桥梁检测中锚杆无损检测技术

王秋荣、易斐

（景德镇市昌盛公路工程试验检测有限公司，江西景德镇 333000）

0 引言

预应力混凝土连续刚构桥梁的内部结构相对复杂，在预防斜向裂缝方面，箱梁腹板竖向预应力起重要的控制作用。但是由于受到技术、材料、环境等多种因素的影响，桥梁工程建设后难免会出现质量问题，因此要采取相应的检测技术全面检测、评估桥梁的健康状况，进而及时进行病害防治或处治，保证结构的稳定性。

锚杆无损检测技术是一种通过非破坏性手段对桥梁锚杆进行检测和评估的方法。传统的锚杆检测通常采用破坏性方法，需要对锚杆进行拆除或取芯，会对结构造成一定的损伤和干扰。而无损检测技术则能够在不破坏结构的前提下获取锚杆的位置、长度、直径、深埋深度、锚固长度以及锚杆的损伤情况，能够为桥梁养护工作提供帮助。

1 无损检测技术的优点

在桥梁工程中，确保桥梁结构的安全性和稳定性至关重要。锚杆作为桥梁结构中的关键支撑元素，对其状态和性能的检测尤为重要。锚杆无损检测技术是一种高效、准确的检测方法，在桥梁检测领域得到了广泛应用，该技术具有以下优点：

第一，锚杆无损检测技术具有非侵入性。传统的检测方法可能需要进行开挖或拆除部分结构，而无损检测技术可以在不破坏结构完整性的前提下进行，这能够大大减少对桥梁正常运行的干扰。

第二，锚杆无损检测技术有高灵敏度和高精度。采用先进的检测设备和技术，可以对锚杆进行全方位、多角度的检测，实时获取数据并进行分析。这种高灵敏度和高精度的检测可以更准确地发现锚杆的缺陷、损伤或劣化情况，能够为进一步的维护决策提供可靠的依据。

第三，锚杆无损检测技术具有快速性和高效性。相比传统的检测方法，无损检测不需要耗费大量的时间和人力资源。检测过程可以在较短的时间内完成，能够降低对交通的影响，提高检测和施工效率。

第四，锚杆无损检测技术可以实现全面性和全局性的检测。通过对锚杆的整体性能进行评估，可以发现可能存在的问题并及时进行干预。同时，无损检测技术可以对锚杆的不同部位逐一检测，可为桥梁的安全性提供有力保障。

第五，锚杆无损检测技术还具有实时性和可重复性。检测数据可以即时获取，便于技术人员及时了解锚杆的状态。同时，可以定期检测，以跟踪锚杆性能的变化，为维护决策提供长期支持[1-2]。

2 锚杆无损检测技术原理

通过检测可知，在竖向预应力钢筋灌浆饱和度存在空腔的情况下，复合杆件截面积和波阻抗势必会出现不同程度的变化，此时内部的应力波就加长。一般看来，密实度和空腔之间的关系为密度大，则空腔面积小。这种情况下，反射应力波能量会强化，衰减速度会减慢。反之，空腔面积越大，密实度会越小，最终的反射应力波能量会弱化。

桥梁锚固体系一定要满足λ ＞D和λ ＞L，λ 代表反射应力波波长，D代表锚杆杆体直径，L代表锚杆杆体长度。

可将锚固体系视为统一的一维杆件，在多项零部件的共同组成下，形成稳定的截面体系。应力波一般会从锚杆端出发经过杆体向四周扩散。结合锚固体系简化模型的具体形式，及时调整锚杆横截面积和材料性质，并全面关注入射波的反映情况，可以深入了解内部的各项参数。

锚杆的截面面积和材料性质存在调整时，入射波会在该截面上发生反射和透射情况，反射波和透射波幅值的大小与截面面积和波阻抗相对变化的程度有关。例如，在锚杆、砂浆、围岩浇筑密实度高的时候，三者之间的波阻抗差异不大，入射波更容易透射过去，而反射回来的能量较少。反之，反射波会较强[2]。具体详见公式（1）：

式（1）中：R 表示反射系数；ρ1表示锚杆与围岩界面之间的密度；ρ2表示砂浆界面介质密度；V1表示围岩界面、锚杆界面波速；V2表示砂浆界面、锚杆界面纵波速度。

由公式（1）可知，锚杆、围岩界面及其附属界面参数出现改变，整体的反射波也会出现较大的变动。因此，在锚杆无损检测过程中，需要结合具体的反射信号情况，把握反射波的强度和变动的具体时间，做好锚杆长度和质量的判定工作，见公式（2）和公式（3）：

式（2）～（3）中：H 表示锚杆长度，S 代表空腔缺陷深度，t 表示时间；V 表示锚杆波速；E 表示反射波归一化能量；d 表示反射波振幅。

锚杆无损检测技术原理如图1 模型示意图和图2反射信息图所示。

图1 模型示意图

观察模型可以了解到，A 点、B 点、C 点 与D 点 的关系，其反射通过序列如图2 所表示。T0表示直达波的传递时间；针对围岩接触面引起的发射时间用T1表示；T2表示空腔缺陷界面的B 应力波反射所用的时间；T3是空腔缺陷下界面C 的反射时间。入射波波幅和锚杆底部反射波波幅分别用E1和E2表示。判断锚杆砂浆饱和度时，进行归一化处理。

3 做好锚杆锚固质量评估

3.1 锚杆长度检测

锚杆长度对整个桥梁工程质量有重要影响。在实际检测环节，一定要参考具体的要求核对检测数据。锚杆杆体长度不小于设计长度的95%，且不足长度不超过0.5m，可评定锚杆长度合格[3]。

