超聲波檢測技術在巖土工程中的發展趨勢

曹東勇周亮陳鵬

（1.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450003；2.鄭州工業貿易學校，河南 鄭州 450000）

超聲波檢測技術在巖土工程中的發展趨勢

曹東勇1周亮2陳鵬1

（1.河南省水利勘測有限公司，河南 鄭州 450003；2.鄭州工業貿易學校，河南 鄭州 450000）

通過對巖土的錨固加固，可以使得原巖土處于穩定狀態，確保建筑結構整體的可靠性、安全性、穩定性。關于巖土工程的錨固質量是否滿足要求及標準，需要相關的手段進行檢測。所以，超聲波檢測技術對錨桿的完整性檢測顯得尤為重要。

巖土工程；超聲波檢測；發展趨勢

1 錨桿檢測手段

錨桿檢測技術主要有常規檢測技術與超聲波檢測技術等兩種。常規檢測技術的基本原理是靜載荷對錨桿的壓力或者拉力，由于現代巖土工程的發展，要求檢測具有精度高、實時性以及大面積動態檢測的技術。超聲波檢測技術是現代巖土工程中錨桿檢測的普遍采用的檢測技術。超聲波檢測，即在對錨桿完整性檢測時，不破壞原巖土的基本受力結構，只通過利用一些輔助儀器設備、相關檢測技術手段和數據分析原理，檢測錨桿在巖土中是否完整，是否存在一定的缺陷，并判斷出錨桿存在缺陷的類別、出現缺陷的準確部位以及缺陷的大小尺寸等，特別適用于巖土工程大面積檢測工程。

1.1 常規錨桿錨固質量檢測技術

常規錨桿檢測技術是一種依據靜力錨固質量檢測法，即工程中的拉拔試驗法。主要根據試驗壓力計和位移計所測得的數據信息，利用相應轉換公式，整理出相應的錨固桿在巖土中位移與荷載間的變化曲線，從而分析出巖土錨桿錨固性能。在大量巖土工程實踐和巖土工程研究中發現，常規的靜力檢測法僅對巖土中錨桿進行損壞性靜態檢測分析，并且其檢測結果在很大程度上具有局限性，此外常規檢測技術不能對大面積建筑工程錨桿錨固質量進行動態檢測。由于常規檢測中采用拉拔試驗手段獲得的數據僅僅是錨固力的一個綜合值，如果錨桿存在缺陷，不能明確缺陷在錨桿的具體位。因此，常規的檢測技術僅可以檢測出錨桿是否完好，不能準確判斷缺陷存在的具體位置。

1.2 超聲波檢測技術

超聲波檢測是不破壞原巖土的受力結構，應用相關的檢測設備對錨桿進行檢測。在檢測時，對桿端進行外力震擊，從而引起桿端的劇烈振動，并產生沿錨桿向桿底傳播的應力波。如果應力波的波形、波速、波峰值保持不變，在錨桿中均勻傳播，則表明錨桿的完整性比較好。如果應力波的波形、波速、波峰值發生變化，則表明沿錨桿長度方向上存在缺陷。由于超聲波檢測對錨桿不產生破壞，所以特別適用于重要巖土工程大面積檢測工程。

2 錨固錨桿應力波超聲波檢測工作流程

在進行錨桿超聲波檢測數據分析之前，首先要調查清楚圍巖土地的基本地質狀況，然后再標定錨桿桿頭應力波速度，利用檢測裝置采集反射波反射回來的數據，通過一系列的分析整理獲取巖土中錨桿的長度、錨桿的完整程度等基本信息。因此，超聲波檢測技術基于應力波檢測的工作流程大致為：收集圍巖地質基本資料，標定應力波速大小，利用檢測儀器進行數據動態采集，拉拔抽檢試驗、時域波形分析、頻譜分析以及時頻頻譜分析等，最后準確獲取錨桿的長度和完整度。

3 錨桿超聲波檢測技術基本原理

當錨桿桿端受到外力震擊后，就會引起桿端的劇烈振動，并產生應力波沿錨桿向桿底處傳播。如果錨桿質量完好，則錨桿為應力波提供了一個均勻傳播的介質，此時應力波的波形、波速、波峰值均保持不變。如果存在缺陷，則應力波就會在不均勻的材料中傳播，在有缺陷部位應力波將發生突變，從而使得應力波的波形、波速、波峰值發生變化，會發生透射波、反射波或者散射波等現象。實際檢測工程中發現，由于透射波在受到錨桿內非均勻介質的作用下，儀器很難準確測量其具體值；可以通過對反射波的分析獲得錨桿的質量水平，當應力波反射傳播到錨桿桿頂時，由原先裝置在錨桿桿頂處加速度或速度計應力波傳感器采集測得。由于反射波的數據信息代表著錨桿質量的相關信息。因此，對反射波攜帶的數據進行信息分析后，就可以得出錨桿質量的完整程度，從而可以獲取錨桿的綜合安全性能指標。

4 超聲波檢測中錨桿錨固失效分析

4.1 錨桿桿體鋼筋拉斷

鋼筋是圍巖錨桿中的主要受力體，主要提供拉力，同時由于錨桿底端的絲扣部位，經常性出現幾個應力共同作用，使其該處發生應力集中。當應力增大到一定程度時，則會使錨桿中的鋼筋拉斷。為了解決鋼筋被拉斷，實際工程中常對鋼筋進行熱處理，從而提高鋼筋的韌性，防止鋼筋拉斷現象的發生。

4.2 托板失效

由巖土工程可知，在實際工程中常發生錨桿托板失效現象，為了解決托板失效，實際工程施工時通常選用增大錨桿托板的厚度，或采用高強度鋼材等提高錨桿托板的耐壓性能，從而提高錨固結構整體的性能。

4.3 局部薄弱點破壞，致使錨空失效

大量巖土工程實踐表明，由于巖土圍巖局部薄弱部位發生破壞引起錨桿出現錨空失效現象。當采用錨固錨桿技術進行巖土工程加固支護時，由于在圍巖中薄弱點處荷載產生的應力分布不均勻，就會在圍巖的薄弱環節處出現局部破壞現象，導致錨桿的切向錨固力瞬間減小甚至消失，錨桿的徑向錨固力也隨之減小，錨固結構支護性能降低，發生錨桿錨空失效現象。

5 結語

巖土工程超聲波檢測技術是在高新技術快速發展的基礎上形成的，具有操作簡便、檢測速度快、受環境影響小、對巖體無損壞、數據結果精度高等特點，在建筑巖土工程錨桿質量檢測領域中有非常大的發展空間。

[1]高海軍.斷層破碎帶隧道圍巖穩定性分析[J].蘭州工業學院學報，2013（04）.

U442

A

1003-5168(2014)03-0014-01

曹東勇(1983.11—)，男、山西運城人，工程師，工學學士，研究方向：巖土工程勘察、施工。