如何檢測(cè)錨索及張力及錨桿及長(zhǎng)度和灌漿密實(shí)度

1、SCIT-PID-SRB-2014-01巖錨多功能檢測(cè)儀SRB-MATS-S(YMJC 1.1)2014-02-08初稿2014-07-15修訂2014-08-19修訂2014-11-07修訂四川升拓檢測(cè)技術(shù)有限責(zé)任公司目錄一產(chǎn)品描述1二儀器參數(shù)1三產(chǎn)品特點(diǎn)2四發(fā)明專利3五測(cè)試原理介紹31.錨桿張力檢測(cè)32.錨桿長(zhǎng)度測(cè)試原理43.基于反射特性的灌漿密實(shí)度測(cè)試方法64.基于振動(dòng)衰減特性的灌漿密實(shí)度測(cè)試方法9六產(chǎn)品功能11七產(chǎn)品配置11八部分工程案例13巖錨多功能檢測(cè)儀SRB-MATS-S1 產(chǎn)品描述該儀器主要應(yīng)用于公路、鐵道、水利、港口等大型工程建設(shè)項(xiàng)目的隧道、邊坡錨桿，錨索的質(zhì)量檢測(cè)，可以測(cè)試

2、其張力，以及錨桿的長(zhǎng)度，對(duì)灌漿密實(shí)度也可以進(jìn)行定性的測(cè)試。在錨桿長(zhǎng)度、灌漿密實(shí)度的測(cè)試中，采用了獨(dú)特的降噪技術(shù)和反射信號(hào)提取技術(shù)，并獲得國(guó)家發(fā)明專利（ZL200910082851.4）；在錨桿（索）張力測(cè)試中，也采用了一種測(cè)試預(yù)應(yīng)力錨固體系張力的無(wú)損檢測(cè)方法，并獲得國(guó)家發(fā)明專利（）。2 儀器參數(shù)1. 平臺(tái)：小型一體化平臺(tái)2. 顯示 分辨率：液晶顯示 1280*8003. 操作系統(tǒng)（主控系統(tǒng)）：windows4. 工作溫度：-10505. 工作電壓：12V，連續(xù)工作8小時(shí)以上（電池可更換） 6. 采樣精度：浮點(diǎn)插值補(bǔ)償至24位7. 最大采集頻率：500KHz,可調(diào) 8. 最小采樣間隔：2us，可

3、調(diào)9. 最大采集點(diǎn)數(shù)：20,000個(gè),可調(diào)10. 存儲(chǔ)量：本機(jī)自帶60G硬盤(pán)，可擴(kuò)展11. 幅值測(cè)量級(jí)線性：±12. 采集器帶寬：1Hz-30kHz(頻帶寬度)13. 聲時(shí)長(zhǎng)度不確定度：1.0%(錨桿長(zhǎng)度大于1m) 14. 激振方式：人工激振（激振錐、激振錘）；自動(dòng)激振（智能激振裝置）15. 噪聲處理：采用消減沖擊彈性波激振殘留信號(hào)以識(shí)別反射波信號(hào)的方法，平滑/LPF/BPF/HPF/合成增幅16. 統(tǒng)計(jì)處理：各種平均、偏差處理以及異常信號(hào)的自動(dòng)抽取 17. 信號(hào)處理：積分處理、頻譜分析、相關(guān)分析、積算處理18. 圖形處理：等值線、濃淡圖19. 錨桿長(zhǎng)度、灌漿密實(shí)度測(cè)試方法：按照相關(guān)

4、規(guī)范20. 錨桿長(zhǎng)度、灌漿密實(shí)度測(cè)試范圍：最大20m21. 錨索張力的測(cè)試方法：等效質(zhì)量法（TTEM）22. 錨索張力的測(cè)試范圍：需事前標(biāo)定23.24. 激振方式：人工激振（激振錐、激振錘）；自動(dòng)激振（智能激振裝置）25. 數(shù)據(jù)采集：支持觸控、無(wú)線雙操控，以及單點(diǎn)、連續(xù)雙模采樣26. 支持GPS定位（選配）3 產(chǎn)品特點(diǎn)1. 功能強(qiáng)大：可測(cè)試巖錨桿（索）的長(zhǎng)度、張力以及錨頭附近的灌漿密實(shí)度等；2. 技術(shù)先進(jìn)：兼容國(guó)內(nèi)外多種技術(shù)和本公司獨(dú)創(chuàng)技術(shù)，測(cè)試精度較高，操作簡(jiǎn)便、效率高；3. 測(cè)試范圍：從1m60m，在條件理想時(shí)可達(dá)100m；4. 性能可靠：主要元器件均由日美等國(guó)家進(jìn)口，可靠性高，耐久性強(qiáng)；

