1、淺析邊坡錨桿檢測（四川升拓檢測技術有限責任公司，四川 成都 610045） 摘要：伴隨鐵路、公路工程的飛速發展，加固高邊坡、大型滑坡治理及在鐵路路基的高邊城防護工程，應用預應力錨桿加固成為此類工程常用技術。涉及到錨桿檢測的內容主要有：錨桿長度檢測、錨桿灌漿密實度檢測以及錨桿張力檢測等。 關鍵詞：錨桿長度檢測，錨桿灌漿密實度檢測，錨桿張力檢測伴隨鐵路、公路工程的飛速發展，加固高邊坡、大型滑坡治理及在鐵路路基的高邊城防護工程，應用預應力錨桿加固成為此類工程常用技術。涉及到錨桿檢測的內容主要有：錨桿長度檢測、錨桿灌漿密實度檢測以及錨桿張力檢測等。在隧道、邊坡的建設中，巖錨索、錨桿得到了大量的應用，巖

2、土錨固技術幾乎遍及土木工程的各個領域,如邊坡、基坑、隧道、壩體、碼頭、船閘、橋梁等。它是利用錨桿周圍地層巖土的抗剪強度來傳遞結構物的拉力或保持地層開挖面的自身穩定,由于錨桿、錨索的使用,使錨固地層產生壓應力區并對加固地層起到加筋作用可以增強地層的強度,改善地層的力學性能可以使結構與地層連鎖在一起,形成一種共同工作的復合體,使其能有效地承受拉力和剪力,并能提高潛在滑移面上的抗剪強度,有效地阻止坡體位移。顯而易見其質量保證是非常重要的。但是，由于巖體的風化、地下水的影響，錨索、錨桿不可避免出現會各種老化、劣化現象（如預應力松弛等）。另一方面，由于其屬于隱蔽工程，如果施工質量得不到很好的保證，如張力

3、不足、灌漿不密實，甚至長度不夠時，會嚴重降低邊坡的穩定性，從而造成社會經濟的重大損失。我們歷時多年，與國內外相關機構合作開發了一整套針對巖錨質量的解決方案和技術體系。該方案基于無損檢測技術，具有測試效率高、可靠性好、對巖錨無損傷等特點，可以大大地提高巖錨施工的質量保證度。該技術體系的檢測內容主要包括：1) 錨桿（全長粘結型）灌漿密實度2) 錨桿及錨索長度3) 錨固應力（張力）。整個技術體系采用沖擊彈性波作為測試媒介，并集成到一套測試設備中（巖錨多功能檢測儀，SRB-MATS）。其測試精度和效率達到工程要求，已在國內外眾多工程中得到了實際應用。我們具有相關技術的全部知識產權，并申請和獲得了多項國

4、家發明專利，產品出口到日本等海外。照片1-1巖錨多功能檢測儀（SRB-MATS）S型 一、錨桿長度測試在錨桿中間的某處的灌漿出現根據不密實現象時，相當于出現材料的不連續性。這種不連續性可以用機械阻抗來表示。（一般用來表示材料的機械阻抗，這里的是斷面截面積）發生變化的邊界面上，傳播的彈性波會產生波的反射和透過。1) 基本理論基礎：兩種不同媒介垂直入射這是最簡單的一種情況，例如在錨桿的底部，錨桿與周圍巖體之間就存在較大的阻抗差。此時，激振產生的彈性波的反射可以分析如下：入射波反射波透過波圖2-2-5變化的機械阻抗面發生的反射和通過 這里，表示單元1的粒子的運動速度（入射和反射），表示單元2的粒子的

5、運動速度。在界面上產生彈性波的反射以及通過，可以表示如下：反射波： (1-1)透過波： (1-2)此外，反射波和透過波的大小用振幅率來表示。振幅反射率： (1-3)振幅透過率： (1-4)彈性波的反射和透過具有如下性質。(1) 媒介的機械阻抗相同（），那么就算材料不同，也不會產生波動；(2) 兩種媒介的機械阻抗相差越大，反射率也越大。對于錨桿檢測而言，錨桿的先端是軟弱土層時，其反射信號則要比先端是堅硬巖石時更為明顯；(3) 在機械阻抗減少（）時，反射波和入射波符號相同（相位相同）。當錨桿的先端是土層和松散巖體、混凝土時，其反射信號與激振信號同向，而在先端是堅硬巖石，其反射信號有可能與入射信號反

6、向。充填良好：激振信號呈指數快速衰減，持續時間短激振信號桿底反射信號充填不良：激振信號不規則，衰減慢，持續時間長激振信號桿底反射信號圖 1-1 基于能量衰減特性的原理二、基于反射特性的灌漿密實度測試方法為了在提高測試精度的同時兼顧測試效率，因此我們采用了基于沖擊彈性波的兩種方法進行測試。具體請參考表0-2。灌漿缺陷處圖 2-1 錨桿灌漿不密實示意圖表0-1 錨桿灌漿密實度測試項目一覽表測試方案方案簡介備注基于反射特性在錨桿露出端上激振與受信，根據反射信號的位置和強度來測試灌漿密實度理論上可測試整個錨桿的灌漿密實度，并能夠進行缺陷定位基于振動衰減特性在錨桿露出端上激振與受信，根據殘留振動的衰減特

