方法主要通過向錨頭的頂面施加軸向瞬時(shí)沖擊力或施加一沖量脈沖來進(jìn)行激發(fā)，從而確保聲波可以在被檢測(cè)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(hào)。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(duì)錨桿質(zhì)量進(jìn)行判斷。這種檢測(cè)方法獲取的信號(hào)相對(duì)穩(wěn)定，能夠相對(duì)簡(jiǎn)單地獲取檢測(cè)信號(hào)，提高檢測(cè)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(jī)理與桿系波速

當(dāng)彈性波在錨桿中傳播時(shí)，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(zhǎng)、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(jì)算錨桿長(zhǎng)度時(shí)采用的波速平均值應(yīng)考慮灌漿密實(shí)度的因素。由于多方面因素，目前無法準(zhǔn)確地確定與密實(shí)度的關(guān)系，但在實(shí)際檢測(cè)中應(yīng)考慮桿長(zhǎng)檢測(cè)精度與密實(shí)度兩者之間的關(guān)系[2]。

2 原理及質(zhì)量判斷依據(jù)

全長(zhǎng)錨固類錨桿的錨固質(zhì)量的無損檢測(cè)原理是一維桿件原理。無損檢測(cè)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(shí)，就會(huì)發(fā)生反射和透射。對(duì)于錨桿、砂漿和圍巖之間的均勻密實(shí)時(shí)，應(yīng)力波的變化細(xì)微。如果三者之間不均勻密實(shí)，則會(huì)發(fā)生孔洞。錨桿錨固的缺陷主要取決于波形突變點(diǎn)的位置和信號(hào)強(qiáng)弱。通過測(cè)量錨固的質(zhì)量，可以估算和分級(jí)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(hào)，桿底底部有微弱的反射波信號(hào)。

（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(hào)，桿底底部有微弱的反射波信號(hào)。

（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(hào)明顯，桿底底部有微弱的反射信號(hào)或者缺陷多次的發(fā)射信號(hào)。

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

3 應(yīng)用

在對(duì)某小（二）型水庫(kù)邊坡位置的錨桿工程進(jìn)行抽查檢測(cè)，采用R S M-R B T錨桿（索）無損檢測(cè)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(cè)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(hào)錨桿檢測(cè)的波形圖

圖2 邊坡段141號(hào)錨桿檢測(cè)的波形圖

圖3 邊坡段231號(hào)錨桿檢測(cè)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(hào)，在桿底底部有微弱的反射波信號(hào)。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(hào)，在桿底底部有微弱的反射波信號(hào)。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(zhǎng)時(shí)間呈慢速衰減的形態(tài)，在桿底底部缺陷發(fā)射信號(hào)明顯，很難判斷桿的反射信號(hào)。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(cè)量桿體的長(zhǎng)度，一方面是錨桿的底部與巖體接觸處會(huì)有較好的結(jié)合，造成這里基本沒有應(yīng)力波反射信號(hào)，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(hào)可能會(huì)干擾正常的底部反射信號(hào)，從而對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成極大的影響；另一方面是由于實(shí)際檢測(cè)中會(huì)遇到各種因素，造成現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的錨桿桿體的縱波速度出現(xiàn)波動(dòng)，難以準(zhǔn)確地檢測(cè)出縱波速度。根據(jù)相關(guān)資料與經(jīng)驗(yàn)，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(huì)對(duì)錨桿長(zhǎng)度的檢測(cè)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(cè)中的難題。主要是因?yàn)榕c不可測(cè)量的注漿飽滿度相比，錨桿的長(zhǎng)度相對(duì)更容易控制；其次，注漿的飽滿度對(duì)于判斷錨固質(zhì)量更為重要。檢測(cè)人員的經(jīng)驗(yàn)豐富與否極大影響著錨桿的檢測(cè)分類。錨桿錨固質(zhì)量無損檢測(cè)的目的是檢測(cè)錨桿錨固質(zhì)量合格比率從而對(duì)錨固工程做出評(píng)價(jià)。因此，在錨桿檢測(cè)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(cè)中，應(yīng)力波反射法相比傳統(tǒng)的方法具有如下特點(diǎn)：快速、經(jīng)濟(jì)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。