李任瓊，海暉

（云南省公路科學(xué)技術(shù)研究院，云南 昆明 650051）

1 邊坡錨桿無損檢測簡介

在公路工程建設(shè)中，錨桿支護因支護效果良好而成為路基邊坡支護的常用方法，其主要利用木質(zhì)構(gòu)件、金屬件、聚合物件等制成桿柱，將其打入巖體預(yù)先鉆出的孔洞中，借助錨桿特殊的構(gòu)造或黏結(jié)作用，使得圍巖與穩(wěn)定巖體結(jié)合起來，產(chǎn)生相應(yīng)的懸吊效果和補強效果，達到邊坡支護的目的。

傳統(tǒng)邊坡錨桿檢測一般采用抽樣檢測的方式，隨機選擇幾根錨桿進行抗拉拔試驗，抽檢比例相對較低，無法全面反映工程質(zhì)量，如果增大抽檢比例，則會增加工作量和人力物力投入。無損檢測技術(shù)通過測試聲、光、電、熱、磁等在被檢測對象中的傳播狀況，在對被檢測對象不造成損壞的情況下，完成對其表面乃至內(nèi)部的全面檢測及缺陷評估。無損檢測技術(shù)包括超聲波檢測、電磁波檢測、紅外線檢測及圖像掃描檢測技術(shù)等。相比傳統(tǒng)檢測技術(shù)，無損檢測技術(shù)本身的無損性和非破壞性在配合先進技術(shù)及設(shè)備的情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)對路基邊坡錨桿系統(tǒng)的全面檢測，找出其中存在的問題，極大地簡化了檢測工作流程，能夠避免對錨桿及周邊巖層的破壞，且對同一個檢測對象中使用多種檢測技術(shù)具有很強的適應(yīng)性，可以顯著提高檢測工作效率[1]。

在使用無損檢測技術(shù)對路基邊坡錨桿進行檢測的過程中，因為邊坡建設(shè)和防護的工程量較大，工程影響因素比較多，為確保最終檢測結(jié)果的準確性與合理性，需要對其中的影響因素進行分析。本文將結(jié)合具體工程案例，對路基邊坡錨桿無損檢測的影響因素進行分析。?

2 工程概況

某高速公路工程K25+300—K66+480 段為連續(xù)下坡段，長35.48km，平均縱坡和最大縱坡分別為3.8%和6.0%，最大降高差約1 500m。從保障施工質(zhì)量和行車安全的角度，做好錨桿施工質(zhì)量檢測非常重要。本工程在錨桿無損檢測中，采用沖擊彈性波檢測技術(shù)。

沖擊彈性波指通過人工錘擊、電磁激振等物理方式激發(fā)的彈性波，其與振動存在密切關(guān)聯(lián)，例如，在混凝土表面進行敲擊，敲擊位置和周邊會出現(xiàn)振動[2]，振動會以彈性波的形式擴散，形成相應(yīng)的沖擊彈性波。沖擊彈性波可以將材料的力學(xué)特性反映出來，具備激振能量大、操作簡單、方便頻譜分析的特點，是一種非常適合無損檢測的媒介。以擊打產(chǎn)生沖擊彈性波為例，通過改變擊打方式可以產(chǎn)生不同頻率的沖擊彈性波。沖擊彈性波的頻率與錘和擊打?qū)ο蟮慕佑|時間存在明顯關(guān)聯(lián)。

3 路基邊坡錨桿無損檢測主要影響因素

3.1 信號質(zhì)量

激振信號的質(zhì)量直接影響最終的檢測結(jié)果，需要給予重視。激振信號質(zhì)量主要受激振方向、殘留振動、錨桿露出長度3個因素的影響。

（1）激振方向。結(jié)合工程實踐，對于錨桿長度檢測和灌漿密實度檢測，激振產(chǎn)生的彈性波均屬于P 波，波的傳播方向和粒子運動方向高度一致，想要保證檢測效果，必須確保激振方向和錨桿、錨索軸線方向保持平行，否則可能產(chǎn)生注入SV波等其他類型的彈性波，如圖1所示。