5、5. 技術(shù)支持：多個(gè)大尺寸的模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，具備雄厚的技術(shù)支持能力；6. 操作簡(jiǎn)便：觸摸屏與遙控操作雙重選擇，也可一人測(cè)試，效率高。四發(fā)明專利1) 沖擊彈性波激勵(lì)殘留信號(hào)的消減及反射信號(hào)的抽出技術(shù)，ZL200910082851.4；。五測(cè)試原理介紹長(zhǎng)期以來(lái)，不少學(xué)者致力于預(yù)應(yīng)力錨桿張力損失因素探討，并有學(xué)者通過(guò)借鑒空懸錨索（如懸索橋、斜拉橋）的張力測(cè)試方法試圖測(cè)試巖體錨索自振頻率與張力之間的關(guān)系來(lái)推算，張力越大，自振頻率越高。等效質(zhì)量法埋入式錨索在錨頭激振時(shí)，其誘發(fā)的振動(dòng)體系并非固定不變，而是會(huì)隨著錨固力的變化而變化。錨固力越大，參與自由振動(dòng)的質(zhì)量也就越大。在此基礎(chǔ)上，我們提出了基于“等效

6、質(zhì)量”原理的有效張力測(cè)試?yán)碚摵蜏y(cè)試方法。利用激振錘（力錘）敲擊錨頭，并通過(guò)粘貼在錨頭上的傳感器拾取錨頭的振動(dòng)響應(yīng)，從而能夠快速、簡(jiǎn)單地測(cè)試錨索（桿）的現(xiàn)有張力。 在錨桿中間的某處的灌漿出現(xiàn)根據(jù)不密實(shí)現(xiàn)象時(shí)，相當(dāng)于出現(xiàn)材料的不連續(xù)性。這種不連續(xù)性可以用機(jī)械阻抗來(lái)表示。（一般用來(lái)表示材料的機(jī)械阻抗，這里的是斷面截面積）發(fā)生變化的邊界面上，傳播的彈性波會(huì)產(chǎn)生波的反射和透過(guò)。1) 基本理論基礎(chǔ)：兩種不同媒介垂直入射這是最簡(jiǎn)單的一種情況，例如在錨桿的底部，錨桿與周?chē)鷰r體之間就存在較大的阻抗差。此時(shí)，激振產(chǎn)生的彈性波的反射可以分析如下：入射波反射波透過(guò)波圖1變化的機(jī)械阻抗面發(fā)生的反射和通過(guò)這里，表示單元1

7、的粒子的運(yùn)動(dòng)速度（入射和反射），表示單元2的粒子的運(yùn)動(dòng)速度。在界面上產(chǎn)生彈性波的反射以及通過(guò)，可以表示如下：反射波： (1)透過(guò)波： (2)此外，反射波和透過(guò)波的大小用振幅率來(lái)表示。振幅反射率： (3)振幅透過(guò)率： (4)彈性波的反射和透過(guò)具有如下性質(zhì)。(1) 媒介的機(jī)械阻抗相同（），那么就算材料不同，也不會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)；(2) 兩種媒介的機(jī)械阻抗相差越大，反射率也越大。對(duì)于錨桿檢測(cè)而言，錨桿的先端是軟弱土層時(shí)，其反射信號(hào)則要比先端是堅(jiān)硬巖石時(shí)更為明顯；(3) 在機(jī)械阻抗減少（）時(shí)，反射波和入射波符號(hào)相同（相位相同）。當(dāng)錨桿的先端是土層和松散巖體、混凝土?xí)r，其反射信號(hào)與激振信號(hào)同向，而在先端是堅(jiān)硬

8、巖石，其反射信號(hào)有可能與入射信號(hào)反向。充填良好：激振信號(hào)呈指數(shù)快速衰減，持續(xù)時(shí)間短激振信號(hào)桿底反射信號(hào)充填不良：激振信號(hào)不規(guī)則，衰減慢，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)激振信號(hào)桿底反射信號(hào)3.基于反射特性的灌漿密實(shí)度測(cè)試方法為了在提高測(cè)試精度的同時(shí)兼顧測(cè)試效率，因此我們采用了基于沖擊彈性波的兩種方法進(jìn)行測(cè)試。具體請(qǐng)參考表1。灌漿缺陷處錨桿灌漿不密實(shí)示意圖表1錨桿灌漿密實(shí)度測(cè)試項(xiàng)目一覽表測(cè)試方案方案簡(jiǎn)介備注基于反射特性在錨桿露出端上激振與受信，根據(jù)反射信號(hào)的位置和強(qiáng)度來(lái)測(cè)試灌漿密實(shí)度理論上可測(cè)試整個(gè)錨桿的灌漿密實(shí)度，并能夠進(jìn)行缺陷定位基于振動(dòng)衰減特性在錨桿露出端上激振與受信，根據(jù)殘留振動(dòng)的衰減特性來(lái)測(cè)試灌漿密實(shí)度可測(cè)

