岳紅賓

（河北省交通建設(shè)監(jiān)理咨詢有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

錨桿以其自身所具備的諸多特點(diǎn)，在公路邊坡加固中得到廣泛應(yīng)用。為確保錨桿的作用得以全面發(fā)揮，必須保證其質(zhì)量達(dá)標(biāo)?；谶@一前提，可采取無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，檢驗(yàn)錨桿的施工質(zhì)量，看是否達(dá)到現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量不合格的錨桿，必須返工重做，以免影響邊坡的加固效果。

1 工程概況

某公路工程全長(zhǎng)為28.965km，路基寬度為24.5m。該路段從樁號(hào)K32+500開(kāi)始，連續(xù)降坡至樁號(hào)K41+700，平均縱坡為3.8%，最低與最高海拔相差1 435m。因海拔高差較大，使邊坡防護(hù)工程的重要性隨之顯現(xiàn)，工程數(shù)量也進(jìn)一步增加。為確保錨桿的支護(hù)作用充分發(fā)揮，必須保證錨桿的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，所以開(kāi)展錨桿質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)顯得尤為必要。

2 道路邊坡錨桿質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

2.1 檢測(cè)方案

2.1.1 檢測(cè)頻率

在檢測(cè)邊坡錨桿的長(zhǎng)度及注漿飽滿度時(shí)，應(yīng)合理選擇檢測(cè)頻率。通常可以按照工程量的5%抽檢，檢測(cè)數(shù)量不少于5根。當(dāng)工程有特殊要求時(shí)，可適當(dāng)增加檢測(cè)數(shù)量。當(dāng)參建各方對(duì)錨桿的質(zhì)量存在質(zhì)疑時(shí)，應(yīng)按規(guī)范要求檢測(cè)，某個(gè)單元內(nèi)錨桿檢測(cè)的不合格率超過(guò)30%，必須增加檢測(cè)量[1]。

2.1.2 抽檢部位

依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，邊坡錨桿的檢測(cè)部位應(yīng)由縱橫斷面控制，不得隨機(jī)抽檢。在同一個(gè)橫斷面內(nèi)，可將邊坡錨桿檢測(cè)的重點(diǎn)放在中下部；縱斷面的檢測(cè)重點(diǎn)為高度比較高的部位；高邊坡檢測(cè)的重點(diǎn)為不穩(wěn)定質(zhì)心以上的錨桿。其中，滑坡體的檢測(cè)重點(diǎn)為滑體質(zhì)心以下的錨桿。

2.1.3 檢測(cè)要點(diǎn)

（1）通過(guò)聲頻應(yīng)力波發(fā)射法，對(duì)邊坡錨桿的長(zhǎng)度和注漿飽滿度無(wú)損檢測(cè)時(shí)，為降低干擾，提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，可在檢測(cè)前，依據(jù)拉拔試驗(yàn)成果，分析檢測(cè)信號(hào)與錨固質(zhì)量的關(guān)系。

（2）被檢測(cè)的邊坡錨桿，至少要外露20～30cm，桿頭位置處采用細(xì)加工的方法處理，將浮漿全部鑿除，保證桿頭平整[2]。掛網(wǎng)的錨桿，要使桿網(wǎng)分離，錨桿上的焊接點(diǎn)必須全部鑿除，避免影響檢測(cè)結(jié)果。

（3）一根錨桿用不同的方式檢測(cè)三次，當(dāng)三次檢測(cè)的信號(hào)達(dá)到一致后，便可檢測(cè)下一根錨桿。如果錨桿的長(zhǎng)度在10m以內(nèi)，誤差不得超過(guò)5%，長(zhǎng)度超過(guò)10m的錨桿，誤差控制在10%以內(nèi)[3]。

（4）通過(guò)分析錨桿的長(zhǎng)度，能夠獲得自由段和錨固段的錨桿具體長(zhǎng)度，對(duì)比信號(hào)反射方式，能夠區(qū)分開(kāi)地層反射信號(hào)、錨桿底部反射信號(hào)、砂漿不密實(shí)段反射信號(hào)。依據(jù)檢測(cè)頻率及波形特征，便可綜合判定錨桿的砂漿飽滿度是否達(dá)標(biāo)。

2.2 檢測(cè)方法

本次檢測(cè)選用聲頻應(yīng)力波反射法，對(duì)該無(wú)損檢測(cè)方法應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)明確傳播特性和衰減規(guī)律。

