何治輝福建省建筑科學研究院（350000）

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邊坡預(yù)應(yīng)力錨索索力檢測方法的比較分析

何治輝
福建省建筑科學研究院（350000）

摘要：邊坡預(yù)應(yīng)力錨索索力直接影響結(jié)構(gòu)的安全性能，索力的完好是確保錨索有效的關(guān)鍵。這里對邊坡預(yù)應(yīng)力錨索索力檢測的6種方法進行對比分析，主要有錨桿拉拔力檢測法、光纖智能錨索法、壓力傳感法、錨索鋼筋計檢測法、彈性波測量法和磁通量傳感器檢測法，主要比較分析的內(nèi)容包括其測量原理、應(yīng)用中的優(yōu)缺點。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力錨索索力；檢測方法；對比分析

在新建邊坡錨索過程中，必須認真研究錨索索力檢測系統(tǒng)，才能為錨索防護的結(jié)構(gòu)安全提供保障。索力檢測的主要目的在于對設(shè)計假定進行驗證，同時監(jiān)控施工質(zhì)量和服役安全情況，對已經(jīng)使用的邊坡錨索，要采用相對合適的索力檢測方法，保障邊坡結(jié)構(gòu)的安全性、適用性、耐久性。當前，較為普遍的錨索索力檢測方法包括：彈性波測量法、錨索軸向拉拔力檢測法、磁通量傳感器檢測法、壓力傳感法、光纖智能錨索法、錨索鋼筋計檢測法，本文將對此六種檢測法進行比較分析。

1　錨索軸向拉拔力檢測法

《建筑邊坡工程技術(shù)規(guī)范》是錨索軸向拉拔力檢測法的重要參考依據(jù)。此檢測法主要是對錨索的安裝質(zhì)量進行檢測，對錨索的錨固能力進行評判，一般通過臥式油泵加壓與穿心式千斤頂聯(lián)合運用，然后憑借精密的壓力表壓力或壓強轉(zhuǎn)變成可視刻度，進而換算錨索索力值。這個檢測法相對簡單，使用起來比較方便，一般常用于對施工過程的控制以及調(diào)節(jié)錨索張拉。

這種檢測法的缺點在于，壓力表自身的指針偏轉(zhuǎn)較快，容易產(chǎn)生偏位，尤其是在高壓環(huán)境下，指針振動過于激烈，讀數(shù)受人為主觀因素影響較大，千斤頂?shù)臉硕ㄒ餐瑫r存在一定誤差。在部分錨固狀態(tài)下，最大拉拔力和錨固力受到巖體-黏結(jié)劑、錨索-黏結(jié)劑的剛度影響較大。所以，這種方法并不適用于對運營期的錨索索力動態(tài)測量。

2　壓力傳感法

通過壓力傳感器測量錨索索力，首先要把圓環(huán)形彈性材料與應(yīng)變傳感材料構(gòu)成穿式壓力傳感器，并把它設(shè)置在錨索的錨具與索孔墊板中間。在張力的影響下，錨具和索孔墊板之間產(chǎn)生壓力，并作用于彈性材料，進而產(chǎn)生形變。借助應(yīng)變傳感材料把彈性材料的形變轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌驕y量的電信號和光信號，然后使用儀表進行二次處理，最終測量出索力。基于彈性材料能夠和各種敏感元件進行組合，壓力傳感器的性能受敏感元件直接影響。

壓力傳感法缺點在于，零點漂移將對測量精度影響較大。促使零點產(chǎn)生漂移的主要原因在于彈性體的應(yīng)力沒有完全釋放、材料變形，同時受外界磁場、結(jié)構(gòu)振動的頻率、環(huán)境溫度等各種因素影響較大。此外，傳感器和受力結(jié)構(gòu)串接組成，傳感器一旦受損，幾乎不可能進行修復(fù)或更換，況且大噸位的傳感器，其制造、標定較難，成本非常高。所以，壓力傳感法多用于實驗室和施工監(jiān)控階段，較少運用于長效錨索索力檢測。

3　彈性波測量法

頻率法索力監(jiān)測法延伸出了彈性測量法?；诼袢胧藉^索和空懸錨索的邊界條件不同，埋入式錨索不可能對外部錨索的作用而產(chǎn)生振動，只有激勵錨頭和露出的錨索。所以，把錨頭和墊板、墊板和其后的混凝土所接觸的面模型化為彈簧支撐架構(gòu)。試驗發(fā)現(xiàn)，錨頭激振的情況下，對埋入式錨索所形成的振動體系將隨著錨固力的變化而變化，而不是一成不變。參與自由振動的質(zhì)量與錨固力的大小成正比。其原理為：通過激振錘對錨頭進行敲擊，同時憑借粘貼在錨頭上的傳感器采集錨頭的振動響應(yīng)，并對錨索的現(xiàn)有張力進行快速而簡單地測試，如圖1所示。

圖1　錨索現(xiàn)有張力測試

彈簧架構(gòu)的剛性K和張力（也就是有效預(yù)應(yīng)力）關(guān)系為正比。此時，通過錨頭激振誘發(fā)的架構(gòu)基礎(chǔ)，其自振頻率f將表示為：

