庹斌

1 引言

錨固技術(shù)已被世界各地的巖土工程中得到了廣泛的應(yīng)用，在巖土工程中的錨固技術(shù)，巖土可以充分挖掘能量，稱為巖土體的自身強(qiáng)度和承載力，降低結(jié)構(gòu)的自重，節(jié)約工程材料，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，保證建設(shè)工程安全穩(wěn)定，如此迅速?gòu)V泛應(yīng)用。錨碇錨固工程不僅復(fù)雜，而且隱蔽性高。很難發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，處理這一事故更為困難。因此，錨桿無(wú)損檢測(cè)是整個(gè)錨固工程不可缺少的組成部分。在錨桿施工過程中發(fā)現(xiàn)和發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷是控制錨桿質(zhì)量的有效途徑，以消除錨桿隱患。目前，該領(lǐng)域的理論研究和工程應(yīng)用得到了很大的發(fā)展。然而，螺栓無(wú)損檢測(cè)是一項(xiàng)非常復(fù)雜的系統(tǒng)工程。理論和實(shí)踐中還有許多問題需要研究。

2 應(yīng)力波反射法應(yīng)用于錨桿無(wú)損檢測(cè)中的原理

錨桿質(zhì)量檢測(cè)是利用應(yīng)力波反射法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其主要原理是一維的波，是近似彈性桿嵌在巖石的一維結(jié)構(gòu)的錨桿和混凝土砂漿的混合物，和軸向位移是一個(gè)縱向坐標(biāo)和時(shí)間的錨這兩個(gè)變量的函數(shù)，使用兩一階方程來(lái)表達(dá)，如圖1所示。應(yīng)力波又通過錨桿傳播。當(dāng)波阻抗表面發(fā)生變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的透射和反射現(xiàn)象。并通過一維彈性桿的波動(dòng)理論推導(dǎo)出透射系數(shù)KR和反射系數(shù)KT。

圖1 錨桿的質(zhì)量檢測(cè)

上式中：U是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移函數(shù)；C是錨桿的縱波速度；T是時(shí)間；Y是位移的縱向坐標(biāo)。

3 應(yīng)力波反射法檢測(cè)錨桿錨固質(zhì)量

3.1 應(yīng)力波在錨桿中的傳播規(guī)律

從錨桿應(yīng)力波發(fā)射螺栓底端逐漸蔓延的過程中，當(dāng)應(yīng)力波傳播和界面波阻抗的變化，能量會(huì)立即重新分配，一部分能量通過接口向前傳播，這部分被稱為透射波；而另一部分的能量將直接反射回原介質(zhì)，這一部分被稱為反射波。應(yīng)力波反射法在無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用是利用反射波的振幅和相位特性以及相應(yīng)的傳播時(shí)間，間接確定錨桿長(zhǎng)度、缺陷位置和缺陷程度。

3.2 應(yīng)力波在錨桿錨固體系中的衰減機(jī)制

應(yīng)力波在錨固系統(tǒng)中逐漸傳播時(shí)，隨著傳播距離的增加，能量逐漸減弱。這種衰減現(xiàn)象稱為應(yīng)力波的能量衰減。實(shí)驗(yàn)表明，不同的介質(zhì)、不同的傳播條件和不同的波形有不同的衰減系數(shù)。應(yīng)力波的衰減機(jī)制非常復(fù)雜。復(fù)雜結(jié)構(gòu)的相關(guān)介質(zhì)分析比較困難。通常，衰減程度由測(cè)量結(jié)果直接評(píng)價(jià)。在應(yīng)力波的實(shí)際傳播過程中，能量衰減主要分為三種形式：擴(kuò)散衰減、散射衰減和吸收衰減。

4 應(yīng)力波反射法在錨桿無(wú)損檢測(cè)中的應(yīng)用

錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)做為一項(xiàng)錨固工程建設(shè)中的不可缺少的測(cè)量手段，對(duì)其要求也是十分高的。不僅要求具有準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果，同時(shí)，它還需要有能力及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。因此，為了更深入地理解和應(yīng)用錨桿檢測(cè)技術(shù)，有必要對(duì)錨桿支護(hù)技術(shù)進(jìn)行全方位的認(rèn)識(shí)。錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)是對(duì)錨桿施工過程中的實(shí)時(shí)跟蹤檢測(cè)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，及時(shí)改正和改進(jìn)。

