锚杆无损检测在高速公路隧道中的分析与应用

宋思雨

摘 要：目前锚杆支护已成为我国岩土工程加固的重要方法，基于一维弹性波理论的锚杆无损检测可以有效丰富我国的锚杆锚固质量检测方法，且具有操作简单方便，结果准确可靠的优点。本人主要对锚杆无损检测在高速公路隧道中的分析与应用进行了深入分析和探讨。

关键词：锚杆无损检测；高速公路隧道；分析与应用

中图分类号：U455.7+1 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）09-0121-01

目前在我国的隧道开挖支护等一些施工工艺中，锚杆支护是我们最常用的支护方式之一。锚杆施工到岩土体内，可以与岩土体形成一个新的复合体，这就促使岩土体自身的承载能力得到有效的增强，可见其施工质量对整个隧道的安全正常使用意义重大。“拉拔法”是我们对锚杆检测的传统的方法，本身具有一些缺点。如拉拔不仅属于破坏性试验，而且操作也比较麻烦，又无法实现我们对隧道拱顶的锚杆拉拔。如果我们采用基于一维弹性波理论的锚杆无损检测，就可以有效解决上述问题，而且其本身的优点也较多，如操作方便，方便我们在隧道内的任意位置进项有效的检测，还对施工进度没有影响。

1 锚杆无损检测的方法及原理

1.1 检测方法

当前我们对锚杆无损的检测方法较多。我们根据螺纹钢筋本身具有比较均匀的介质，而且速度也比较稳定的优点，可以通过把发射装置和接收转化器安放在锚杆螺纹钢筋的外露端来有效进行检测。我们采用这种检测方法一方面可以获得比较稳定的信号，确保我们比较简单地得到我们想要的结果；另一方面可以大大提高检测结果的准确性及精度，因此我们当前对锚杆无损检测会经常使用这种方法。

我们在锚固系统质量无损检测中一般采用声脉冲反射波法。主要是通过对锚头顶面施以轴向瞬时冲击力或施以一冲量来激发锚杆，确保声脉冲可以在所检测的介质中进行传播，还需要通过接收换能器来对反射的加速度信号进行有效接收。当声波在介质中传播之后，就会将携带有关介质材料性能、内部结构及其组成的信息来准确测定相关声学参数的大小及变化。最终我们能够对介质的性能、内部结构及其组成情况进行科学推断。

1.2 彈性波传播机理与杆系波速

弹性波在工程锚杆中传播时，弹性波的能量分成了两部分向前传播，一部分沿锚杆传播，其频率较高，但衰减较快；另一部分沿锚固体传播，其频率较低，能量衰减较慢，最后经杆底或缺陷反射到传感器，被接收的是经锚杆和锚固体传播的混合波，混合波的速度高于锚固介质，低于锚杆。按照弹性波在粘滞弹性介质中传播的理论，传播速度不仅取决于材料的力学性质，还与弹性波的频率有关。所以，锚杆的杆体波速与杆系波速是不同的，一般杆体波速高于杆系波速，波速差异的因素与声波波长、锚杆直径、胶粘物厚度、胶粘物波速及声波尺度效应等有关。因此锚杆长度计算时采用的波速平均值应考虑密实度的影响。由于杆系平均波速受多方面因素的影响，尚无法准确地确定与密实度的关系，但在实际检测工作中应考虑杆长检测精度与密实度有关。

2 锚杆锚固质量评价

2.1 锚杆长度

锚杆杆体的长度要≤50厘米，且要≥设计长度的95%，只有符合这两者，锚杆的长度才达标。

2.2 锚固密实度评价

关于锚固密实度的计算可通过两个条件：第一，若是锚固体的空浆段严重的话，那么可以凭借其长度得出其密实度；第二，可以根据反射波与入射波的能量对比情况，得到其密实度。

3 隧道锚杆无损检测的波形分析

3.1 自由锚杆分析

锚杆处于空气中被称为自由锚杆，弹性波振动能量是不能投射到空气中的，而是反射到锚杆的头部和底部，这样的话产生的能量降低的速度会慢，底端反射的波和入射波有着一样的相位，并且波形也类似。在放置在仓库中的施工材料，对Φ22药卷锚杆和Φ25中空注浆锚杆这两种类型的锚杆在自由状态下进行了测试，锚杆底部的反射信号很显眼，并且幅值要比入射信号大，同时在后续波形中也很清楚地看到2次、3次的杆底反射信号。

3.2 锚固质量好的锚杆

锚杆施工后，如果其质量好的话，那么杆体和浆液胶之间有着很好的粘接，并且匀称，注浆密实度超过九成。通过实际测试，得到的波形属于入射波，并且能量消减得很快，然而底部的反射比较弱，甚至是没有，频谱集中并且是单峰的。

3.3 锚固欠密实的锚杆

锚杆施工后，若是浆液不合格的话会导致锚固的强度比较低，但是不会出现空浆的情况，通常注浆的密实度为75%～90%。通过实际测试，波属于入射波，并且能量能量减退得比较快，同时往往会有底部反射，并且比较清楚，另外底部反射类似与入射波，并且幅值比较大。

3.4 存在空浆缺陷的锚杆

在锚杆的施工过程中，在注浆的时候有时会发生空浆、漏浆的现象，这导致锚固有些地方是空洞或是密实度不行。在缺陷部位截面面积减小，致使波的阻抗能力下降，而入射波在这一界面会形成反射波，反射波幅值的变化情况与缺陷的大小相关。

4 锚杆无损检测中需要注意的问题

（1）进行测试之前一定要尽可能收集的资料要多，这样能够关于隧道能够更加深入地了解掌握其地质状况、锚杆属于什么型的及施工工艺等等；（2）在对锚杆进行测试之前，首先需要对处于自由情况下的锚杆进行测试，这样做是为了掌握这种状态下锚杆在应力波的传播速度使多少；（3）锚杆露在外边的长度不能太长，一定要保证其头部的干净、平正整齐，并且头部与传感器一定要粘结实，并且两者是垂直的关系；（4）检测的时候切不能建设施工，这样做是为了防止产生噪音影响；（5）了解掌握实测信号，并且对波速受锚固密实情况的影响如何要考虑进去，同时还要综合幅值、合声时、频谱等等，这样解译出来的情况更加真实牢固。

5 结语

综上所述，随着经济的发展，交通运输事业的不断发展，这带动了高速公路建设规模的日益壮大，但与此同时在公路建设中使用的传统的锚杆检测方法过于单一的情况，而解决这一问题，采用隧道锚杆无损检测。因此本文以锚杆无损检测应用在高速公路中的相关情况进行了论述，希望能够更好地了解该项技术，从而更好地发挥其在高速公路建设中的作用，更好地带动这一行业的发展。

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