锚索长度检测技术

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

变化的机械阻抗面发生的反射和通过

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：

2z

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

3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3-2-2～3-2-4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

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：

C；

（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

b （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

C；

传播速度在规范中称为杆系波速

t

不同传播路径

C即为钢材的1维P波波速。对于锚索，其值可取为5.01km/s，其中，杆体波速

b

C所受的影响因素很多，与材质之对于锚杆，其值可取为5.18。另一方面，杆系波速

t

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

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)

N2计算波速(km/s)

N3计算波速(km/s)

N4计算波速(km/s)

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；