如果邊坡支護中采用鋼制錨桿，則激發(fā)出的P波波速一般在5.0～5.2 km/s之間，而SV波的波速通常僅為P波波速的60%左右。因此在針對錨桿進行無損檢測的過程中，如果激發(fā)出的沖擊彈性波既有P 波又有SV 波，則在兩種成分波速度差異明顯的情況下，需要技術(shù)人員采取適當?shù)姆椒▽Σǖ姆瓷溥M行分析。

圖1 激振波類型

（2）殘留振動。在錨桿長度檢測和灌漿密實度檢測中，理想狀態(tài)下的激振波應(yīng)該具備較短的殘余振動，波形衰減相對較快，否則會對檢測產(chǎn)生不利影響，如圖2所示。在借助沖擊彈性波進行錨桿無損檢測的過程中，應(yīng)盡可能地減少殘留振動持續(xù)時間，這是提高檢測精度的關(guān)鍵，與此同時，也需要做好二次激振的防范工作[3]。

圖2 殘留振動對比（左側(cè)為良好信號，右側(cè)為不良信號）

（3）錨桿露出長度。錨桿進入巖體內(nèi)部時，截面積和阻抗的增大，會在界面產(chǎn)生多次反相反射信號，如果錨桿本身露出長度較大，反射信號會影響最終檢測結(jié)果，這一點在錨桿整體長度較小時表現(xiàn)得更為明顯。

3.2 信號提取

在錨桿檢測中，技術(shù)人員需對沖擊彈性波信號進行有效識別和提取。該工程中部分區(qū)域的錨桿長度大且灌漿密實度高，導(dǎo)致錨桿底部的反射信號較弱，為準確判斷錨桿長度，需要加強對反射信號的有效識別。

3.3 波速計算

在錨桿檢測中，需要合理確定各參數(shù)值，為后續(xù)計算提供保障。錨桿波速Cm的取值在3800～5200m/s范圍內(nèi)波動，會在很大程度上影響錨桿長度檢測結(jié)果。Cm的影響因素主要包括如下4個：

（1）錨桿類型。在路基邊坡支護中，可用的錨桿類型多種多樣。該工程中采用中空錨桿，其表面積和體積的比值較大，易受灌漿料的影響，Cm值相比普通鋼制錨桿較小。

（2）巖體狀況。如果路基邊坡巖體為硬質(zhì)巖體，阻抗接近硬化后的灌漿料，則彈性波在沿著灌漿體傳播時，易擴散到周邊巖體，很難在界面上形成反射，這種情況下，反射信號中沿錨桿傳播的彈性波信號相對更強，Cm值與鋼筋波速接近。在一些軟質(zhì)巖石邊坡或土質(zhì)邊坡，灌漿料硬化后，與邊坡基質(zhì)在阻抗方面存在很大差異，彈性波在傳輸過程中也不容易出現(xiàn)逸散的情況，反射信號中沿灌漿體傳播的彈性波信號較強，Cm值會有所下降。

（3）灌漿料情況。灌漿料硬化后產(chǎn)生的灌漿體會對Cm的數(shù)值產(chǎn)生直接影響，而相應(yīng)的，沖擊彈性波在灌漿料中的傳播速度同樣會影響Cm的取值。一般來講，灌漿的密實度越大，灌漿體在邊坡中所占的比例越大，Cm的取值也就越接近灌漿料本身的信號傳播速度。

（4）反射信號選擇。在對反射信號進行檢測時，需要選擇相應(yīng)的檢測位置，而這個檢測位置同樣會對波速造成影響。如果路基邊坡為軟弱巖體，灌漿密實度較差，則沿著錨桿傳輸?shù)姆瓷湫盘柵c沿著灌漿體傳輸?shù)姆瓷湫盘枙憩F(xiàn)出明顯的分離態(tài)勢，這種情況下，檢測人員需要依照反射信號對波速進行合理選擇。從邊坡錨桿支護體系整體角度分析，鋼制錨桿在支護體系中占比越大或周圍的反射越小，Cm值越接近鋼筋的波速。

