CN109100421B - 预埋式检测锚索注浆密实度的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预埋式检测锚索注浆密实度的装置及方法，在锚索施工期预埋多个加速度传感器和微型电火花震源，利用多个传感器接收的时间差消除系统延时误差，采用应力波直达波法与反射波法结合的方法，可以更真实精确地反映锚索锚固段注浆混凝土波速。

Description

预埋式检测锚索注浆密实度的装置及方法

技术领域

本发明涉及工程领域和施工技术领域，特别是一种预埋式检测锚索注浆密实度的装置及方法。

背景技术

锚索施工最关键的质量问题就是锚索锚固段的质量，即锚固段注浆密实度，目前锚索锚固段注浆密实度检测(也叫锚索无损检测)主要是借鉴锚杆无损检测的声波反射法。声波反射法为动态无损检测方法，是在锚杆(索)顶端施加单脉冲式瞬态冲击力，激励产生弹性波信号，弹性波在杆体(或杆系)中传播并产生反射，安设在锚杆(索)顶端附近的传感器接受反射信号，通过对反射波信号进行时域、频域分析，获得锚杆(索)有效长度及锚固质量等工作参数。

声波反射法在实际操作中，尤其是测试锚索时，锚索往往比锚杆长的多，传统的锚杆检测方法不适用于检测锚索。波形更易受环境条件、信号激励因素等影响，导致长度测试精度及锚固段质量判断存在问题；对锚索外露段长度有要求，并且需要特别保护；检测人员靠近锚头操作，高边坡或深水中无法检测；端头布置加速度传感器，存在系统延时；激发能量小，且频率高衰减快。锚索无损检测使用此方法就难免过于牵强，目前还没有理想的无损检测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种预埋式检测锚索注浆密实度的装置及方法，消除系统延时误差，更真实精确地反映锚索锚固段注浆混凝土波速。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种预埋式检测锚索注浆密实度的装置，包括埋设于钻孔锚索锚固段混凝土内的电火花震源；所述钻孔锚索锚固段混凝土内埋设有至少两个加速度传感器，且该两个加速度传感器分别埋设于所述钻孔的中部和底部，所述两个加速度传感器、电火花震源均与检测仪电连接。

所述钻孔顶部锚索锚固段混凝土内埋设有加速度传感器，且该加速度传感器与所述检测仪电连接。

所述电火花震源包括外壳；所述外壳内充满水；所述外壳顶端开设排气孔；所述外壳内水中设置放电电极；所述放电电极与电缆连接，且该电缆一端伸出所述外壳。该电火花震源结构简单，易于操作，可以应用于无水对能量要求较高的检测环境中；在任何介质中均可使用，能量适中，对结构无破坏性，充电迅速，激发效率高。

所述外壳底部材料为聚氨酯，侧边和顶部材料均为不锈钢。

本发明还包括通气管；所述通气管一端穿过所述排气孔伸入所述外壳内。

相应的，本发明还提供了一种利用上述装置检测锚索注浆密实度的方法，电火花震源发射震动脉冲；令震动脉冲到达钻孔中部加速度传感器R1和钻孔底部加速度传感器R2的时间分别为t1和t2，时间差Δt＝t2-t1，则钻孔锚固段综合波速Vp＝ΔL/Δt，通过对比分析Vp，或者通过频谱分析结合振幅综合分析锚固段锚固质量；其中，ΔL为钻孔中部加速度传感器和钻孔底部加速度传感器之间的距离。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明在锚索施工期预埋多个加速度传感器和微型电火花震源，利用多个传感器接收的时间差消除系统延时误差，采用应力波直达波法与反射波法结合的方法，可以更真实精确地反映锚索锚固段注浆混凝土波速；对锚索外露段长度没有要求，无需特别保护；可以预留线缆，不限检测地点，且可以用于特殊条件(如水下)下的锚索检测；激发能量可调，频率低，传播距离远；根据模型实验，检测系统既可以方便地与模型试验进行对比分析，又可以直接地、有针对和方便地在现场进行控制检测，不限检测场地，且检测过程简单，检测数据精确。

附图说明

图1为本发明实施例检测装置示意图；

图2为本发明实施例电火花震源结构图；

图3为本发明电火花震源及加速度传感器安装原理图。

具体实施方式

如图1所示，本发明检测装置包括埋设于钻孔7锚索锚固段混凝土内的电火花震源8；所述钻孔7锚索锚固段混凝土内埋设有至少两个加速度传感器9，且该两个加速度传感器分别埋设于所述钻孔7的中部和底部，所述两个加速度传感器9、电火花震源8均与检测仪电连接。

钻孔7顶部锚索锚固段混凝土内埋设有加速度传感器，且该加速度传感器与所述检测仪电连接。设置加速度传感器的优势：在使用中适应环境的性能好，无论是冲击还是振动或者温差变化，都不会对仪器的使用造成任何的干扰；成本较低，可以有效降低投资费用；采用过电保护的方式，运行中不易损坏失效；频域宽广，高阻尼，稳定性强，在测量时精准性程度高。钻孔7顶部设置的加速度传感器，因为与电火花震源布置在同一位置，故该传感器可作为激震时刻的时间零点，即起信号触发的作用，这使其震动波到达每一个传感器的时间更加精确。

如图2，电火花震源8包括外壳1；所述外壳1内充满水3；所述外壳1顶端开设排气孔2；所述外壳1内水中设置放电电极4；所述放电电极4与电缆5连接，且该电缆5一端伸出所述外壳1；一根通气管6一端穿过所述排气孔2伸入所述外壳1内。

