張　亮

摘要：改革開放以來，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展迅猛，人工隧道和人工高邊坡工程大量涌現(xiàn)，錨桿錨固技術(shù)作為各類地下工程（隧道、洞室等）及邊坡護(hù)理的重要手段，已在水電站、公路、鐵路等工程施工中得到廣泛應(yīng)用，但這些錨桿是否達(dá)到了工程設(shè)計要求并對工程巖體起到了錨固作用，被錨固的巖體是否處在穩(wěn)定的運行狀態(tài)之中等一系列的檢定問題并沒有得到很好的解決，因而有人認(rèn)為高速公路兩邊的錨桿是高速公路的定時炸彈。顯見，錨桿錨固質(zhì)量的檢測工作在錨桿錨固工程中具有十分重要的地位和作用。

關(guān)鍵詞：錨桿；錨固；質(zhì)量

1 概述及現(xiàn)狀

現(xiàn)在在市場上普遍使用的是由武漢創(chuàng)新工程地球高科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的LX-10E錨桿錨固質(zhì)量檢測儀，其基于X86框架下的DOS平臺，攜帶性差，發(fā)熱量大，續(xù)航能力弱，圖形界面不直觀，且不易升級。

就現(xiàn)有錨桿錨固質(zhì)量檢測儀的不足，提出了基于ARM-Linux-Qt的錨桿錨固質(zhì)量檢測儀的方案。

2 目的和意義

全長粘結(jié)砂漿錨桿的握裹水泥砂漿的灌注飽滿與否,是錨桿能否按設(shè)計要求起作用的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)的測試方法是用抗拔力來檢驗,但這種方法并不能完全確定其施工質(zhì)量。試驗證明,對于高強(qiáng)螺紋錨桿,當(dāng)錨固長度達(dá)到錨桿直徑的42倍時,握裹力不再隨錨桿長度的增加而增加。一般工程錨桿的長與直徑比達(dá)到了200~500,因此僅用抗拔力來檢驗施工質(zhì)量是不完整的。因此,必須采用聲頻應(yīng)力波對錨桿的錨固質(zhì)量進(jìn)行無損檢測和抗拔力試驗有機(jī)地結(jié)合并進(jìn)行綜合分析,才能對錨桿的錨固質(zhì)量進(jìn)行很好地分析和評價。

而傳統(tǒng)的錨桿錨固檢測儀器是基于X86框架下的DOS平臺，攜帶性差，發(fā)熱大，續(xù)航能力弱，圖形界面簡單，不易升級?，F(xiàn)在所做的錨桿錨固檢測儀器是基于ARM9框架下的Linux平臺，體積小，重量輕，連續(xù)使用時間長，人機(jī)界面更直觀。

3 國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢與研究的主攻方向

錨桿錨固質(zhì)量的聲波檢測技術(shù)包括儀器系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩部分，其聲波檢測的技術(shù)水平深受以上兩大系統(tǒng)的制約。目前國內(nèi)外錨桿錨固質(zhì)量聲波檢測儀的硬件系統(tǒng)大同小異，其差別僅在發(fā)射和接收方面。聲波源有人工錘擊激發(fā)和發(fā)射器激發(fā)兩種，人工錘擊方法操作方便，產(chǎn)生的能量比發(fā)射器激發(fā)的大。但由于發(fā)射器是采用電信號控制發(fā)射，故其發(fā)射能量的一致性比人工錘擊的要好的多。換言之，采用發(fā)射器激發(fā)所獲得波形的重復(fù)性較之人工錘擊要好得多。發(fā)射震源根據(jù)材料的不同分為壓電陶瓷和超磁震源，壓電陶瓷震源發(fā)射信號的主頻一般較超磁震源要高，但其激發(fā)的能量較之于超磁震源要小得多，超磁震源雖具有較大的輻射能量，但其發(fā)射信號的主頻較之于壓電陶瓷震源系統(tǒng)要低得多。兩種震源各有所長，前者適于短錨桿的檢測，而后者則適于中長錨桿的檢測。