3.4 特征對比

波形特征對比分析結(jié)果會對路基邊坡錨桿無損檢測精度產(chǎn)生影響。在實際應(yīng)用中，波形特征對比方法易受檢測人員個人因素的影響，導(dǎo)致最終的對比結(jié)果可能不夠客觀精確。為此，需要不斷提高檢測人員職業(yè)道德素養(yǎng)，自覺依照相關(guān)規(guī)范要求進行操作，最大限度地保障波形特征對比結(jié)果的客觀性和準確性。

4 路基邊坡錨桿無損檢測精度提高方法

針對上文提到的各種影響因素，在實施路基邊坡錨桿無損檢測的過程中，為提高檢測結(jié)果的精度，可以從以下幾個方面著手。

4.1 做好現(xiàn)場準備

正式檢測前，現(xiàn)場準備工作非常重要。在確定好具體檢測方法后，要將測桿頂端打磨得光滑平整。在傳感器安裝環(huán)節(jié)，要求傳感器軸線和測桿軸線保持平行，否則在實踐中，入射波和反射波之間會存在夾角，無法有效克服相應(yīng)的二維效應(yīng)；傳感器要安裝在測桿頂端，通過黏結(jié)方式加以固定，保證安裝的牢固性；檢測傳感器安裝位置，確保其能盡可能地將反沖降到最低（理想狀態(tài)下甚至應(yīng)該做到無反沖），以保證傳感器的安裝諧振頻率和后續(xù)檢測工作的順利實施。

4.2 合理選擇激振方式

為保證檢測的效果，沖擊彈性波無損檢測技術(shù)需要合理選擇激振方式和激振力度。如果選擇敲擊方式，必須保證敲擊動作干脆利落，盡可能減輕激振力度，確保在激振過程中不會出現(xiàn)金屬碰撞的聲音。同時，應(yīng)結(jié)合具體情況選擇激振錘：一般情況下，如果在路基邊坡支護中使用的錨桿長度較短，應(yīng)選擇小錘；如果錨桿長度較大，則選擇大錘。在借助敲擊引發(fā)激振時，需要合理確定敲擊點的位置，一般應(yīng)該在端面中間區(qū)域引發(fā)激振。

4.3 重視設(shè)備匹配

考慮到錨桿本身頂端的截面積相對較小，尤其是中空錨桿，通常只能選擇較小尺寸的傳感器，但小尺寸傳感器存在靈敏度差的限制。因此，技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合實際情況合理選擇傳感器，確保其能夠與放大器相匹配，提升檢測效果。

4.4 做好設(shè)備固定

依照傳感器所處的具體位置，可以采用的固定方式有兩種：錨桿頂部固定，其優(yōu)點是固定牢固，拾取到的信號強度大，不過會占用激振空間，激振力度的影響較大；錨桿側(cè)部固定，與頂部固定相反，側(cè)部固定不會占用激振空間，激振力度影響小，不過傳感器的固定不夠牢固，拾取到的信號較弱。在實際操作中，可以將兩種方法結(jié)合使用，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，以提高檢測結(jié)果的可信度。

4.5 錨桿波速標定

錨桿無損檢測存在一定的離散性，若僅憑人員經(jīng)驗進行操作，最終檢測結(jié)果的客觀性會受到影響。如果進行室內(nèi)試驗，因為模型體尺寸受到限制，邊界條件的影響會遠超施工現(xiàn)場，標定的參數(shù)與現(xiàn)場數(shù)值差異巨大。在這種情況下，需要針對現(xiàn)場不同類型的土質(zhì)，開展不同注漿齡期錨桿的波速標定試驗，促進現(xiàn)場檢測精度的提高。

5 結(jié)語

在公路工程建設(shè)中，無損檢測技術(shù)在錨桿支護效果檢測中因具有低成本、高效率、無損性的特點，而逐步取代了傳統(tǒng)的拉拔試驗。不過，無損檢測技術(shù)的應(yīng)用是一項復(fù)雜工程，影響因素眾多，需要技術(shù)人員進行綜合分析和判斷，以切實提高檢測結(jié)果的可靠性和有效性。