9、試露出端部附近的灌漿密實(shí)度 錨桿灌漿質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)示意圖充填良好：1） 桿底反射信號(hào)微弱2） 之前無(wú)明顯反射激振信號(hào)桿底反射信號(hào)充填不良：1） 桿底反射信號(hào)明顯2） 之前有明顯反射激振信號(hào)桿底反射信號(hào)缺陷反射信號(hào) 基于反射特性的原理2) 基本理論基礎(chǔ)：中間有不同夾層的情況當(dāng)一種材料中夾有另一種材料，例如在錨桿中有局部灌漿不密實(shí)的場(chǎng)合，在媒介1（）和媒介2（）的兩個(gè)交界處均會(huì)產(chǎn)生的透過(guò)和反射，如下式所示。當(dāng)入射波是調(diào)諧波時(shí)， (5)其中，：振幅的透過(guò)率（絕對(duì)值）：媒介-2中的波數(shù)：媒介-2的長(zhǎng)度媒質(zhì)-1媒質(zhì)-1媒質(zhì)-2入射波反射波透過(guò)波灌漿缺陷介入不同的媒介時(shí)彈性波的反射同樣，可以得到振幅反射率的

10、絕對(duì)值： (6)因此，在有不同媒介介入的場(chǎng)合下，(1) 反射（通過(guò)）率與頻率相關(guān)，通常高頻波容易反射。(2) 在特定的頻率下,即也就是（7）時(shí)反射波消失。左右的灌漿缺陷就會(huì)難以檢測(cè)。3) 基本理論基礎(chǔ)：反射能量如前所述，根據(jù)桿底反射信號(hào)的強(qiáng)弱也可以判斷錨桿灌漿質(zhì)量的好壞。而桿底反射信號(hào)的強(qiáng)弱可以用下式表示：（8）其中，：桿底反射信號(hào)的振幅、：基準(zhǔn)點(diǎn)的振幅 ：因幾何衰減造成的振幅比 ：因材料粘性衰減造成的振幅比 ：因反射衰減造成的振幅比其中，幾何衰減和反射衰減是最主要的能量衰減。(1) 幾何衰減（又叫擴(kuò)散衰減）：激發(fā)的彈性波伴隨傳播距離的增加，前鋒波面增大，單位面積的能量減小。在灌漿密實(shí)的錨桿中

11、，彈性波沿著錨桿與灌漿料的接觸面向四周逸散，因此其振幅與傳播距離接近反比關(guān)系。另一方面，如果灌漿質(zhì)量不好，彈性波無(wú)法從空腔部分向四周逸散，因此衰減較??；(2) 反射衰減：如前所述，桿底的反射與其前端的巖體的力學(xué)特性，以及與巖體的粘結(jié)程度有很大的關(guān)系。當(dāng)然，巖體約堅(jiān)硬，越小。在錨桿頂端激振后，會(huì)在錨桿上誘發(fā)振動(dòng)。根據(jù)振動(dòng)的特性，也可以推斷錨桿（特別是錨頭附件）的灌漿質(zhì)量。將錨桿有關(guān)的振動(dòng)部分簡(jiǎn)化成一個(gè)振動(dòng)系統(tǒng)后，其力學(xué)模型如下圖所示。在錨桿頂部作用一個(gè)沖擊力后，系統(tǒng)將產(chǎn)生自由衰減振動(dòng)（即殘留振動(dòng)）。振動(dòng)分析模型當(dāng)沖擊時(shí)間較短時(shí)，可以把沖擊力簡(jiǎn)化為一脈沖信號(hào)，其沖擊力隨時(shí)間的積分可以表示為： （9

12、）圖2-2-8 脈沖信號(hào)簡(jiǎn)化圖其中，為德?tīng)査瘮?shù)，具有以下性質(zhì)： （10）在該脈沖信號(hào)的沖擊下，振動(dòng)系統(tǒng)的響應(yīng)（即為自由振動(dòng)或殘留振動(dòng)）可以表示為： （11） 其中：為角頻率，；為反映系統(tǒng)剛性的彈簧系數(shù)；為衰減比，；為阻尼系數(shù)；可以看出，衰減比直接影響到振動(dòng)衰減的快慢。當(dāng)灌漿質(zhì)量好時(shí)，振動(dòng)能量衰減小，振動(dòng)時(shí)間變長(zhǎng)。六產(chǎn)品功能類別參數(shù)噪聲處理平滑/LPF/BPF/HPF/合成增幅統(tǒng)計(jì)處理各種平均、偏差處理以及異常信號(hào)的自動(dòng)抽取信號(hào)處理積分處理、頻譜分析、相關(guān)分析、積算處理圖形處理等值線、濃淡圖錨桿灌漿密實(shí)度測(cè)試內(nèi)容錨桿灌漿質(zhì)量測(cè)試方法反射法測(cè)試范圍最大20m錨索張力測(cè)試內(nèi)容錨頭張力（各錨索之和）

