中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
錨桿支護(hù)是指在邊坡、巖土深基坑等地表工程、隧道、采場(chǎng)等地下硐室及水利水電工程中采用的一種加固支護(hù)方式。以結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便、成本低和適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，在工程中得到了廣泛應(yīng)用。
錨桿在工程中應(yīng)用范圍廣，使用量大，如邊坡加固、隧道支護(hù)、公路鐵路、水電工程等，是維持工程安全的重要保障。但由于錨桿工程隱蔽性強(qiáng)、施工工藝復(fù)雜、影響因素較多，容易出現(xiàn)錨桿長(zhǎng)度短缺、灌漿質(zhì)量不佳等問題，從而給工程質(zhì)量造成巨大的安全隱患。因此需要在施工完成后，采用有效的檢測(cè)方法對(duì)錨桿的施工質(zhì)量進(jìn)行檢查。
錨桿錨固質(zhì)量無損檢測(cè)主要是針對(duì)錨桿長(zhǎng)度和灌漿密實(shí)度進(jìn)行檢測(cè)，常用的檢測(cè)方法為聲波反射法。
聲波反射法基本原理
通過振源（超磁振源或手錘）在錨桿頂部激發(fā)一個(gè)沖擊彈性波，彈性波沿著錨桿軸線向桿底方向傳播，當(dāng)傳播到錨固缺陷或桿底位置時(shí)會(huì)發(fā)生反射形成回波信號(hào)被安裝在錨桿頂部的傳感器所接收。同時(shí)在傳播過程中沖擊彈性波的能量會(huì)向錨桿周圍介質(zhì)中輻射和衰減。反射回波的能量強(qiáng)度和到達(dá)時(shí)間取決于錨桿長(zhǎng)度及灌漿質(zhì)量，通過對(duì)安裝在錨桿頂部的傳感器采集的信號(hào)進(jìn)行分析和處理，可以對(duì)錨桿長(zhǎng)度、錨固缺陷位置和灌漿密實(shí)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。
規(guī)范的相關(guān)要求
錨桿錨固質(zhì)量無損檢測(cè)現(xiàn)行規(guī)范主要有以下兩本：
《錨桿錨固質(zhì)量無損檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 182-2009）
《水電水利工程錨桿無損檢測(cè)規(guī)程》（DL/T 5424-2009）
1、檢測(cè)系統(tǒng)要求
儀器功能：主要是對(duì)儀器基本功能的要求，兩個(gè)規(guī)范相同。
儀器指標(biāo)：A/D精度、濾波功能和帶寬要求，兩個(gè)規(guī)范相同，對(duì)于采樣精度兩個(gè)規(guī)范要求不同。DL/T 5424-2009要求更高，具體如下：
JGJ/T 182-2009要求采樣間隔小于25μs。DL/T 5424-2009則要求采樣頻率不低于500KHz，即采樣間隔小于或等于2μs，明顯DL/T 5424-2009的要求更高。
假設(shè)桿系波速為4000m/s時(shí)，在采用25us采樣間隔進(jìn)行采樣時(shí)，信號(hào)每個(gè)采樣間隔時(shí)間傳播的距離為10cm左右，對(duì)于錨桿檢測(cè)來說，這樣的測(cè)試參數(shù)帶來的長(zhǎng)度誤差顯然偏大，將會(huì)影響測(cè)試結(jié)果的精度。理論上來說，采樣間隔越小，采集信號(hào)越能反應(yīng)被測(cè)點(diǎn)處的質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)過程。一般來說，采樣時(shí)采樣頻率至少要達(dá)到待測(cè)信號(hào)最大有效頻率的10倍以上，而錨桿一般優(yōu)勢(shì)頻率在10Hz-10KHz，對(duì)應(yīng)采樣頻率至少要達(dá)到100KHz，即采樣間隔不超過10μs。實(shí)際測(cè)試過程中，如果遇見較長(zhǎng)的錨桿可以通過增加采樣長(zhǎng)度或加大采樣間隔進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
在采用較小的采樣間隔進(jìn)行測(cè)試時(shí)，其信號(hào)采集的精度和分析計(jì)算的分辨率會(huì)更高。但是遇到較長(zhǎng)的錨桿時(shí)，可能需要較長(zhǎng)的采樣長(zhǎng)度才能采集到預(yù)期的時(shí)域范圍內(nèi)的信號(hào)。實(shí)際測(cè)試時(shí)，如果遇見設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較短的錨桿，建議采用較小的采樣間隔進(jìn)行測(cè)試，如果遇見設(shè)計(jì)長(zhǎng)度較長(zhǎng)的錨桿，可以適當(dāng)增加采樣間隔。