外壳1横截面直径为25mm，长度为120mm，外壳除底部为聚氨酯外，其余部分均为高强度不锈钢，保证密封，外壳内部充满水，放电电极置于水中。顶部引出两根管线，一根8mm直径放电电缆，一根6mm通气管用于激发时排气。放电电极置于水中，可以在干燥环境下激发。

加速度传感器为通用型号，直径22mm，灵敏度500mV/g，量程10g，分辨率0.00004g，频率范围0.7Hz–10kHz(±10％)。

检测仪为普通非金属声波检测仪，量程与精度可以满足本发明的要求，声时测读0.1us，采样间隔0.1us～1000us可调。数字化显示，便携和易于操作。

电火花震源及其加速度传感器安置原理见图3，图中锚索锚固部分预埋电火花发射器(即电火花震源)T与接收传感器(即加速度传感器)R1、R2，T、R1、R2通过电缆与仪器装置相连，发射源T至接收传感器R1(钻孔中部的加速度传感器)间的距离为L，R1与接收传感器R2(钻孔底部的加速度传感器)间的距离为ΔL。

由T发射的震动脉冲经锚索锚固段混凝土传播至钻孔中部传感器和钻孔底部传感器，由检测仪记录信号，可从信号中读出直达波旅行时间。令直达波到达R1和R2的旅行时间分别为t1和t2，时间差为Δt，Vp为锚固段综合波速(声速值)。

Δt＝t2-t1……………………(1)

Vp＝ΔL/Δt……………………(2)

t1和t2都包含了震动波在锚固段中的传播时间，通过(t2－t1)后，可消除系统延时误差，只保留了震动波由R1传播到R2的时间，由此可以通过对比分析Vp，亦可通过频谱分析结合振幅等参数综合分析锚固段锚固质量。通过施加激振信号产生应力波，该应力波沿待检测混凝土砂浆中传播过程中，遇到不连续界面(如蜂窝、夹泥、断裂、孔洞等缺陷)时，将对波的传输时间、幅值、相位和波形特征等产生影响，通过分析得出混凝土砂浆缺陷的位置、大小、性质等信息，最终对锚索注浆密实度给予评价。分析的主要参数有：声时值(T)、幅度值(A)、声速值(V)、频率值(H)。这些参数对评价锚固质量的作用分别为：

声时值是振动波从震源到接收传感器传播所用的时间，单位为微秒(μs)，它的大小直接反映出锚索锚固段注浆饱满度的好坏。锚固质量好，则声传播介质均一密实，声波旅行时间短，反之，则传播时间长。

声幅是接收到的振动波首波的幅度值，用来衡量波的能量，单位为分贝(dB)，它的强弱直接反映出锚索锚固段注浆质量的好坏。锚固质量好，声波旅行过程中衰减就小，振幅变化不大，反之，则声幅衰减快。

声速是振动波在混凝土中传播的速度，为计算值，为对应震源与接收传感器的间距除以T值，单位为千米/秒(km/s)，它与声时值是一个反比例关系，声波旅行时越小，声速越高，对应的锚固质量就好，反之声速低，反映出的锚固质量就比较差。

声频是振动波在混凝土中传播的主频率，单位为赫兹(Hz)，它的大小也可以反映出锚索锚固段注浆饱满度的好坏。锚固质量好，则声传播介质均一密实，声波频率高，反之，则声波高频成分损失多，主频呈现低值。

Claims (5)

1.一种预埋式检测锚索注浆密实度的装置，其特征在于，包括埋设于钻孔（7）锚索锚固段混凝土内的电火花震源（8）；所述钻孔（7）锚索锚固段混凝土内埋设有至少两个加速度传感器（9），且该两个加速度传感器分别埋设于所述钻孔（7）的中部和底部，所述两个加速度传感器（9）、电火花震源（8）均与检测仪电连接；电火花震源（8）发射震动脉冲；令震动脉冲到达钻孔（7）中部加速度传感器R1和钻孔（7）底部加速度传感器R2的时间分别为t1 和t2 ，时间差Δt＝t2-t1，则钻孔（7）锚固段综合波速Vp＝ΔL/Δt，通过对比分析Vp分析锚固段锚固质量；其中，ΔL为钻孔（7）中部加速度传感器和钻孔（7）底部加速度传感器之间的距离；所述检测仪记录由电火花震源（8）发射的震动脉冲信号，并从震动脉冲信号中读出直达波旅行时间t1 和t2。

2.根据权利要求1所述的预埋式检测锚索注浆密实度的装置，其特征在于，所述钻孔（7）顶部锚索锚固段混凝土内埋设有加速度传感器，且该加速度传感器与所述检测仪电连接。

3.根据权利要求1所述的预埋式检测锚索注浆密实度的装置，其特征在于，所述电火花震源（8）包括外壳（1）；所述外壳（1）内充满水（3）；所述外壳（1）顶端开设排气孔（2）；所述外壳（1）内水中设置放电电极（4）；所述放电电极（4）与电缆（5）连接，且该电缆（5）一端伸出所述外壳（1）。

4.根据权利要求3所述的预埋式检测锚索注浆密实度的装置，其特征在于，所述外壳（1）底部材料为聚氨酯，侧边和顶部材料均为不锈钢。

5.根据权利要求3所述的预埋式检测锚索注浆密实度的装置，其特征在于，还包括通气管（6）；所述通气管（6）一端穿过所述排气孔（2）伸入所述外壳（1）内。

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