论不同锤击振源对锚杆无损检测信号的影响

论 不同锤击振源对锚杆无损检测 信号的影响

毛顺乾 杨勇

云南省公路科学技术研究院 650000

【摘 要】采用应力波一维波动理论，对公路边坡锚杆进行测试与研究。不同锤击振源下对锚杆无损检测信号的影响进行分析与探讨，并进行波形对比分析。得出了击振锤的锤击能量大小；击振锤的锤头材料软硬；击振锤脉冲宽度的大小。对锚杆无损检测信号的主频率高低、波长波数及脉冲宽度大小等产生明显影响。

【关键词】公路边坡锚杆；无损检测；不同锤击振源；信号对比；分析 　　

1 前言

近年来，随着我省山区新建公路的不断增多，边坡在公路建设项目中的比重越来大，在边坡的处治过程中锚杆工程的应用越来越广泛。对大量的采用喷锚支护技术的边坡，锚杆施工质量直接影响着边坡的安全与稳定。边坡锚杆的施工属于隐蔽工程，如何确保锚杆的有效长度越来越受到工程技术人员的关注。对于检测人员来说，在施工现场进行锚杆无损检测时，不计设备本身，无损检测信号还受到很多因素的影响(如：施工的噪声、温湿度、激振源及人为因素等等)。通过无损检测设备获得锚杆清晰准确的杆底反射信号和注浆缺陷信号，准确的判断出边坡锚杆的有效长度，成为了检测技术人员在现场采集数据的一个难题。就其它影响暂时不考虑，我们对不同击振源对无损检测信号的影响做了如下探讨：

2 锚杆检测方法及原理

公路边坡锚杆一般为全长粘结型，长度一般为 4～15 m， 钢筋直径Ф22mm～Ф32 mm。因此，当工程的结构构件尺寸为圆柱体且其直径 d远远小于其长度时，即 L>>d，则此构件完全可以作为弹性波中的一维杆件理论分析处理。根据应力波理论及弹性波反射原理，锚固体检测的一维弹性波波动方程为：

∂²u/∂X²-Ku/EA=(1/V²)*(∂²u/∂t²)+(c/EA)*(∂U/∂T)

式 中：u一锚固体的弹性波振动质点位移m；

V一锚固体的弹性波振动质点传播速度(m／s)；

E一锚固体的弹性模量(kN／m )；

A一锚固体的横截面积m ；

c一锚固体的弹性阻尼系数(kN·s／m)；

R一锚 固体的刚度系数(kN／m)。

　在锚杆端部竖向激振，弹性波沿着锚杆传播，杆底一般位于土质材料或岩石质材料中，由于土质材料及岩石质材料的波波阻抗(Z=pVA)较锚杆低，即机械阻抗减小（Z₁＞Z₂），将产生反射波。锚杆灌浆密实度检测基于波的反射（包括反射能量衰减）特性和振动衰减特性对锚杆的灌浆质量进行检测和评估。

参照锚杆的参数设置最佳的采样参数，采样长度应为锚杆实际长度的 2～4 倍。在岩锚锚杆露出端部上（顶端或者侧面用磁性卡座）固定一个传感器，用相应冲击锤（或仪器所配其他击振配件）轻敲锚杆端面中心位置纪录数据。每根锚杆反复测试多次，直至 3 个

波形重复为止。

图2-1 锚杆灌浆质量无损检测示意图

3 锚杆现场测试

3.1 仪器设备

应用锚杆质量检测仪（SRB-MATS）、加速度传感器（S305M）及波形处理软件；采用应力波反射波法,发射震源产生弹性波 ,弹性波沿着锚索传播并向周围辐射能量,接收器接收到反射回波,并由采集仪对信号进行分析与存储。通过波形处理软件对信号进行处理和分析, 可确定锚索的锚固状态,如长度、灌浆缺陷、灌浆饱满度等。采用击振源，见下表：

注：岩锚智能激振装置，激振力度可以调（1-45）；

3.2工地测试

测试地点：墨临高速公路K271+000-K271+040下忙布边坡，采用不同激振源对同一根锚杆进行现场测试并进行波形分析。

锚杆检测前，收集与锚杆无损检测有关的岩土条件、锚杆设计资料、锚杆施工记录等基础资料，了解检测作业条件，制定检测方案。锚杆端头应外露，锚杆外露段宜不少于10 cm。修整锚杆外露端头，使之平整。检测前，测量记录被测试锚杆的外露长度并记录。每个不同激振源检测波形不应少于3个,若3次信号基本一致，则进行保存。单根锚杆锚固质量无损检测波形信号不失真和产生零漂, 信号幅值不削峰，试验的注浆饱满度为100%。锚杆参数见下表：