錨桿質(zhì)量檢測(cè)是利用應(yīng)力波反射法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其主要原理是一維的波，是錨桿和混凝土砂漿混合成近似的彈性桿嵌入巖石中的一維結(jié)構(gòu)，和軸向位移是一個(gè)縱向坐標(biāo)和時(shí)間這兩個(gè)變量的錨固作用，使用兩一階方程來(lái)表達(dá)，當(dāng)材料的彈性波阻抗為更小的物體大，螺栓接口會(huì)產(chǎn)生反射，反射波與入射波的相位是相同的。另一方面，當(dāng)彈性波從一個(gè)阻抗較小的材料轉(zhuǎn)移到一個(gè)較大的物質(zhì)時(shí)，界面產(chǎn)生的反射波與入射波的相位相反。

另一方面，錨注的飽滿度與諸多因素有關(guān)，錨、砂漿、砂漿、圍巖、砂漿的粘結(jié)度等都是重要的影響因素。不同種類的波振和振波接受方式有著不同的波形特征、頻率以及衰減度的特點(diǎn)，通過對(duì)這些數(shù)據(jù)研究分析之后我們可以從中掌握到錨桿內(nèi)部的注漿飽滿情況。通常情況下，如果螺栓有高的豐滿度，檢測(cè)波形較規(guī)則，反射的雜波小，頻率高，相對(duì)振幅小，衰減快。因此，反過來(lái)看。如果錨桿內(nèi)注漿飽滿度不夠，則可以通過對(duì)反射時(shí)加以測(cè)量和計(jì)算，然后得出錨桿內(nèi)缺陷的位置以及缺陷長(zhǎng)度，還可以算出錨桿內(nèi)部具體注漿情況。

對(duì)錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，在過邊坡施工過程中，測(cè)量分析研究邊坡支護(hù)、錨桿支護(hù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用對(duì)巖體穩(wěn)定性的保護(hù)措施，挖掘，錨桿的質(zhì)量直接影響著施工安全和施工進(jìn)度。對(duì)于錨桿施工質(zhì)量，應(yīng)從多方面、多角度進(jìn)行考慮。綜合分析具體的原因。通過模擬的手段，對(duì)工程巖石體進(jìn)行試驗(yàn)，得到一些各種質(zhì)量問題的一些標(biāo)準(zhǔn)錨桿模型，然后在做好逐一的測(cè)量記錄研究之后，得出最為恰當(dāng)?shù)倪m合無(wú)損檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，同時(shí)做好安全性的全面檢測(cè)，保證施工的質(zhì)量安全。

在試驗(yàn)中，首先要測(cè)量錨桿的標(biāo)準(zhǔn)波速和振幅。根據(jù)錨桿反射波的傳播時(shí)間波形確定錨桿注漿質(zhì)量，確定錨桿彈性應(yīng)力波在不同介質(zhì)中的縱向應(yīng)力速度。當(dāng)對(duì)裸鋼進(jìn)行測(cè)試時(shí)，可以將螺栓拋向空中。選用一些隔聲效果明顯的材料使錨桿與其他的介質(zhì)分離，另一方面使震源和檢測(cè)波速儀器放到錨桿的這一邊。有必要通過類似錘擊的手段來(lái)測(cè)試波速在鋼筋里面的傳播情況及規(guī)律，測(cè)得的曲線在桿端形成清晰可見的反射波，傳播方式基本上與第一次播種相同。結(jié)果表明，波的傳播形式基本上是直線，即當(dāng)鋼筋周圍的介質(zhì)均勻時(shí)，沒有出現(xiàn)反射現(xiàn)象。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，錨桿質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的研究已成為工程設(shè)計(jì)、施工和工程檢測(cè)過程中的一個(gè)熱點(diǎn)問題，充分體現(xiàn)了應(yīng)力波反射法在工程中的作用、地位和應(yīng)用前景。用應(yīng)力波反射法檢測(cè)錨桿錨固質(zhì)量是一種非常實(shí)用、有效的無(wú)損檢測(cè)方法。但由于錨固系統(tǒng)具有很強(qiáng)的復(fù)雜性，應(yīng)力波在錨桿錨固系統(tǒng)中的傳播并不十分清楚，應(yīng)力波反射法也存在一定的局限性。因此，將應(yīng)力波反射法與其他先進(jìn)的信號(hào)分析技術(shù)相結(jié)合。對(duì)錨桿錨固無(wú)損檢測(cè)研究過程中一個(gè)非常重要的發(fā)展方向。

[1]朱斌.水利工程中錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用分析[J].工程技術(shù)：引文版，2017（1）：249.

[2]趙德寬.基于彈性波反射原理的錨桿（索）無(wú)損檢測(cè)試驗(yàn)研究[J].鐵道建筑，2017，57（10）：105～108.

[3]馮劍鋒，趙金昌，梁騰飛，等.錨桿錨固系統(tǒng)應(yīng)力波分形機(jī)制及其應(yīng)用研究[J].太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，47（3）：321～325.