2.2.1 傳播特性

（1）聲場(chǎng)是聲振動(dòng)在介質(zhì)內(nèi)波及的質(zhì)點(diǎn)占據(jù)的范圍，在對(duì)聲場(chǎng)描述時(shí)，通常會(huì)用到以下物理量：聲壓、聲強(qiáng)等。在界面上，與聲波的行為相關(guān)的重要參數(shù)為聲阻抗。聲壓用P表示，單位為Pa，一個(gè)聲場(chǎng)內(nèi)，每個(gè)點(diǎn)的聲壓均不相同，是動(dòng)態(tài)變化的量，與時(shí)間和距離有關(guān)。當(dāng)平面余弦波無(wú)衰減時(shí)，聲壓主要與介質(zhì)的密度、聲波的傳播速度、時(shí)間等因素有關(guān)；聲強(qiáng)用I表示，指聲能量，單位為W/cm2，聲強(qiáng)主要與質(zhì)點(diǎn)的振幅、振動(dòng)速度和聲壓等因素有關(guān)；聲阻抗時(shí)聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，某點(diǎn)聲壓與振幅的比值，用Z表示，單位為g/（cm2?s），聲阻抗的大小決定了質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度，在聲壓一定時(shí)，二者成反比關(guān)系。

（2）一個(gè)介質(zhì)中有幾列波同時(shí)傳播時(shí)，若這些波在某個(gè)點(diǎn)相遇，就會(huì)產(chǎn)生干涉，該點(diǎn)的振動(dòng)是由各列波共同作用所致，由此產(chǎn)生的聲場(chǎng)聲壓即為每列聲波聲壓的矢量和。在波的干涉現(xiàn)象中存在一個(gè)特例，即駐波，具體是指兩列振幅相同的相干波，在同一條直線上，沿著反方向傳播時(shí)，疊加而成的波。駐波波線上的某些點(diǎn)會(huì)保持靜止不動(dòng)，還有一些點(diǎn)的振幅會(huì)始終處于最大值，最大值的點(diǎn)被稱之為波腹，波節(jié)則是振幅等于零的點(diǎn)。連續(xù)波以垂直的方式入射界面時(shí)，入射波會(huì)與反射波相互疊加，是駐波出現(xiàn)的典型情況。當(dāng)物體的平行表面數(shù)量為2個(gè)時(shí)，經(jīng)過(guò)疊加后的波，會(huì)形成較為強(qiáng)烈的駐波，由此會(huì)引起物體共振。

2.2.2 衰減規(guī)律

聲波在傳播的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)衰減的現(xiàn)象，具體是指聲壓隨著距離增大而減小。引起聲波衰減的原因相對(duì)較多，大體上可歸納為以下幾個(gè)方面：聲束擴(kuò)散、介質(zhì)吸收、晶粒對(duì)聲波散射等。

（1）聲束擴(kuò)散會(huì)引起擴(kuò)散衰減，波形特定的聲場(chǎng)內(nèi)，當(dāng)傳播距離增大后，聲束的截面會(huì)隨之不斷擴(kuò)大，單位面積內(nèi)的聲壓會(huì)有所減弱。擴(kuò)散衰減主要與波陣面的形狀有關(guān)，傳聲介質(zhì)并不會(huì)影響到擴(kuò)散衰減的強(qiáng)弱。通常情況下，可以用聲場(chǎng)的規(guī)律描述擴(kuò)散衰減的規(guī)律。如，當(dāng)聲場(chǎng)遠(yuǎn)離聲源時(shí)，柱面波的聲壓與聲源距離的平方根成反比，而球面波的聲壓則與聲源的距離成反比。

（2）聲波在材料中傳播時(shí)，因材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻，會(huì)產(chǎn)生多處聲阻抗，由此會(huì)引起散射，進(jìn)而導(dǎo)致聲壓減弱，即散射衰減。在介質(zhì)中，散射聲波出現(xiàn)后，會(huì)沿著復(fù)雜的路徑繼續(xù)傳播，有一少部分聲波會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽€有一部分會(huì)傳到探頭形成噪聲。

（3）聲波在介質(zhì)中的衰減主要與頻率有關(guān)，頻率增大會(huì)隨之增大。由于聲波的波長(zhǎng)要比晶粒的直徑大，所以當(dāng)晶粒的直徑增大時(shí)，聲波的散射衰減也會(huì)增大，這是晶粒材料衰減大的性質(zhì)所決定的。為使聲波在材料中的穿透力進(jìn)一步增大，在選擇聲波時(shí)，頻率越低越好。檢測(cè)的邊坡錨桿尺寸比較長(zhǎng)時(shí)，可以不采用超聲波，可選用頻率更低且在可聽(tīng)范圍內(nèi)的波。