13、測(cè)試方法等效質(zhì)量法測(cè)試范圍需事前標(biāo)定錨桿、錨索長(zhǎng)度測(cè)試內(nèi)容錨索、錨桿長(zhǎng)度測(cè)試方法反射法測(cè)試范圍錨桿長(zhǎng)度7 產(chǎn)品配置巖錨多功能檢測(cè)儀SRB-MATS-S序號(hào)部件名稱規(guī)格型號(hào)數(shù)量備注一、儀器主體1儀器主機(jī)PC-B-011臺(tái)含充電器2便攜式儀器箱1個(gè)二、工具1加速度傳感器S305M-16 3個(gè)2激振系統(tǒng)1套自動(dòng)激振系統(tǒng)1套激振控制器1個(gè)智能激振振源1套人工激振系統(tǒng)1套3其他工具1套三軟件系統(tǒng)1套四遙控筆無(wú)線采集1套五GPS模塊1套選配六附件1套七備品1套八部分工程案例1. 部分案例一覽表巖錨多功能（SRB-MATS-S）一覽表序號(hào)項(xiàng)目名稱委托單位測(cè)試內(nèi)容測(cè)試地點(diǎn)測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)度密實(shí)度錨索張力1四川省甘孜

14、州雅江縣兩河口水電站錨桿長(zhǎng)度中國(guó)水利水電第16工程局有限公司四川·甘孜州2某隧道錨桿長(zhǎng)度甘肅省交通科學(xué)研究院有限公司甘肅·蘭州3某邊坡錨索長(zhǎng)度張力云南建科院云南·昆明4永川巖錨長(zhǎng)度中鐵8局重慶·永川5錨桿長(zhǎng)度實(shí)驗(yàn)成都理工土木工程學(xué)院綜合實(shí)驗(yàn)室四川·成都6溫嶺隧道錨桿長(zhǎng)度安徽公路檢測(cè)中心安徽·寧國(guó)7某隧道錨桿貴州交通科學(xué)研究院貴州·貴陽(yáng)8世園會(huì)工程現(xiàn)場(chǎng)青島軌道市政檢測(cè)中心山東·青島9某基坑錨索長(zhǎng)度成都建工四川·成都10某隧道錨桿福州巖土所福建·福州11錨桿長(zhǎng)度福建省煤田地質(zhì)巖土測(cè)試中心福建

15、3;福州12錨索長(zhǎng)度貴州橋梁設(shè)計(jì)院貴州·貴陽(yáng)13某邊坡錨桿長(zhǎng)度杭州市公路管理局檢測(cè)試驗(yàn)中心浙江·杭州14某邊坡錨桿長(zhǎng)度杭州大正建設(shè)工程檢測(cè)有限公司浙江·杭州15某水電站錨桿水電七局四川·樂(lè)山16某基坑錨索長(zhǎng)度云南建筑科學(xué)研究院云南·昆明17某邊坡錨索長(zhǎng)度中交第一公路勘察設(shè)計(jì)研究院陜西18某高速邊坡四川交投廣甘高速項(xiàng)目部四川·廣元19某隧道錨桿甘肅交科院隴南·徽縣20錨桿長(zhǎng)度檢測(cè)德陽(yáng)禾力檢測(cè)有限公司四川·德陽(yáng)21某邊坡錨索長(zhǎng)度檢測(cè)四川路橋貴州項(xiàng)目部貴州·六盤(pán)水22試驗(yàn)室內(nèi)錨桿長(zhǎng)度檢測(cè)溫州永嘉交通局浙江·永嘉23某在建住房邊坡施工現(xiàn)場(chǎng)的錨索長(zhǎng)度、密實(shí)度、預(yù)應(yīng)力檢測(cè)福建林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院福建·福州24煤礦礦井巷道內(nèi)錨索（桿）長(zhǎng)度檢測(cè)皖北煤電集團(tuán)山西下會(huì)煤礦山西25錨索檢測(cè)武警水電四川·康定26廣州梅大高速邊坡錨索檢測(cè)重慶交科院廣州·梅州27貴州市惠水縣索力檢測(cè)貴州順康路橋貴州·貴陽(yáng)28巖錨電話技術(shù)支持山東科技大學(xué)山東29某處邊坡錨桿長(zhǎng)度檢測(cè)