[实用新型]光纤锚杆腐蚀传感器

说明书

技术领域

本实用新型属于岩土工程技术领域，涉及到钢筋类和钢绞线类锚杆的腐蚀监测，特别涉及到光纤传感的应变监测的技术，将光纤缠绕在锚杆上，测量锚杆因锈蚀产生的膨胀应变，实现对锚杆钢筋或钢绞线的腐蚀程度的定量监测。 

背景技术

作为边坡及巷道支护的一种经济而有效的方式，锚杆在工程中得到了广泛的应用，钢筋类和钢绞线类锚杆则是常见的两类锚杆。自上世纪60年代以来，我国的许多铁路隧道、国防人防坑道、电站地下厂房、岩土高边坡、港口岸坡、桥墩涵洞和基坑工程中大量地使用着锚杆。随着使用年限的增长，锚杆成为工程中的“定时炸弹”，对整个工程的安全有十分重要的作用。因此，提高锚杆耐久性，掌握其安全状况，是十分关键的科学问题。 

锚杆通过性状差异的地层，在地层和地下水中的腐蚀介质作用下，锚杆很容易发生腐蚀，成为其耐久性降低的一个重要原因。至今，国内外锚杆腐蚀破坏现象时有发生。国内，安徽梅山水库的预应力锚杆使用八年后，发现三个孔内部分钢丝因应力腐蚀而断裂。西南地区某边坡的预应力锚杆使用十年后也发现部分锚杆的锚头处预应力筋出现锈迹。国外，法国朱克斯坝有几根锚杆预应力钢丝仅试使用几个月之后，就因为高拉伸应力状态下的腐蚀作用而发生断裂。英国泰晤士河畔的一个码头，采用预应力锚杆背拉的钢板桩工程。在使用21年后，因为锚杆的钢绞线锈蚀，导致预应力筋断裂，发生了钢板桩向外倾斜30米的严重事故。因此，解决好锚杆腐蚀问题对于锚固技术的应用和发展有着重要的作用。 

锚杆腐蚀受环境、材料和施工等多种因素影响。目前常见的一些防腐措施也是从这三个方面着手。在锚杆的材料选用上，优先选用质量可靠的钢材和其他材料，避免使用含卤离子的早强剂或其它添加剂。如张一峰实用新型了一种耐腐蚀纤维锚杆（专利公开号：CN201043272），据称其抗腐蚀性能优良。在施工过程上，控制砂浆的水灰比或浆液浓度，注浆时注意采取有效措施使握裹体均匀、连续和密实，并尽可能采用二次注浆，或在浆液中添加适量减水剂，提高锚固体的密实度和抗渗性。并且，可以采用一些构造性措施，蒋楚生等实用新型了腐蚀地层钢筋锚杆防腐构造（专利公开号：CN101514634），通过在锚杆杆体上在其表层外沿径向间隔设置环形金属网，防止钢筋锚杆的腐蚀。另外，还可以通过采用套管或一些丙烯酸树酯、沥青、改性环氧沥青涂料或防锈漆等进行防腐处理。朱益军等实用新型了一种防漏浆防腐蚀的锚杆（专利公开号：CN102720196A），通过在锚杆上包裹套袋的方式，提高注浆质量和防腐能力。 

这些方法和手段一定层度上抑制了腐蚀的发展，但是，对于实际复杂多变的工程情况，仍然难以统一有效地防止腐蚀的发生。因而，除了采用一般性的防腐措施外，利用检测或监测的手段，随时了解锚杆的腐蚀程度，判定锚杆的耐久性状况，对于整个工程来说是有重要意义。但是，目前，这方面的研究还比较少。 

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种有效的光纤锚杆腐蚀监测传感器。该腐蚀传感器应用光纤传感的应变监测的技术，实现对钢筋类及钢绞线类锚杆的易发生锈蚀的部位进行锈蚀的定量监测。该传感器具有良好的精度和耐久性，可以实现长期的稳定监测，能满足工程需要。 

本实用新型的技术方案如下： 

该锚杆腐蚀传感器结构包括：光纤锈蚀膨胀监测单元、光纤光栅温度补偿单元和光纤光栅应力修正单元。本实用新型针对钢筋类及钢绞线类锚杆的锈蚀监测问题，对于两类锚杆，传感器设置基本相同。下文以钢筋锚杆为例进行说明，其叙述可同样适用于钢绞线类锚杆。 

光纤锈蚀膨胀监测单元由多孔介质垫层（如水泥砂浆或透气胶带等）、裸光纤缠绕层、外覆水泥砂浆保护层和铠装信号传输光缆组成。首先，为了防止光纤直接缠绕时铁锈容易挤出，同时也为了增大光纤的缠绕半径，减小光损，在锚杆锈蚀监测处包裹一层多孔介质垫层。然后，将裸光纤紧密地一圈圈缠绕在此垫层表面，形成光纤缠绕层。为了保证缠绕线圈与圆柱体表面紧密结合，需要在缠绕过程中，对光纤施加适量的预张拉应力。紧接着，在光纤缠绕层外又包裹一层水泥砂浆层，作为传感器的封装，保护光纤不受外部环境损坏。裸光纤和一段铠装光缆连接，后者将光纤监测到的应变信号安全的传输出去。 

光纤锈蚀膨胀监测单元可以监测锚杆的横截面的环向及径向应变，此应变主要由于锚杆的锈蚀膨胀引起的，但是光纤监测的应变信号同时也受到环境温度的改变和锚杆由于受轴向拉力产生的径向应变的影响，故需要另外设置温度补偿单元和应变修正单元。