高速公路锚杆锚固质量无损检测技术研究

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1、高速公路锚杆锚固质量无损检测技术研究王军民陈华（此篇文章已经发表于：地球物理学进展2004第19卷第4期）(1.长江大学434023；2.长江水利委员会长江工程地球物理勘测研究院（武汉）430019)摘要：采用LX岩土工程质量检测分析仪应用声频应力波法对高速公路路堑边坡锚杆进行无损检测，对各类锚杆的锚固质量检测和分级可行、有效。由于在公路系统锚杆锚固工程锚杆无损检测属首次应用，一些锚杆的锚固体系的无损检测条件不太理想。今后，随着应用的增多，锚杆的设计和施工进一步接近无损检测条件，相信声频应力波法对锚杆锚固质量的无损检测及高速公路的建设会提供更好的质量保障。关键词：锚杆；锚固；无损检测；超磁R

2、esearchonanchorbarqualitynondestructivetestingtechniqueonhighwayAbstractItisfeasibleandeffectivetoinspectandclassifythequalityofanchorreinforcementtotheslopesofhighwayroadbythemethodofstresswaveinthesectionofsoundfrequencywithLXinspectingapparatusofgeotechnicalengineeringwithoutdamage.Becauseofthel

3、ackofexperiences,theno-damageinspectingconditionsofsomeanchorsarenotideal.Withtheincreaseofanchorapplicationinhighwayconstruction,theinspectingconditionwillbegettingbetter,sotheno-damageanchorinspectingmethodwithstresswaveofsoundfrequencywillprovidereliablesupportforthequalityofanchorreinforcementt

4、otheslopesofhighwayroad.Keywordsanchorbar,anchorquality,nondestructivetesting,supermagnetism0　前言全长粘结砂浆锚杆握裹水泥砂浆的灌注饱满与否是锚杆能否按设计要求起作用的重要指标。传统的测试方法是抗拔试验，但这种方法并不能完全确定其施工质量。试验表明，对于高强螺纹锚杆，当锚固长度达到锚杆直径的42倍时，握裹力不再随锚杆长度的增加而增加。高速公路锚杆的长径比达到了200~500，所以，仅用抗拔力指标来检验施工质量不能反映水泥砂浆的灌注饱满程度。采用声频应力波对锚杆的锚固质量进行无损检测，配合抗拔力试验，

5、进行综合分析，有可能对锚杆的锚固质量作出较全面的评价[1]。本文结合高速公路路堑边坡整治和边坡加固工程质量检测评价的需要，尝试用声频应力波无损检测技术和抗拔试验方法相结合对工程锚杆锚固质量进行检测，探索了声波锚杆无损检测技术的可行性。1　检测原理当工程锚杆构件的尺寸为圆柱体且其直径d远远小于其长度L时，即L>>d，加之锚固体中的弹性波传播速度远大于其围岩（或土体）的波速，所以锚杆可以作为一维杆件的波动理论分析处理。锚杆中传播的一维弹性波波动方程可以表示为：（1）式中，u为截面的纵向位移；x,t为空间、时间坐标；g为锚杆周围介质的阻尼系数；S、E分别表示锚杆的截面积及锚杆材料的弹性模量；C为锚

6、杆的纵波波速：，r为锚杆材料的质量密度。在小阻尼情况下，式（1）的解可近似简化为：（2）式中，为衰减因子，w为无阻尼条件下的圆频率。由式（2）可见，波在传播过程中幅值随传播时间的增加按指数规律衰减；当值不变时，值或r值愈小则波幅值随时间衰减愈快。在由锚杆、混凝土砂浆和围岩组成的体系中，由锚杆端部发射的声波经杆体向四周传播，在锚杆与砂浆、砂浆与围岩等界面发生入射、反射和透射。入射波应力为反射波应力与透射波应力之间的关系分别为：（3）（4）式中，Z=rCA为波阻抗，r、C、A分别为介质的密度、声速和截面积。从上述公式及图1可以看出，当杆中某一截面面积或材料性质发生改变时，将在该截面处发生反射和透

7、射，其反射和透射波的大小与截面面积和波阻抗相对变化的程度有关。如图2，与变截面杆相类似，在锚杆体系中锚杆、砂浆、和围岩三者之间浇灌均匀密实时，应力波的能量大部分透射到围岩体中，只有小部分能量反射回来，且反射信号极有规律。当砂浆浇灌不均匀、密实时，在砂浆中出现空穴，在空穴处将出现不同程度的波阻抗变化面。表现在原有的信号中迭加了强度不同的反射信号，或在不应出现反射波处有反射信号，根据反射波位置和反射信号的强弱，就