激振設(shè)備：兩個(gè)規(guī)范均建議宜使用超磁振源。實(shí)際測(cè)試中，超磁振源激振人為干擾少、激振效果穩(wěn)定、測(cè)試信號(hào)一致性好，但其激振頻率單一，對(duì)于長(zhǎng)度不同的錨桿適用性存在一定的限制。手錘作為超磁振源的補(bǔ)充方式，其敲擊的力度、手錘的選型等都會(huì)影響到實(shí)測(cè)信號(hào)，實(shí)際測(cè)試時(shí)單根錨桿的敲擊一致性會(huì)受一定的影響，對(duì)技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)有較高的要求。建議在實(shí)際測(cè)試時(shí)兩種振源配合使用，根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的激振方式。
傳感器：一般來說加速度傳感器采用壓電式，體積小、靈敏度高、分辨率較高，速度傳感器采用機(jī)械式，體積大。由于錨桿端頭面積小，推薦使用加速度傳感器。
2、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試要求
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)方面，對(duì)檢測(cè)數(shù)量、測(cè)試對(duì)象、激振要求、傳感器安裝和測(cè)試參數(shù)等做出了以上要求。
檢測(cè)數(shù)量：兩個(gè)規(guī)范對(duì)檢測(cè)數(shù)量的要求略有差別。
測(cè)試對(duì)象：兩個(gè)規(guī)范對(duì)錨桿的結(jié)構(gòu)要求基本一致。主要包括：端面平整、不宜外露過長(zhǎng)，桿體整體呈直線，如有特殊要求需結(jié)合同類型模型或其他方案來進(jìn)行相關(guān)測(cè)試驗(yàn)證。兩個(gè)規(guī)范對(duì)齡期的要求不同，JGJ/T 182-2009要求7天，DL/T 5424-2009要求3天。實(shí)際上，一般來說，在環(huán)境溫度較高時(shí)，3d的齡期已經(jīng)可以使得灌漿材料充分固結(jié)，而環(huán)境溫度較低時(shí)難以保證。實(shí)際測(cè)試時(shí)可根據(jù)測(cè)試目的選擇合適的時(shí)機(jī)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)早期灌漿材料硬化不充分時(shí)，有利于測(cè)得錨桿底部反射，但對(duì)灌漿密實(shí)度的檢測(cè)可能會(huì)存在一定影響。反之，當(dāng)錨桿灌漿材料達(dá)到齡期完全固結(jié)以后，對(duì)于灌漿質(zhì)量較好的錨桿，其桿底反射信號(hào)可能較為微弱，不利于對(duì)桿長(zhǎng)的檢測(cè)，但此時(shí)錨桿桿體與砂漿結(jié)合較好，錨固系統(tǒng)趨于穩(wěn)定，有利于對(duì)密實(shí)度進(jìn)行較好的檢測(cè)。
激振和傳感器要求：兩個(gè)規(guī)范要求基本一致。
測(cè)試參數(shù)要求：兩個(gè)規(guī)范關(guān)于測(cè)試參數(shù)的主要區(qū)別在于時(shí)域信號(hào)的記錄時(shí)間，建議現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)統(tǒng)一按照3次底部反射時(shí)程的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。
3、數(shù)據(jù)分析和計(jì)算
兩個(gè)規(guī)范對(duì)錨桿桿體波速、桿系波速、錨桿長(zhǎng)度、缺陷位置及密實(shí)度等原理性計(jì)算方法基本相同，具體如下。
（1）桿體波速和桿系波速
桿體波速計(jì)算：應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)相同檢測(cè)方法，在自由狀態(tài)下檢測(cè)一定數(shù)量的工程所用同材質(zhì)規(guī)格的錨桿，桿體波速按下列公式計(jì)算。
其中：
Cb——桿體波速平均值；
Cbi——第i根錨桿的桿體波速，且|Cbi-Cb|/Cb≤5%；
L——桿體長(zhǎng)度；
Δt——桿底反射時(shí)間；
Δf——桿底相鄰諧振峰頻差；
n——錨桿數(shù)量。