（4）錨桿在錨固狀態(tài)下，桿體內(nèi)傳播的是平面縱波，經(jīng)過(guò)耦合后產(chǎn)生的波體，會(huì)向錨固介質(zhì)以輻射的方式發(fā)出能量，此時(shí)的波體會(huì)繼續(xù)向錨桿所在的圍巖中傳播，其中的部分能量會(huì)透射到圍巖中，部分會(huì)反射會(huì)錨桿中，透射的大小主要與錨固體的強(qiáng)度有關(guān)。

2.3 檢測(cè)設(shè)備

2.3.1 激振設(shè)備

（1）基于碰撞理論用手錘激振獲取反射波信息，用于檢測(cè)邊坡錨桿質(zhì)量。在激振中，將振源視為瞬態(tài)脈沖信號(hào)，合理確定脈沖寬度、力幅度、主瓣寬度等指標(biāo)。理想的單位脈沖力頻率覆蓋0至∞頻域，頻域隨著脈沖寬度的逐步減小而逐步變寬，呈現(xiàn)出能量分散狀態(tài)，反之脈沖寬度越大則表明能量越集中。

（2）擊錘材質(zhì)越軟，其碰撞速度相對(duì)偏低，信號(hào)脈沖寬度越大。在激振設(shè)備選取中，小鋼錘的信號(hào)脈沖寬度最小，橡皮錘的信號(hào)脈沖寬度最大；在邊坡錨桿檢測(cè)中，濾波頻率的高通與低通分別為500Hz、6kHz，用材質(zhì)堅(jiān)硬的尖頭小鋼錘對(duì)桿體激振獲取高頻域；在邊坡錨索檢測(cè)中，濾波頻率的高通與低通分別為10Hz、2kHz，用材質(zhì)軟的大頭橡皮錘對(duì)錨索套筒激振獲取頻域較低的激振源[4]。

2.3.2 傳感器

在檢測(cè)中共使用三種類型的傳感器，具體為：選用頻帶寬、阻尼速度高的速度傳感器；選用能夠滿足反射波檢驗(yàn)要求的加速度傳感器；根據(jù)反射波法的檢測(cè)判定依據(jù)，需要借助速度曲線分析速度信號(hào)，為此還需選用位移傳感器，確定速度信號(hào)的位移變化。

2.3.3 檢測(cè)儀器

檢測(cè)設(shè)備選用采樣精度高、功耗低、存儲(chǔ)量大、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、便捷性好、功能強(qiáng)大的錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀，檢測(cè)儀技術(shù)指標(biāo)為：

（1）錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀由發(fā)射震源、分析軟件、采集儀和檢波器構(gòu)成，采樣AD精度為24位，電壓6V，功耗0.8w，在充滿電狀態(tài)下可連續(xù)檢測(cè)30h；檢測(cè)儀重量為2.0kg，體積偏小，尺寸為23cm×18cm×65cm，方便檢測(cè)人員單人操作[5]。

（2）錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀提供大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，可以存儲(chǔ)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)2.4萬(wàn)條；儀器提供大屏幕顯示，能夠同時(shí)顯示三條曲線；儀器能夠自動(dòng)建立錨桿索模型，分析濾波、小波、積分、頻譜等分類參數(shù)數(shù)據(jù)，自動(dòng)提取出反射波信號(hào)。

2.4 檢測(cè)步驟

在檢測(cè)過(guò)程中，先向檢測(cè)對(duì)象發(fā)射震源，再由檢測(cè)儀器檢測(cè)到通過(guò)錨桿傳播上來(lái)的反射波，檢測(cè)儀器分析和存儲(chǔ)反射波信號(hào)，根據(jù)反射波信號(hào)判斷錨桿周圍灌漿質(zhì)量。在檢測(cè)分析中，通過(guò)處理反射波信號(hào)，還可以判定錨桿長(zhǎng)度是否達(dá)到技術(shù)規(guī)范要求。

2.4.1 檢測(cè)前準(zhǔn)備

在檢測(cè)之前，清理干凈待測(cè)錨桿端，將探頭安置到端頭截面平整處，防止在擊振中滑動(dòng)探頭，確保檢測(cè)儀器能夠在正確方向接收到回波信號(hào)；連接好檢測(cè)儀器的測(cè)試系統(tǒng)，保證檢測(cè)儀器正常運(yùn)行。

2.4.2 參數(shù)設(shè)置

在檢測(cè)過(guò)程中根據(jù)邊坡錨桿的實(shí)際情況設(shè)置儀器參數(shù)，具體包括：①選擇通道觸發(fā)方式；②選擇積分狀態(tài)下的加速度計(jì)傳感器；③設(shè)置深度坐標(biāo)標(biāo)度方式，以便于快速找到質(zhì)量缺陷位置；④設(shè)置指數(shù)放大方式，當(dāng)入射波峰值達(dá)到1.2倍時(shí)按照指數(shù)放大桿長(zhǎng)。也可以設(shè)置滿幅放大方式，放大處理錨桿頂與底部波形；根據(jù)檢測(cè)人員操作習(xí)慣設(shè)置入射波的顯示方向。

