公路护栏立柱埋深冲击弹性波检测技术

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1、公路护栏立柱埋深冲击弹性波检测技术体系（升拓检测浙江宁波NCIT）摘要：我公司研发的钢质护栏立柱冲击弹性波检测仪是基于冲击弹性波的检测方法，该方法的基本原理与超声波相同，所不同的是采用电磁激振的方式诱发冲击弹性波。其具有激振能量较大、波长较长（衰减相对较小）、基本参数（波速）稳定等优点，使得其测试深度较深，不仅适合于新设立柱，也能够适合于埋设时间较长的既设立柱.关键词：护栏立柱埋深，冲击弹性波，立柱埋深检测，立柱无损检测公路的护栏是关系到交通安全的非常重要的设施。其中，护栏立柱是最主要的抗力装置，被称为“最后

2、一道安全屏障”。立柱作为承受车辆驶出路外冲击力的主体，是否按照设计要求有足够的埋入深度，直接影响到其对车辆的防护能力，是极其重要的指标。从已建成的高速公路项目来看，大部分项目质量达到了要求，成为促进经济发展和社会进步的重要基础设施。但因种种原因，部分项目隐蔽工程存在隐患，安全问题令人勘忧。2006年底，我国高速公路通车里程已达4.54万公里，根据国家高速公路网建设规划，未来15年间，我国建成8.5万公里国家高速公路网。由于护栏立柱数量庞大，土质条件复杂等客观原因，以及其他主观方面的因素，使得不少护栏立柱未能达

3、到设计埋深，为交通安全带来很大的隐患。在2004年12月，中央电视台“焦点访谈”节目中，对山西祁临高速公路护栏立柱埋入深度严重不足的问题作了专题报道后，引起了道路使用者、交通行业乃至全社会的广泛关注。近年来，随着电子技术的飞速发展和交通安全的迫切需要，国内外对此进行了更加积极的研究和开发，并取得了突破性的进展。日本的国土交通省于2010年3月颁布了“非破壊試験による鋼製防護柵の根入れ長測定要領(案)”（中文译名：钢质护栏埋深无损检测规范），而我国于2010年8月正式颁布了国家标准“钢质护栏立柱埋深冲击弹性波检

4、测仪（GB/T24967-2010）”，更是标志着钢质护栏立柱埋深的无损检测技术进入了实用化阶段。我国在2010年8月颁布的国家标准：“钢质护栏立柱埋深冲击弹性波检测仪（GB/T24967-2010）”中，则对测试设备的原理、构成以及精度等方面提出了明确的要求。从测试方法来看，大致可以分为三类：1)电磁感应法：该方法是在立柱内侧钻孔，插入电磁感应探头。当探头周围有金属（立柱）和没有金属时，感应的电流会发生明显的变化，据此既可探测立柱的埋深。该方法原理简单，测试精度也较高，但需要在立柱内钻孔，测试工作量大，对土

5、质也有松动，现在较少使用；2)超声波法：该方法采用超声波测试装置，在立柱的侧面安装探头并激发超声波信号，通过接收从立柱底部的反射信号，并根据其传播时间和传播速度来推算立柱的埋深。何成富等（2008）提出了一种利用超声波导波技术的测试方法[9]。该方法在立柱周围粘贴24片压电片，通过激发轴对称导波模态来测试立柱深度3)冲击弹性波法：本书作者开发了基于冲击弹性波的检测方法[10][11]。该方法的基本原理与超声波相同，所不同的是采用电磁激振的方式诱发冲击弹性波。由于其具有激振能量较大、波长较长（衰减相对较小）、基

6、本参数（波速）稳定等优点，使得其测试深度较深，不仅适合于新设立柱，也能够适合于埋设时间较长的既设立柱。通过对近10条高速公路的现场测试和大量的验证，证明该方法具有较高的测试精度和信赖性，能够达到工程实际的要求。EDMA-I型钢质护栏立柱埋深冲击弹性波检测仪测试的基本原理基于冲击弹性波的立柱埋深测试的基本原理与基桩的健全性测试相同，即利用弹性波的反射特性，根据标定所得的弹性波波速，并通过立柱底部的反射时刻进而推算立柱的长度及埋深。在实际的测试中，可以利用1个频道的重复反射法测试，适合短立柱的测试；也可以利用2个

7、频道的单一反射法测试，适合长立柱的测试。EDMA中将这2种测试方法合并，采用的是2个通道的测试方法，只是在数据处理方式上加以区分。单频道测试双频道测试图2-2-1测试原理概要利用自动激振装置在柱头截面上发出一个脉冲信号，该脉冲信号在立柱的端面发生反射。通过对发射信号及反射信号的抽出，从而可以计算立柱长度及埋深。公路护栏立柱埋深冲击弹性波检测技术体系13图2-2-2A测试示意图图2-2-2B发射信号及反射信号2.2.1.1单一反射法利用首次反射信号，根据其传播时间按下式即可计算出立柱长度和埋深。()/2SRSL

8、=L+V×T-T其中，L：为立柱长度，SL：传感器与立柱顶部间距离RT：反射波到达时刻，ST：发振波到达时刻V：在立柱中的弹性波波速，在本系统中采用P波。其波速可以通过下式计算或实测。把立柱作为1维物体，其中传播的P波波速公路护栏立柱埋深冲击弹性波检测技术体系14rVVEP==其中，E为立柱材料（钢材）的弹性模量（杨氏模量），一般在200到210GPa之间。r为立柱材料（钢材）的密度2.2.1.2重