桿系波速計(jì)算：宜在現(xiàn)場(chǎng)選取一定數(shù)量的相同材質(zhì)、規(guī)格和施工工藝的錨桿進(jìn)行檢測(cè)，桿系波速按下列公式進(jìn)行計(jì)算。
其中：
Ct——桿系波速平均值；
Cti——第i根錨桿的桿系波速，且|Cti-Ct|/Ct≤5%；
L——桿體長(zhǎng)度；
Δt——桿底反射時(shí)間；
Δf——桿底相鄰諧振峰頻差；
n——錨桿數(shù)量。
（2）錨桿長(zhǎng)度和缺陷位置計(jì)算
錨桿桿底反射可采用時(shí)域反射波或頻域頻差法來識(shí)別。桿體長(zhǎng)度計(jì)算公式如下：
其中：
L——錨桿長(zhǎng)度；
Cm——同類錨桿的波速平均值；
Δt——時(shí)域信號(hào)桿底反射時(shí)間；
Δf——桿底相鄰諧振峰之間頻差。
錨固缺陷位置可采用時(shí)域反射波或頻域頻差法來識(shí)別和計(jì)算，公式如下：
其中：
x ——錨固缺陷位置；
Cm——應(yīng)力波傳播波速；
Δtx——錨固缺陷位置反射時(shí)間；
Δf ——錨固缺陷相鄰諧振峰之間頻差。
（3）密實(shí)度計(jì)算
一般來說，密實(shí)度評(píng)價(jià)有2種方法，分別是：有效長(zhǎng)度法和能量法。
有效長(zhǎng)度法：根據(jù)有效錨固段占總錨固段的長(zhǎng)度比例進(jìn)行估算。
其中：
D ——錨固密實(shí)度；
Lr——錨固段長(zhǎng)度；
Lx——錨固缺陷長(zhǎng)度。
除孔口段缺漿而深部密實(shí)外，也可采用能量法進(jìn)行計(jì)算
能量法：采用錨桿反射波能量計(jì)算并評(píng)價(jià)錨桿密實(shí)度/飽滿度的方法。
其中，
D ——錨固密實(shí)度；
η——錨桿桿系能量反射系數(shù)；
β——桿系能量修正系數(shù)；
Es——錨桿波動(dòng)總能量；
E0——錨桿入射波總能量；
Er——反射波波動(dòng)總能量；
Lr——錨固段長(zhǎng)度；
Lx——錨固缺陷長(zhǎng)度。
4、計(jì)算結(jié)果的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)
（1）長(zhǎng)度判定標(biāo)準(zhǔn)
除關(guān)鍵部位的錨桿外，兩個(gè)規(guī)范要求基本一致。
（2）密實(shí)度/飽滿度判定標(biāo)準(zhǔn)
兩個(gè)規(guī)范關(guān)于錨固密實(shí)度/飽滿度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)相同，同時(shí)均建議結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)錨桿圖譜對(duì)比評(píng)判。
（3）錨固質(zhì)量等級(jí)評(píng)定
兩個(gè)規(guī)范關(guān)于錨固質(zhì)量等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)基本相同
（4）其他情況處理
出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，錨桿錨固質(zhì)量判定宜結(jié)合其他檢測(cè)方法進(jìn)行：
*實(shí)測(cè)信號(hào)復(fù)雜，無規(guī)律。
*錨桿外露自由端過長(zhǎng)、彎曲或桿系截面多變。
（5）檢測(cè)報(bào)告
兩個(gè)規(guī)范關(guān)于檢測(cè)報(bào)告要求基本一致
現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)流程
檢測(cè)案例
（1）模型桿測(cè)試
模型桿1：直徑22mm，2.5m長(zhǎng)鋼筋，桿底反射明顯，并有多次桿底反射，頻譜圖桿底諧振峰清晰可見。
模型桿2：2.5m長(zhǎng)鋼筋，PVC管模擬錨桿安裝孔洞，灌漿材料為M25砂漿水泥，在靠近桿底部位置設(shè)置1個(gè)缺陷。桿底反射明顯，同時(shí)在距離桿頭1.957m處存在較為明顯的缺陷反射。
（2）工地實(shí)測(cè)
實(shí)例1：某隧道錨桿，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度3m，桿底反射較為微弱，無明顯的缺陷反射，頻譜呈單峰形態(tài)，無桿底諧振峰。
實(shí)例2：某隧道錨桿，桿底反射明顯，并有多次桿底反射，頻譜中桿底諧振峰清晰可見。
實(shí)例3：某邊坡錨桿，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度9m。桿底反射明顯，在距離桿頭4.76m處存在明顯的缺陷反射。