3.2 锚固密实度

在锚固密实度检测阶段，可以通过详细的计算得出密实度参数，还可以结合反射波和入射波的能力，确定最终的密实度参数。

4 锚杆无损检测技术推广和落实案例

4.1 工程基本概况

某桥梁属于典型的预应力混凝土连续刚构桥，总长达1.02km。该桥严格按照单箱单室预应力混凝土箱梁设计标准建造，以确保结构的稳固性。在设计过程中，严格控制箱梁高度，保持在8±4.5m 范围内，顶部宽度分别为15m 和7m。在施工阶段，充分考虑汽车荷载和行人荷载要求，以全面提升桥梁的承载力和使用性能。该桥梁经过10 年的使用后，为明确桥梁的健康状况，在2020 年对其进行全面检查，采用锚杆无损检测技术。

4.2 试验标定

在试验标定过程中，需要在了解病害问题的基础上，选择适宜的无损检测技术开展工作。通过系统的模拟试验，全面把握桥梁实测锚杆长度的具体数值，并严格按照要求确定钢筋之间的距离。通过科学设计和调整，做好锚杆杆体的波速测定工作，模拟出内部的基本情况[4]。

4.3 模拟试验

主要采用无损检测模拟方式进行锚杆检测工作，且具体操作应与设计方案保持一致。在模型试验中，以PVC 管作为模拟对象，并按照标准要求进行锚杆孔的模拟，然后将钢筋插入其中。为了确保整体的稳定性，采用卡位器进行固定。同时，合理控制钢筋的外露长度，一般要保持在20cm 以内，并选择适合的胶管封套进行处理，以提高锚杆的整体性能。在模拟操作过程中，对锚杆进行检测，以验证其最终强度是否符合设计规范。通过模拟试验操作，能够预先了解锚杆在实际工程中的表现，更加准确地评估锚杆的性能和质量，确保其符合设计要求，并在需要时进行必要的调整和改进，以确保工程的可靠性。

4.4 锚杆抽检检测

以模拟试验为基础，对试验数据进行比较分析，明确相关变化趋势。

第一，在检测位置距离地面4.5cm 区域进行岩壁检测，锚固质量最佳的设计长度为6m，波形的直径为25cm，整体实际长度为5.98m，外露的长度为0.1m；观察波形的变化趋势，明显看出锚杆波形衰减速度较快，从传播阶段可以看出未出现畸形变化情况，表明波形衰减有明显的规律性。从锚杆底部的反射性来看，反射性趋势不够特别明显，相关的基线变化方式与波形变化的趋势较为一致，表明该工程的注浆性能非常好。

第二，在检测位置距离地面2.5cm 区域进行岩壁检测发现，锚固质量最佳的设计长度为4.5m，实际检测的长度4.48m，外露的长度为0.1m；对主体结构2.5m 位置的岩壁开展检测发现，锚杆内的锚杆波形衰减速度较快，且在杆底位置表现出比较明显的反射变化，其中基线位置与波形位置相对接近，表明注浆质量高。

第三，全面检测脱落预应力钢筋距离地面的具体距离和锚固点情况。锚固点的长度：实际测量长度和外露长度分别为6m、6.403m 和0.28m。结合具体的波形变动趋势，锚杆衰减速度比较慢。由于杆底存在反射现象不多，侧面表明注浆的性能较高。此外，在距离地面4m 和1.5m 处，由于反射波叠加量少，波形畸变量小，表示注浆强度满足设计要求。

5 桥梁锚杆无损检测注意事项

第一，进行锚杆无损检测之前，需要确保检测设备正常。在实际操作前，必须对超声波检测设备、震动传感器、数据采集器等关键硬件设备进行仔细检查。通过仪器自检和功能测试，确认设备各项功能正常。同时，要对设备的状态进行全面评估，确保没有损坏、松动或其他异常情况。通过校验和标定，以进一步验证设备的准确性，确保在实际检测中获得准确的数据。

第二，制订适宜的检测方案是锚杆无损检测的基础。根据桥梁锚杆的具体情况，制订详细的操作计划。首先，根据锚杆的材料特性、结构形式以及周围环境等因素，选择适当的检测方法。超声波、震动法等不同方法具有不同的适用范围和特点，需要根据实际情况进行选择。其次，确定检测位置和角度，确保检测覆盖锚杆的关键部位。此外，由于不同角度的检测可能会影响信号的传播和反射，从而影响数据的准确性，因此角度的选择也十分重要。最后，设置合适的检测参数，包括脉冲频率、检测深度等，以获得具有高分辨率和敏感性的检测结果。

第三，按照检测方案，在桥梁的合适位置布置检测设备。对于锚杆的不同部位和角度，可能需要调整设备的位置和角度，确保能够全面覆盖锚杆的各个部分。

第四，启动检测设备，开始信号采集。根据设备的指导，将超声波或震动信号发送到锚杆中，并记录反射或传播的信号。采集的信号会被传输到数据采集器中，然后进行初步处理和分析。

第五，对获取的信号数据进行详细的分析和解读。根据信号的特征，确定锚杆中可能存在的缺陷、损伤或劣化情况，并将数据与事先设定的标准或基准进行比对，判断锚杆的状态是否符合要求。

6 结语

在桥梁检测中，采用锚杆无损检测技术，对锚杆的内部结构和外部状况进行全面、精确的评估，识别潜在问题和损伤，能够为桥梁养护提供依据，进而保障桥梁安全运行。在日后的工作开展中，需要加强对锚杆无损检测技术的研究与创新，通过引入先进智能设备，实现智能化检测，同时需要做好对检测数据的整合、分析，提升桥梁质量判断的精确性，为桥梁的维护和管理提供更准确的依据。