路基边坡锚杆无损测试精度提升方法

李任琼，海晖

（云南省公路科学技术研究院，云南 昆明 650051）

1 边坡锚杆无损检测简介

在公路工程建设中，锚杆支护因支护效果良好而成为路基边坡支护的常用方法，其主要利用木质构件、金属件、聚合物件等制成杆柱，将其打入岩体预先钻出的孔洞中，借助锚杆特殊的构造或黏结作用，使得围岩与稳定岩体结合起来，产生相应的悬吊效果和补强效果，达到边坡支护的目的。

传统边坡锚杆检测一般采用抽样检测的方式，随机选择几根锚杆进行抗拉拔试验，抽检比例相对较低，无法全面反映工程质量，如果增大抽检比例，则会增加工作量和人力物力投入。无损检测技术通过测试声、光、电、热、磁等在被检测对象中的传播状况，在对被检测对象不造成损坏的情况下，完成对其表面乃至内部的全面检测及缺陷评估。无损检测技术包括超声波检测、电磁波检测、红外线检测及图像扫描检测技术等。相比传统检测技术，无损检测技术本身的无损性和非破坏性在配合先进技术及设备的情况下，能够实现对路基边坡锚杆系统的全面检测，找出其中存在的问题，极大地简化了检测工作流程，能够避免对锚杆及周边岩层的破坏，且对同一个检测对象中使用多种检测技术具有很强的适应性，可以显著提高检测工作效率[1]。

在使用无损检测技术对路基边坡锚杆进行检测的过程中，因为边坡建设和防护的工程量较大，工程影响因素比较多，为确保最终检测结果的准确性与合理性，需要对其中的影响因素进行分析。本文将结合具体工程案例，对路基边坡锚杆无损检测的影响因素进行分析。?

2 工程概况

某高速公路工程K25+300—K66+480 段为连续下坡段，长35.48km，平均纵坡和最大纵坡分别为3.8%和6.0%，最大降高差约1 500m。从保障施工质量和行车安全的角度，做好锚杆施工质量检测非常重要。本工程在锚杆无损检测中，采用冲击弹性波检测技术。

冲击弹性波指通过人工锤击、电磁激振等物理方式激发的弹性波，其与振动存在密切关联，例如，在混凝土表面进行敲击，敲击位置和周边会出现振动[2]，振动会以弹性波的形式扩散，形成相应的冲击弹性波。冲击弹性波可以将材料的力学特性反映出来，具备激振能量大、操作简单、方便频谱分析的特点，是一种非常适合无损检测的媒介。以击打产生冲击弹性波为例，通过改变击打方式可以产生不同频率的冲击弹性波。冲击弹性波的频率与锤和击打对象的接触时间存在明显关联。

3 路基边坡锚杆无损检测主要影响因素

3.1 信号质量

激振信号的质量直接影响最终的检测结果，需要给予重视。激振信号质量主要受激振方向、残留振动、锚杆露出长度3个因素的影响。

（1）激振方向。结合工程实践，对于锚杆长度检测和灌浆密实度检测，激振产生的弹性波均属于P 波，波的传播方向和粒子运动方向高度一致，想要保证检测效果，必须确保激振方向和锚杆、锚索轴线方向保持平行，否则可能产生注入SV波等其他类型的弹性波，如图1所示。

如果边坡支护中采用钢制锚杆，则激发出的P波波速一般在5.0～5.2 km/s之间，而SV波的波速通常仅为P波波速的60%左右。因此在针对锚杆进行无损检测的过程中，如果激发出的冲击弹性波既有P 波又有SV 波，则在两种成分波速度差异明显的情况下，需要技术人员采取适当的方法对波的反射进行分析。

图1 激振波类型

（2）残留振动。在锚杆长度检测和灌浆密实度检测中，理想状态下的激振波应该具备较短的残余振动，波形衰减相对较快，否则会对检测产生不利影响，如图2所示。在借助冲击弹性波进行锚杆无损检测的过程中，应尽可能地减少残留振动持续时间，这是提高检测精度的关键，与此同时，也需要做好二次激振的防范工作[3]。

图2 残留振动对比（左侧为良好信号，右侧为不良信号）

（3）锚杆露出长度。锚杆进入岩体内部时，截面积和阻抗的增大，会在界面产生多次反相反射信号，如果锚杆本身露出长度较大，反射信号会影响最终检测结果，这一点在锚杆整体长度较小时表现得更为明显。

3.2 信号提取

在锚杆检测中，技术人员需对冲击弹性波信号进行有效识别和提取。该工程中部分区域的锚杆长度大且灌浆密实度高，导致锚杆底部的反射信号较弱，为准确判断锚杆长度，需要加强对反射信号的有效识别。

3.3 波速计算

在锚杆检测中，需要合理确定各参数值，为后续计算提供保障。锚杆波速Cm的取值在3800～5200m/s范围内波动，会在很大程度上影响锚杆长度检测结果。Cm的影响因素主要包括如下4个：