2.4.3 采集信號(hào)

（1）根據(jù)錨桿長(zhǎng)度設(shè)置采樣間隔，確定波速，一般在1 700～5 120m/s，標(biāo)定波速的準(zhǔn)確值[6]；設(shè)置采樣間隔，延長(zhǎng)錨桿檢測(cè)長(zhǎng)度，提高波動(dòng)分析的準(zhǔn)確性。

（2）按照錨桿長(zhǎng)5/3倍計(jì)算采樣總時(shí)間，確定波形采樣時(shí)間間隔；默認(rèn)“低”通道檔觸發(fā)電平；默認(rèn)單次采樣，每測(cè)一錘采集一次采樣信息，保證足夠的采集數(shù)據(jù)，盡量不選用連續(xù)采樣和疊加采樣的采樣方式。

（3）在橫軸標(biāo)尺參數(shù)選取中，選擇時(shí)間坐標(biāo)和深度坐標(biāo)；用小錘尖頭對(duì)錨桿頂端垂直敲擊，根據(jù)信號(hào)放大系數(shù)控制敲擊力度，盡量控制在2～10N；對(duì)長(zhǎng)度超過(guò)9m的錨桿，要適當(dāng)增加敲擊力度，保證敲擊干脆，根據(jù)信號(hào)重復(fù)性、M值取舍信號(hào)，判斷錨桿底端是否傳回反射信號(hào)[7]。

2.4.4 數(shù)據(jù)傳輸

在數(shù)據(jù)采集后，數(shù)據(jù)要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)線的串口存儲(chǔ)到檢測(cè)儀的存儲(chǔ)設(shè)備中，下一步進(jìn)入檢測(cè)數(shù)據(jù)分析階段，自動(dòng)生成檢測(cè)曲線圖[8]。

2.5 質(zhì)量評(píng)定

根據(jù)錨桿無(wú)損檢測(cè)結(jié)果，以波形特征作為灌漿飽滿度的評(píng)價(jià)依據(jù)，具體的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)如下：①波形規(guī)則，底部無(wú)發(fā)射波或是反射波非常微弱，灌漿飽滿度為密實(shí)，質(zhì)量?jī)?yōu)；②波形比較規(guī)則，底部存在反射波，且以小幅S波發(fā)射為主，局部灌漿欠密實(shí)，質(zhì)量良；③波形欠規(guī)則，局部存在較強(qiáng)的反射波，以大幅S波反射為主，局部灌漿不密實(shí)或有空漿，質(zhì)量合格；④波形不規(guī)則，反射波強(qiáng)烈，P波回波，多處關(guān)鍵不密實(shí)，質(zhì)量不合格，需要返工重做。

3 結(jié)語(yǔ)

在檢測(cè)邊坡錨桿的長(zhǎng)度及注漿飽滿度時(shí)，應(yīng)合理選擇檢測(cè)頻率。依據(jù)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，邊坡錨桿的檢測(cè)部位應(yīng)由縱橫斷面控制，不得隨機(jī)抽檢[10]。通過(guò)分析錨桿的長(zhǎng)度，能夠獲得自由段和錨固段的錨桿具體長(zhǎng)度，對(duì)比信號(hào)發(fā)射方式，能夠區(qū)分開(kāi)地層反射信號(hào)、錨桿底部反射信號(hào)、砂漿不密實(shí)段發(fā)射信號(hào)。依據(jù)檢測(cè)頻率及波形特征，便可綜合判定錨桿的砂漿飽滿度是否達(dá)標(biāo)。在檢測(cè)過(guò)程中根據(jù)邊坡錨桿的實(shí)際情況設(shè)置儀器參數(shù)，具體包括：①選擇通道觸發(fā)方式；②選擇積分狀態(tài)下的加速度計(jì)傳感器；③設(shè)置深度坐標(biāo)標(biāo)度方式，以便于快速找到質(zhì)量缺陷位置；④設(shè)置指數(shù)放大方式，當(dāng)入射波峰值達(dá)到1.2倍時(shí)按照指數(shù)放大桿長(zhǎng)[11]。

道路邊坡錨桿質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)是一項(xiàng)非常重要的工作，與邊坡結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性密切相關(guān)。為此，應(yīng)采取合理可行的技術(shù)，對(duì)邊坡錨桿進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，及時(shí)處理質(zhì)量不合格的錨桿。