论护栏状态因素对立柱埋深弹性波检测法的影响

论护栏状态因素对立柱埋深弹性波检测法的影响

赵泓博

四川华腾公路试验检测有限责任公司成都610041

摘要：本文基于弹性波法检测护栏立柱埋深的基本原理，针对如护栏板是否连接、相对连接位置的不同以及是否安装柱帽等不同状态下的护栏情况对立柱埋深弹性波检测法的影响进行了分析，从中发现了不同状态下的护栏改变检测频率的特点，并就此提出了校正方法。

关键词：护栏立柱；埋深；弹性波检测法；影响；校正

在公路路基中采取半埋护栏立柱的措施，是防止车辆冲出道路，降低车辆的速度和冲击力的有效手段，对于保障行车安全具有重要意义。这种措施的实施最重要的部分就是需要将护栏地下部分的影响因素进行充分考虑，如腐蚀断裂、埋深不够等对护栏立柱作用的影响，因此立柱的埋深是重点检测的内容。

目前，针对立柱埋深的检测主要采取的是拔桩法、超声导波无损检测法、弹性波反射法三种。拔桩法是能过将立柱完全拔起来检测立柱的埋深，这种方法简单直接，技术要求不高，但缺点也非常明显，即破坏地基，而且费时费力，无法提高检测效率，还存在检测后的二次埋深问题。超声导波无损检测法克服了拔桩法的缺点，对被测物所在环境及材质的要求也不高，具有检测范围大、方便快捷的特点，但是该法依据的理论基础比较复杂，需要利用专门的检测设备才能完成大量的分析工作，在检测成本方面不具优势。而弹性波反射法则兼具了拔桩法和超声导波无损检测法的所有优点，而且成本低、效率高，无损于检测对象，检测设备也更轻便，是目前应用最广泛的检测方法。因此本文基于弹性波反射法对不同状态的护栏对检测的影响进行了分析。

1弹性波检测法的工作原理

弹性波具有反射特性，弹性波检测法正是利用这一特性在立柱截面上发出脉冲信号，通过分析立柱下端反射回来的信号波的波形特征和到达时间就可以计算出立柱的长度和地下埋深。该方法可以保证检测对立柱的完整性不产生损害，而且效率高，所使用的检测工具也并不复杂，并有利于成本控制。

2护栏状态因素对立柱埋深弹性波检测法的影响

在实际的施工中，对于护栏立柱埋入方式的不同会造成立柱的状态差异，主要有未安装护栏板、安装护栏板、安装护栏板的同时安装柱帽三种状态。而这三种状态是否对弹性波检测法的检测结果造成影响，是本文研究的主要内容。

2.1未安装护栏板状态下的检测影响

相关试验发现，在未安装护栏板的情况下，不同材质的质量的激振锤及激振位置对检测结果的影响较大。锤头的材质是尼龙材料时，用激振锤激振安装有传感器的立柱顶端，可以使传感器获得较为清晰的反射信号，对于立柱长度的计算结果影响也较小，能够满足对相关检测的要求。当然，检测时的操作也会对结果造成一定的影响，想要获得最佳的检测效果，在激振时应保持适当的力度，以干脆利落的手法进行激振，激振的次数以三次为宜，检测信号取三次激振的信号平均值，前后两次激振应保持十秒以上的间隔时间。在信号采集的过程中，还会面临干扰因素的影响，比如激振时产生的附加振动等，这些干扰因素会造成信号曲线的不规则问题，接收信号中常存在纵波反射波和随机杂波。因此需要对这些干扰信号进行处理，才能更有利于对检测结果的分析。

2.2实验设备及立柱参数

本文针对护栏状态因素对立柱埋深弹性波检测法的影响研究进行了实验分析，整体实验所使用的设备有立柱、信号采集分析仪、激振锤、加速度传感器、电脑、电源。实验采用的立柱参数为：