7、性來測試灌漿密實度可測試露出端部附近的灌漿密實度圖 2-2 錨桿灌漿質量無損檢測示意圖充填良好：1） 桿底反射信號微弱2） 之前無明顯反射激振信號桿底反射信號充填不良：1） 桿底反射信號明顯2） 之前有明顯反射激振信號桿底反射信號缺陷反射信號圖 2-3 基于反射特性的原理2) 基本理論基礎：中間有不同夾層的情況當一種材料中夾有另一種材料，例如在錨桿中有局部灌漿不密實的場合，在媒介1（）和媒介2（）的兩個交界處均會產生的透過和反射，如下式所示。當入射波是調諧波時， (2-1)其中，：振幅的透過率（絕對值）：媒介-2中的波數：媒介-2的長度媒質-1媒質-1媒質-2入射波反射波透過波灌漿缺陷圖2-2

8、-6介入不同的媒介時彈性波的反射同樣，可以得到振幅反射率的絕對值： (2-2)因此，在有不同媒介介入的場合下，(1) 反射（通過）率與頻率相關，通常高頻波容易反射。(2) 在特定的頻率下,即也就是 （2-3）時反射波消失。通常，錨桿的P波波速約為5.15.2km/s，若激振信號的頻率為5KH時，對長度為0.5、1、1.5米左右的灌漿缺陷就會難以檢測。3) 基本理論基礎：反射能量如前所述，根據桿底反射信號的強弱也可以判斷錨桿灌漿質量的好壞。而桿底反射信號的強弱可以用下式表示： （2-4）其中，：桿底反射信號的振幅、：基準點的振幅 ：因幾何衰減造成的振幅比 ：因材料粘性衰減造成的振幅比 ：因反射衰

9、減造成的振幅比其中，幾何衰減和反射衰減是最主要的能量衰減。(1) 幾何衰減（又叫擴散衰減）：激發的彈性波伴隨傳播距離的增加，前鋒波面增大，單位面積的能量減小。在灌漿密實的錨桿中，彈性波沿著錨桿與灌漿料的接觸面向四周逸散，因此其振幅與傳播距離接近反比關系。另一方面，如果灌漿質量不好，彈性波無法從空腔部分向四周逸散，因此衰減較小；(2) 反射衰減：如前所述，桿底的反射與其前端的巖體的力學特性，以及與巖體的粘結程度有很大的關系。當然，巖體約堅硬，越小。三、基于振動衰減特性的灌漿密實度測試方法在錨桿頂端激振后，會在錨桿上誘發振動。根據振動的特性，也可以推斷錨桿（特別是錨頭附件）的灌漿質量。將錨桿有關的

10、振動部分簡化成一個振動系統后，其力學模型如下圖所示。在錨桿頂部作用一個沖擊力后，系統將產生自由衰減振動（即殘留振動）。圖3-1振動分析模型當沖擊時間較短時，可以把沖擊力簡化為一脈沖信號，其沖擊力隨時間的積分可以表示為： （3-1）圖3-2 脈沖信號簡化圖其中，為德爾塔函數，具有以下性質： （3-2）在該脈沖信號的沖擊下，振動系統的響應（即為自由振動或殘留振動）可以表示為： （3-3） 其中：為角頻率，； 為反映系統剛性的彈簧系數；為衰減比，；為阻尼系數；可以看出，衰減比直接影響到振動衰減的快慢。當灌漿質量好時，振動能量衰減小，振動時間變長。4、 張力檢測預應力橋梁的錨索大體可以分為兩類，即1）

11、 空置錨索：錨索本身自由，僅端部鉸接2） 埋入式錨索：錨索埋入到結構體中，僅錨頭露在外部。這兩種錨索張力的測試方法有顯著的區別。1.空置錨索的有效張力對于空懸錨索（如懸索橋、斜拉橋），其張力測試均是基于弦振動理論，即通過錨索自振頻率與張力之間的關系來推算（圖4-1），張力越大，自振頻率越高。錨索的張力（單位為N）與其第階橫向自振頻率的關系可以表示如下： （4-1）其中，為錨索自由部分的長度（計算長度，略短于實際長度，單位為m）；為錨索的線密度，即單位長度的質量（kg/m）；為錨索的抗彎剛度（N·m2）在實際的測試中，特別是在短錨索、短拉桿的測試中，有兩個影響因素要注意：1） 計算長度

12、的確定2） 測試頻率的階數低張力下，弦的固有振動頻率低高張力下，弦的固有振動頻率高圖4-1 自由繩索張力與自振頻率間的關系2.埋入式錨索的有效張力埋入錨索與空懸錨索的邊界條件有很大的不同，而且埋入式錨索無法對內部錨索激發自由振動，只能通過對錨頭或露出錨索激振。因此，單純依靠頻率的測試方法有非常大的缺陷，嚴重影響了測試范圍和測試精度。為此，我們將錨頭、墊板等簡化為如下的模型。即將錨頭與墊板、墊板與后面的混凝土或巖體的接觸面模型化成如下的彈簧支撐體系。該彈簧體系的剛性與張力（有效預應力）有關，當然張力越大，也越大。另一方面，在錨頭激振誘發的系統基礎自振頻率可以簡化表示為 （4-2）在上式中，如果為一常值，那么根據測試的基頻即可較容易地測出張力。然而，通過實驗發現，埋入式錨索在錨頭激振時，其誘發的振動體系并非固定不變，而是會隨著錨固力的變化而變化。錨固力越大，參與自由振