（1）锚杆类型。在路基边坡支护中，可用的锚杆类型多种多样。该工程中采用中空锚杆，其表面积和体积的比值较大，易受灌浆料的影响，Cm值相比普通钢制锚杆较小。

（2）岩体状况。如果路基边坡岩体为硬质岩体，阻抗接近硬化后的灌浆料，则弹性波在沿着灌浆体传播时，易扩散到周边岩体，很难在界面上形成反射，这种情况下，反射信号中沿锚杆传播的弹性波信号相对更强，Cm值与钢筋波速接近。在一些软质岩石边坡或土质边坡，灌浆料硬化后，与边坡基质在阻抗方面存在很大差异，弹性波在传输过程中也不容易出现逸散的情况，反射信号中沿灌浆体传播的弹性波信号较强，Cm值会有所下降。

（3）灌浆料情况。灌浆料硬化后产生的灌浆体会对Cm的数值产生直接影响，而相应的，冲击弹性波在灌浆料中的传播速度同样会影响Cm的取值。一般来讲，灌浆的密实度越大，灌浆体在边坡中所占的比例越大，Cm的取值也就越接近灌浆料本身的信号传播速度。

（4）反射信号选择。在对反射信号进行检测时，需要选择相应的检测位置，而这个检测位置同样会对波速造成影响。如果路基边坡为软弱岩体，灌浆密实度较差，则沿着锚杆传输的反射信号与沿着灌浆体传输的反射信号会表现出明显的分离态势，这种情况下，检测人员需要依照反射信号对波速进行合理选择。从边坡锚杆支护体系整体角度分析，钢制锚杆在支护体系中占比越大或周围的反射越小，Cm值越接近钢筋的波速。

3.4 特征对比

波形特征对比分析结果会对路基边坡锚杆无损检测精度产生影响。在实际应用中，波形特征对比方法易受检测人员个人因素的影响，导致最终的对比结果可能不够客观精确。为此，需要不断提高检测人员职业道德素养，自觉依照相关规范要求进行操作，最大限度地保障波形特征对比结果的客观性和准确性。

4 路基边坡锚杆无损检测精度提高方法

针对上文提到的各种影响因素，在实施路基边坡锚杆无损检测的过程中，为提高检测结果的精度，可以从以下几个方面着手。

4.1 做好现场准备

正式检测前，现场准备工作非常重要。在确定好具体检测方法后，要将测杆顶端打磨得光滑平整。在传感器安装环节，要求传感器轴线和测杆轴线保持平行，否则在实践中，入射波和反射波之间会存在夹角，无法有效克服相应的二维效应；传感器要安装在测杆顶端，通过黏结方式加以固定，保证安装的牢固性；检测传感器安装位置，确保其能尽可能地将反冲降到最低（理想状态下甚至应该做到无反冲），以保证传感器的安装谐振频率和后续检测工作的顺利实施。

4.2 合理选择激振方式

为保证检测的效果，冲击弹性波无损检测技术需要合理选择激振方式和激振力度。如果选择敲击方式，必须保证敲击动作干脆利落，尽可能减轻激振力度，确保在激振过程中不会出现金属碰撞的声音。同时，应结合具体情况选择激振锤：一般情况下，如果在路基边坡支护中使用的锚杆长度较短，应选择小锤；如果锚杆长度较大，则选择大锤。在借助敲击引发激振时，需要合理确定敲击点的位置，一般应该在端面中间区域引发激振。

4.3 重视设备匹配

考虑到锚杆本身顶端的截面积相对较小，尤其是中空锚杆，通常只能选择较小尺寸的传感器，但小尺寸传感器存在灵敏度差的限制。因此，技术人员应结合实际情况合理选择传感器，确保其能够与放大器相匹配，提升检测效果。

4.4 做好设备固定

依照传感器所处的具体位置，可以采用的固定方式有两种：锚杆顶部固定，其优点是固定牢固，拾取到的信号强度大，不过会占用激振空间，激振力度的影响较大；锚杆侧部固定，与顶部固定相反，侧部固定不会占用激振空间，激振力度影响小，不过传感器的固定不够牢固，拾取到的信号较弱。在实际操作中，可以将两种方法结合使用，实现优势互补，以提高检测结果的可信度。

4.5 锚杆波速标定

锚杆无损检测存在一定的离散性，若仅凭人员经验进行操作，最终检测结果的客观性会受到影响。如果进行室内试验，因为模型体尺寸受到限制，边界条件的影响会远超施工现场，标定的参数与现场数值差异巨大。在这种情况下，需要针对现场不同类型的土质，开展不同注浆龄期锚杆的波速标定试验，促进现场检测精度的提高。

5 结语

在公路工程建设中，无损检测技术在锚杆支护效果检测中因具有低成本、高效率、无损性的特点，而逐步取代了传统的拉拔试验。不过，无损检测技术的应用是一项复杂工程，影响因素众多，需要技术人员进行综合分析和判断，以切实提高检测结果的可靠性和有效性。