锚索长度检测技术.doc

升拓检测技术文库-W-岩锚 锚索长度检测技术摘要：在岩锚施工过程中，锚索长度不足也是一个普遍现象。如果锚索不能有效地穿过潜在滑裂面，有可能造成很大的安全隐患。因此，合理地把握其长度是非常必要的。关键词：锚索长度；冲击弹性波1 测试的基本原理锚索长度检测的基本原理与锚杆的测试相同:1) 基本理论基础：两种不同媒介垂直入射反射波入射波透过波变化的机械阻抗面发生的反射和通过充填良好：激振信号呈指数快速衰减，持续时间短激振信号杆底反射信号充填不良：激振信号不规则，衰减慢，持续时间长激振信号杆底反射信号基于能量衰减特性的原理但由于以下原因，使得锚索的测试更加困难：1) 锚索的长度可达60米，甚至更长；2) 由于钢绞线的构造特点，弹性波在钢绞线中的衰减要远远快于锚杆中的衰减；3) 锚头的型式更为复杂；为此，我们开发了一系列旨在提高对索底反射波形拾取的方法。此外，关于岩体锚索灌浆质量的检测，目前只能对孔口附近的灌浆密实度进行定性检测。而关于预应力梁的灌浆密实度检测，我们有较为完整的测试方案，请参见“SCIT-1-TEC-01-2011-预应力梁质量综合检测技术方案”(/show_201006111340085134_430.html)。2 基础模型试验（锚索、山西交科院）锚索长度的测试对象模型梁，910cm*100cm*25cm（长*高*厚），混凝土为C40，测试时龄期分别为6D，7D。不完整孔道（N4），位于梁体最下方，设有4根钢绞线，略有张拉。应相关方要求，对孔道N4其中一根钢绞线进行了测试，测试结果如下：测试情景 测试/解析波形锚索的速度采用钢绞线的理论波速5.01Km/s（高强钢的理论波速）作为锚索长度计算波速。测试结果表明，精度是十分令人满意的。此外，从测试波形可以看出，该钢绞线的灌浆部分不长。测试结果一览表测试次数计算波速(Km/s)长度结果(m)平均值(m)实际长度(m)相对误差（%）15.013.3133.4183.40.5%25.013.43535.013.5073 现场验证与应用（锚索、湘桂高铁、2010年12月）本次测试对象为高铁用预应力箱梁，长度31.6m，混凝土设计强度为C50。对象锚索实际长度为32.0米，孔道内已灌浆并固化。锚索的速度采用钢绞线的理论波速5.01Km/s作为计算波速。5次测试的平均值为31.15m，相对误差为-2.66%。测试结果表明，精度是十分令人满意的。图3-2-23-2-4分别是测试波形、解析波形和解析云图，可以看出：1） 每次测试的结果之间均有一定的偏差，因此增加测试次数并引入积算平均等处理方法是必要的；2） 我们开发的反射信号增强及识别方法是非常有效的。测试情景图中，蓝十字表示激振信号和反射信号的起点，可由软件自动识别，也可人工识别。 测试波形/解析波形一览解析云图4 现场验证与应用（锚索、贵州遵毕高速、2012年6月）本次测试对象为边坡锚索，设计长度为20米，露出约0.15米。同样，锚索的速度采用钢绞线的理论波速5.01Km/s作为计算波速，测试结果如下：锚索测试结果一览表测试次数最大测试值(m)最小测试值(m)单纯平均值(m)最优推定值(m)测试误差共10次27. 118.421.3%可以看出，测试结果是非常令人满意的。解析波形图5 测试精度的影响因素对于锚索、锚杆的长度测试，影响其测试精度的最重要的两个因素为：1） 索（杆）端反射信号的提取；2） 弹性波传播速度的选取。5.1 索（杆）端反射信号的提取为了更加有效地提取反射信号，我们开发和集成了一系列信号分析方法，主要有： 1） 利用信号匹配技术以提高反射信号的识别精度；2） 利用积算平均、数值积分等方法以提高信噪比S/N；3） 利用高分辨力频谱分析的方法以提高对短锚索（杆）长度的分析能力；4） 信号增幅（TAR）；5） 速度积分6） 自动分析与人工分析并取得了发明专利（ZL200910082851.4）：灵活有效地应用上述方法可以有效地增强对反射信号的分辨力，从而提高测试精度。图（3-3-1）和（3-3-2）即体现了速度积分的效果。详细请参见【岩锚质量综合检测教程】。加速度信号的解析结果积分速度信号的解析结果5.2 弹性波传播速度的选取在锚杆或锚索钢绞线上激振产生的冲击弹性波的传播途径有两个，即：（1） 沿锚杆（索）传播和反射，其传播速度在规范中称为杆体波速；（2） 沿锚杆（索）与周围灌浆体，乃至于周围岩体所形成的混合体传播，其传播速度在规范中称为杆系波速；不同传播路径其中，杆体波速即为钢材的1维P波波速。对于锚索，其值可取为5.01km/s，对于锚杆，其值可取为5.18。另一方面，杆系波速所受的影响因素很多，与材质之间的阻抗差，均质性以及对象长度等均有关。然而，沿锚杆（索）传播和反射的信号随着传播长度的增加会逐步衰减，而从混合体传播的信号则相对更加显著。为此，我们利用大尺寸模型试验对杆系速度的影响因素进行了分析。应云南航天工程物探检测股份有限公司邀请，我公司对一片试验梁的4根锚索进行了现场测试。该试验梁设计尺寸为10.0m*0.4m*0.9m（长*宽*高），设计强度为C50。试验梁内部布置有4根外径为70mm的SBG塑料波纹管，波纹管内部有5束预应力钢绞线，灌浆料为不低于40MPa的水泥浆。模型梁 管道位置图各管道注浆情况波纹管编号N1N2N3N4平均灌浆指数0.8450.8520.9050.041缺陷情况1m左右缺陷0.5-1m缺陷缺陷很少空管由于各锚索长度均为10m，因此我们可以据此反算计算波速。不同的分析方法得到的结果如下面各表。N1计算波速(km/s)速度积分不积分积分分析方法单一反射考虑重复反射单一反射重复反射测试结果（第1次）4.8134.6084.7364.782测试结果（第2次）5.0234.9124.7774.857测试结果（第3次）4.6004.6114.5524.853N2计算波速(km/s)速度积分不积分积分分析方法单一反射考虑重复反射单一反射重复反射测试结果4.7714.7114.9214.899N3计算波速(km/s)速度积分不积分积分分析方法单一反射考虑重复反射单一反射重复反射测试结果4.6854.6794.6684.695N4计算波速(km/s)速度积分不积分积分分析方法单一反射考虑重复反射单一反射重复反射测试结果4.6974.6974.6474.655测试结果表明：（1） 各方法测试得到的结果差别不大；（2） 锚索的计算波速与灌浆密实度的关系不大，推测其原因在于在激振时，垫板也受到扰动，从而使得弹性波通过垫板传递到锚索周围的固结体中；6 公司测试设备的特点岩锚多功能检测仪SRB-MATS-S1) 集成度高在本套测试设备SRB-MATS中，集成了多种测试技术，可相互补充、印证，而且具有丰富的图形处