序号	钢筋 牌号	钢筋直径（mm)	锚杆长度（m）	入土层深度（m）	外露长度（m）
1	HRB400	32.0	9.0	8.0	1.0

（1）击振锤的锤头材料软硬；击振锤脉冲宽度的大小；锚杆设计长度为9m，锤击振源为钢锤和木锤时的锚杆试验的典型波形图，如：图1和图2；

图1 锚杆实测长度为9.12m，击振源为木锤是的波形图

图2 锚杆实测长度为9.06m，击振源为钢锤是的波形图

对锚杆试验波形图1和图2进行分析：在对长度相同的锚杆进行测试时。锤击材料为钢时的主频率高于锤头材料为木的主频率；锤头材料为木的波长较长；锤头材料为钢的波数较多；锤头材料为木的脉冲宽度较宽。采用木锤时的锚杆实测值为9.12m，采用钢锤的锚杆实测值为9.06m，可得出在对9m锚杆长度检测，采用钢锤为测试材料时精确度较木锤高。

（2）锤击能量大小（锤头质量大小）；锚杆设计长度为9m，锤击振源为Ø10mm、Ø17mm、Ø30mm圆钢锤的锚杆试验的典型波形图；如：图3、图4和图5。

图3 锚杆实测长度为9.05m，击振源为Ø10mm圆钢锤的波形图

图4 锚杆实测长度为9.07m，击振源为Ø17mm圆钢锤的波形图

图5 锚杆实测长度为9.08m，击振源为Ø30mm圆钢锤的波形图

对锚杆试验波形图3、图4和图5进行分析：在对长度相同的锚杆且锤头材料都为钢进行测试时。锤头质量越大产生的主频率越低；锤头质量大产生的波长较长的波；锤头质量越大波数减少。采用Ø10mm圆钢锤的锚杆实测值为9.05m，采用Ø17mm圆钢锤的锚杆实测值为9.07m，采用Ø30mm圆钢锤的锚杆实测值为9.08m。可得出在对9m锚杆长度检测，采用Ø10mm圆钢锤时的精确度较Ø17mm、Ø30mm圆钢锤的高。

3. 锤击能量大小（击振力大小）；锚杆设计长度为9m，锤击振源为智能击振杆，分别用20击振力、30击振力、40击振力，锚杆试验的典型波形图；如：图6、图7和图8。

图6 锚杆实测长度为9.08m，用20击振力的波形图

图7 锚杆实测长度为9.07m，用30击振力的波形图

图8 锚杆实测长度为9.06m，用40击振力的波形图

对模拟试验的波形图6、图7和图8进行分析：在对长度相同的锚杆且已智能激振杆进行测试时。激振力值越大产生的主频率变高；激振力值大产生的波长较长变短；激振力值大波数增加。采用20击振力的锚杆实测值为9.08m，采用30击振力的锚杆实测值为9.07m，采用40击振力的锚杆实测值为9.06m。可得出在对9m锚杆长度检测，采用40击振力时的精确度较20、30击振力的高。

4 结束语

锚杆长细比很大（长可达到15m，而直径一般不超过32mm），激发的弹性波信号的衰减也非常显著。另一方面，锚杆的实际长度的范围很宽，为4～15m。因此，选择合适的激振方式对保证测试精度是十分必要的。根据以上波形图和实践经验分析，可得到：

通过对工地现场锚杆测试波形图的分析与探讨，在只考虑锤击振源对锚杆无损检测信号的影响时。选择锤头材料为钢锤的主频率高于木锤，钢锤波长较短，波数较多，主频率高，测试长度的精确度相对较高。选择相同锤头材料质量大的主频率低于质量小的，质量大的波长较长，波数较少，质量大的激振锤测试长度精度较低。选择智能激振杆时，激振力大，主频率高，波长变短，波数增加，测试精度较高。为获得锚杆较清晰准确的杆底反射信号，应视情况选择锤头材料较硬，质量较小（相同材质），激振力值较大的激振源，已得到激振频率较高，波长较短，波数较多的波形图。

参考文献

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