实验立柱参数表

实验中，1、2号立柱地基为沥青路面，未安装顶部橡胶柱帽，3号立柱地基为土路路基，安装了顶部橡胶柱帽。

2.3实验分析及数据修正

将立柱顶端接触面磨平，安装加速度传感器，采用尼龙锤激振传感器附近位置，并采集信号数据。

在对信号进行分析时，可放大有效信号，并抑制噪声，提高信噪比。基于周期信号的自相关函数是同频周期信号的特性，对采集到的信号进行自相关及功率谱分析。1号立柱处于非搭接位置，2号立柱处于搭接位置，以5160m/s的波速，引入修正因子δ计算柱长，得到如下结果：

搭接位置（δ=1.28）

上图中虚线为未修正时计算的柱长，实线表示修正后计算的柱长。根据计算结果可知：

1）安装了护栏板的立柱可视为一端固定、一端自由的附加一定质量块的等直杆，其固有频率的降低对检测频率产生影响

2）立柱与护栏板处于搭接位置时，检测频率低与非搭接位置。

修正后计算的柱长比未修正时计算的柱长结果准确度更高，而且未安装护栏板的立柱在检测时如未进行修正，计算出的柱长误差更大。因此在进行检测结果的计算时，引入修正因子δ，得出相关公式：

对实验结果进行回归计算后发现，随着检测频率的增加，修正因子的取值会相应降低。立柱与护栏板处于非搭接位置时，检测的频率在950-1000Hz之间较为集中，修正因子的范围在1.25-1.22；立柱与护栏板处于搭接位置时，检测的频率在875-925Hz之间较为集中，修正因子的范围在1.32-1.25。计算时，如修正因子选取合理，可保证立柱长度计算的高准确度。

2.4立柱安装护栏板及柱帽时传感器的安装及激振位置对检测的影响

立柱安装护栏板及柱帽、且处于搭接位置时，传感器的安装位置如上图所示，则计算结果分别为：

传感器安装在靠近地面位置（b）（检测频率1875Hz）

根据以上检测结果可知，当传感器安装在立柱顶端位置（a）时，利用标准波速对立柱的长度进行计算，获得的结果存在较大的绝对误差和相对误差，无法满足检测的要求。当传感器安装在靠近地面的位置（b）时，计算出的柱长绝对误差和相对误差可控制在30mm、1.5%的范围内，达到了工程检测要求。由此可知，在计算安装了护栏板和柱帽的立柱长度时，可将传感器安装在靠近地面的位置，激振时选取的激振点保持与传感器在立柱轴上呈向上的一条直线，并在立柱顶部侧端进行激振，可以取得更准确的检测结果。

3结论

在公路建设工程项目中，对公路护栏立柱的埋深进行检测时，弹性波反射法检测以其快速、经济、不损坏立柱的优点，被广泛应用于相关的工作中。在保证工程质量方面，弹性波反射检测法的作用不容忽视，对于提高工程质量起到了重要的作用。当然，在具体的检测操作时，为获得更好的检测结果，需充分考虑护栏状态因素对检测的影响，对传感器的安装位置和激振位置进行合理的选择，才能真正发挥弹性波反射检测法的作用。

首先，在护栏板未安装和安装的状态下，在立柱顶端安装传感器，并在顶端进行激振时，需在计算采集到的信号时加入修正因子，才能获取更准确的立柱长度数据，但修正因子的取值需进行大量的验证才能保证精确度。

其次，在计算安装了护栏板和柱帽的立柱长度时，在立柱靠近地面的位置安装传感器，并选取立柱顶部侧端与传感器在立柱轴向上呈一条直线的位置进行激振，可获得更准确的检测幸福结果。

最后，在采用弹性波反射检测法对立柱的埋深进行检测时，则于激振产生的如附加振动等因素的干扰，会影响到检测的结果。为保证检测结果的准确性，需采取合理的技术手段对干扰因素进行处理，使采集到的参数波形成为明显，才能进一步提升分析结果的准确性。

参考文献

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