砂漿飽和度檢測的工作最早始于1978年，瑞典的H.F.Thurner提出用測超聲波能量損耗的原理來檢測錨桿系統(tǒng)的灌注質(zhì)量，并由GendynamikAB公司據(jù)此于1980年推出Boltometer Version錨桿質(zhì)量檢測儀。但該方法存在激發(fā)方法苛刻和衰減快的缺點，且其檢測結(jié)果仍為錨桿的抗拔力。1987年中國鐵道部科學(xué)研究院鐵建所提出用聲波能量對比的方法，即用發(fā)射波能量比值來評價砂漿飽和度。1999年，長江工程地球物理勘探研究院（武漢）在三峽工程永久船閘，利用能量對比法對高強(qiáng)錨桿的砂漿飽和對評價做了大量實驗工作。2003年，長江科學(xué)院巖基研究院在清江水不埡工程，利用聲頻應(yīng)力波法檢測錨桿施工質(zhì)量，提出用幅值對比法進(jìn)行砂漿飽和度評價。但從現(xiàn)場檢測結(jié)果看，定量評價誤差還比較大，效果都不理想?？梢哉f目前砂漿飽和度檢測仍處于定性評價階段，如何確切地進(jìn)行定量評價還需做大量的研究工作。

4 關(guān)鍵問題及解決思路

現(xiàn)在市場上廣泛使用LX-10E錨桿錨固質(zhì)量檢測儀，該產(chǎn)品在整體設(shè)計上都比較落后，已經(jīng)不能滿足工程應(yīng)用需求。原因如下：

1)體積過大。給施工工人過量的負(fù)擔(dān)；

2)續(xù)航能力不足。需要掛載個大電瓶才能維持一段時間的使用；

3)精度不高。容易忽略小信號的發(fā)生，造成工程檢測錯誤；

4)接口不通用。損壞一個配件后就導(dǎo)致整個系統(tǒng)不能工作；

5)圖形不直觀。界面設(shè)計不美觀，系統(tǒng)不穩(wěn)定。

基于LX-10E錨桿錨固質(zhì)量檢測儀的不足，本設(shè)計思路擬采用以下方案予以克服：

1)使用最近比較流行的ARM-Linux平臺，以減小功耗及體積；

2)使用C8051F060片內(nèi)16位高速ADC，以達(dá)到工程對信號的要求；

3)在接口上使用通用的串口及三芯電纜，可以隨時更換配件；

4)使用挪威TrollTec公司出品的Qt for arm做圖形界面，在使用新型的信號槽機(jī)制后，系統(tǒng)更穩(wěn)定。

5 應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求

1) 接收通道

道數(shù)：2道

采樣間隔：0.1～4096μs

采樣長度：1k，2k，4k,8k ,16k,32k,64k

觸發(fā)方式：單次、連續(xù)、信號觸發(fā)、外觸發(fā)

觸發(fā)電平：10%、20%、…、70% FRS

通帶寬度：10Hz ～ 5kHz、10Hz ～ 500kHz、10 ～ 500kHz

聲時測量范圍：0～32767*Δtμs（Δt 采樣間隔）

聲時測量精度：±0.1μs

聲幅測讀范圍：-20～84dB

聲幅測讀精度：1.0%

2)發(fā)射通道

道數(shù)：1道

發(fā)射電壓：100V、250V、500V、750V、1000V

發(fā)射寬度：1～400μs

3)系統(tǒng)配置

主機(jī)：ARM9工業(yè)控制級微機(jī)

內(nèi)存：64M

電子盤：16MB～1GB

顯示器：8.4寸640×480真彩液晶顯示器（帶背光）

通用接口：USB、RS-232Ｃ串口、SD卡口 、10/100M網(wǎng)口

4) 其他

功耗：≤6W

外接電源：12V直流電瓶或220VAC 50Hz

工作溫度：-10℃～+40℃ 85%RH

重量：小于3Kg

體積：375mm×256mm×135mm

作者簡介：張亮，男，中共黨員，大學(xué)本科，研究實習(xí)員，在讀研究生。現(xiàn)供職于長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院城市建設(shè)系，任學(xué)工組長（團(tuán)總支書記）。