公式中，假設(shè)M為常量，則根據(jù)測試的基頻f，就能夠比較容易測出張拉力。

這種方法的缺點在于，測試精度受激振的實際影響較大。雖然安裝較為簡單且實用，但受太多干擾因素的影響，測量精度較低，所以在實際的工程中運用得相對少。

4　光纖智能錨索檢測法

采用FRP-OFBG筋將普通鋼絞線的中心進行替換，從而獲取光纖光柵智能鋼絞線。替換出來的鋼絞線和其他普通鋼絞線混合使用，形成智能鋼絞線錨索，通過等變形的原理檢測。為確保FRPOFBG筋和鋼圈的黏結(jié)能力，確保同步變形，可以在智能筋的表層噴涂環(huán)氧樹脂或其他黏結(jié)劑。

這種方法缺點在于，光纖光柵傳感器元件本身沒那么堅固，封裝時很容易受損，所以，在實際運用中較少采用光纖智能錨索檢測法。

5　振弦鋼筋計檢測法

振弦式鋼筋計一般設(shè)置在錨索上，當鋼筋受到作用力時，則發(fā)生變形，促使鋼筋上儀器內(nèi)的鋼弦產(chǎn)生變形，從而產(chǎn)生應(yīng)力變化，最終鋼弦的振動頻率發(fā)生變化。通過電磁線圈激勵鋼弦，然后對其振動頻率進行測量，頻率信號借助電纜傳輸?shù)筋l率讀數(shù)設(shè)備或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進行換算后獲得鋼筋的應(yīng)力變化量。與此同時，鋼筋計里的熱敏電阻將對埋設(shè)點的溫度值進行同步測量。

由于振弦式感應(yīng)部件、熱敏電阻、連接桿、鋼套、電纜和密封組件等構(gòu)成鋼筋計，振弦式應(yīng)變計是鋼筋計的感應(yīng)部件［1］。所以這種方法對焊接工藝具有非常高的要求，焊接質(zhì)量將對測量精度有著直接影響。假如焊接溫度過高，將對儀器造成損壞。

6　磁通量傳感器測量法

磁通量傳感器的制作原理是，外力作用于鐵磁材料，致使其內(nèi)部出現(xiàn)機械應(yīng)力或應(yīng)變，然后測定磁導(dǎo)率的變化，進而反映出應(yīng)力變化情況。在一定溫度下，鐵磁材料內(nèi)磁導(dǎo)率和應(yīng)力的變化為直線關(guān)系，通過鐵磁材料的磁導(dǎo)率應(yīng)力關(guān)系曲線，能夠?qū)﹁F磁材料的內(nèi)力進行直接測量，這就是磁通量傳感器的測量原理。磁通量傳感器由激勵和測量兩層線圈構(gòu)成。當脈沖電流通入激磁線圈，將鐵磁材料進行磁化，在鋼芯試件縱向?qū)a(chǎn)生脈沖磁場。通過相互感應(yīng)，感應(yīng)電壓就會出現(xiàn)在測量線圈中，感應(yīng)電壓和所施加的磁通量成正比。對于同一種鐵磁材料，通過實驗室對多組應(yīng)力和溫度環(huán)境下進行實驗，建起磁導(dǎo)率變化、結(jié)構(gòu)應(yīng)力以及溫度的關(guān)系，便可對該種材料制作而成的構(gòu)件內(nèi)力進行測定。

這種方法幾乎沒有任何過于明顯的缺點，且結(jié)實耐用是磁通量傳感器測量法的最大亮點。而且，其制造器材不容易損壞，為非接觸測量方法，里面設(shè)置有溫度傳感器，能夠隨時補償溫度，從而確保測量的精準度，對預(yù)應(yīng)力錨索的長期檢測非常有效。

7　結(jié)語

在對錨索索力的6種檢測方法進行比較分析后發(fā)現(xiàn)，錨索軸向拉拔力檢測法較為簡便，且直觀，不過必須有足夠的空間和平臺，測量精度不太高。壓力傳感法在較短的時間內(nèi)測量得出的精度較有保障，而長時間內(nèi)并不大適用，因為受到彈性體材料的形變和敏感元件零點漂移的影響較大，測量的精度難以得到保障。彈性波檢測法是一種相對簡便的檢測方法，但容易受到太多因素的干擾，對測量精度的影響較大，精度也難以保障，導(dǎo)致在實際工程測量中運用較少。光纖智能錨索檢測法耐腐蝕，傳感精度高，抗干擾能力較強，但是溫度補償方法局限性較大，直接影響了光纖智能錨索檢測法實際工程中的應(yīng)用范圍。錨索鋼筋計檢測法安裝較為復(fù)雜，容易造成錨索本身結(jié)構(gòu)的損壞，隨著時間的變遷，測量精度也容易受材料形變的影響，進而逐步減低。磁通量傳感器測量法精度高，耐久性好，壽命長，不容易受損，是沒有進行直接接觸的測量方法，可以對邊坡錨索的安全壽命周期進行長期有效的監(jiān)測，其應(yīng)用前景非常可觀。

參考文獻：

［1］張永安，李峰.邊坡錨索預(yù)應(yīng)力長期監(jiān)測成果分析［J］.工程勘察，2010，（03）：11- 14.