论锚杆的检测

1、论锚杆的检测（四川升拓检测技术有限责任公司 610045 2015.07.01 SCIT-X）相关检测内容：锚杆检测，锚杆质量检测，锚杆检测技术，锚杆的检测，锚杆测试锚杆检测：埋入长度-反射法锚杆检测：锚固力-等效质量法锚杆检测：灌浆密实度-单面反射法锚杆常运用于交通、水利、煤矿等行业的边坡、隧道、矿洞加固支护。其工艺是通过打入土体锚杆并且注浆加强土体的连接，坡面用钢筋网片加喷射细石混凝土护壁，保证基坑边坡土体稳定。因其属于隐蔽工程，若施工中出现张力不足、灌浆不密实，甚至长度不够时，会直接降低边坡稳定性，导致重大经济损失。升拓检测基于冲击弹性波检测理论，与国内外相关机构合作开发了一整套针对岩锚

2、质量的解决方案和技术体系。该方案基于无损检测技术，具有测试效率高、可靠性好、对岩锚无损伤等特点，可以大大地提高岩锚施工的质量保证度。该技术体系的检测内容主要包括：1) 锚杆（全长粘结型）灌浆密实度2) 锚杆及锚索长度目前，对于锚杆，采用冲击弹性波的检测方法是最为普遍的：1) 基于冲击弹性波反射特性；2) 基于冲击弹性波衰减特性；一般来说，基于反射特性的检测方法可以检测锚杆长度和整个长度范围内的灌浆缺陷，测试范围大。而基于衰减特性的方法则只能测试测试锚头附近，或者短锚杆的灌浆缺陷。2、 锚杆长度及灌浆密实度检测原理2.1锚杆长度测试在锚杆中间的某处的灌浆出现根据不密实现象时，相当于出现材料的不连

3、续性。这种不连续性可以用机械阻抗来表示。（一般用来表示材料的机械阻抗，这里的是断面截面积）发生变化的边界面上，传播的弹性波会产生波的反射和透过。1) 基本理论基础：两种不同媒介垂直入射这是最简单的一种情况，例如在锚杆的底部，锚杆与周围岩体之间就存在较大的阻抗差。此时，激振产生的弹性波的反射可以分析如下：入射波反射波透过波图2-1-1变化的机械阻抗面发生的反射和通过 这里，表示单元1的粒子的运动速度（入射和反射），表示单元2的粒子的运动速度。在界面上产生弹性波的反射以及通过，可以表示如下：反射波： (2-1-1)透过波： (2-1-2)此外，反射波和透过波的大小用振幅率来表示。振幅反射率： (2

4、-1-3)振幅透过率： (2-1-4)弹性波的反射和透过具有如下性质。(1) 媒介的机械阻抗相同（），那么就算材料不同，也不会产生波动；(2) 两种媒介的机械阻抗相差越大，反射率也越大。对于锚杆检测而言，锚杆的先端是软弱土层时，其反射信号则要比先端是坚硬岩石时更为明显；(3) 在机械阻抗减少（）时，反射波和入射波符号相同（相位相同）。当锚杆的先端是土层和松散岩体、混凝土时，其反射信号与激振信号同向，而在先端是坚硬岩石，其反射信号有可能与入射信号反向。充填良好：激振信号呈指数快速衰减，持续时间短激振信号杆底反射信号充填不良：激振信号不规则，衰减慢，持续时间长激振信号杆底反射信号图 2-12 基于

5、能量衰减特性的原理2.2基于反射特性的灌浆密实度测试方法为了在提高测试精度的同时兼顾测试效率，因此我们采用了基于冲击弹性波的两种方法进行测试。具体请参考表Error! No text of specified style in document.-21。灌浆缺陷处图 2-21 锚杆灌浆不密实示意图表Error! No text of specified style in document.-21 锚杆灌浆密实度测试项目一览表测试方案方案简介备注基于反射特性在锚杆露出端上激振与受信，根据反射信号的位置和强度来测试灌浆密实度理论上可测试整个锚杆的灌浆密实度，并能够进行缺陷定位基于振动衰减特性在锚杆

6、露出端上激振与受信，根据残留振动的衰减特性来测试灌浆密实度可测试露出端部附近的灌浆密实度图 2-22 锚杆灌浆质量无损检测示意图充填良好：1） 杆底反射信号微弱2） 之前无明显反射激振信号杆底反射信号充填不良：1） 杆底反射信号明显2） 之前有明显反射激振信号杆底反射信号缺陷反射信号图 2-23 基于反射特性的原理2) 基本理论基础：中间有不同夹层的情况当一种材料中夹有另一种材料，例如在锚杆中有局部灌浆不密实的场合，在媒介1（）和媒介2（）的两个交界处均会产生的透过和反射，如下式所示。当入射波是调谐波时， (2-2-1)其中，：振幅的透过率（绝对值）：媒介-2中的波数：媒介-2的长度媒质-1媒

7、质-1媒质-2入射波反射波透过波灌浆缺陷图2-2-6介入不同的媒介时弹性波的反射同样，可以得到振幅反射率的绝对值： (2-2-2)因此，在有不同媒介介入的场合下，(1) 反射（通过）率与频率相关，通常高频波容易反射。(2) 在特定的频率下,即也就是时反射波消失。通常，锚杆的P波波速约为5.15.2km/s，若激振信号的频率为5KH时，对长度为0.5、1、1.5米左右的灌浆缺陷就会难以检测。3) 基本理论基础：反射能量如前所述，根据杆底反射信号的强弱也可以判断锚杆灌浆质量的好坏。而杆底反射信号的强弱可以用下式表示：其中，：杆底反射信号的振幅、：基准点的振幅 ：因几何衰减造成的振幅比 ：因材料粘性

8、衰减造成的振幅比 ：因反射衰减造成的振幅比其中，几何衰减和反射衰减是最主要的能量衰减。(1) 几何衰减（又叫扩散衰减）：激发的弹性波伴随传播距离的增加，前锋波面增大，单位面积的能量减小。在灌浆密实的锚杆中，弹性波沿着锚杆与灌浆料的接触面向四周逸散，因此其振幅与传播距离接近反比关系。另一方面，如果灌浆质量不好，弹性波无法从空腔部分向四周逸散，因此衰减较小；(2) 反射衰减：如前所述，杆底的反射与其前端的岩体的力学特性，以及与岩体的粘结程度有很大的关系。当然，岩体约坚硬，越小。2.3基于振动衰减特性的灌浆密实度测试方法在锚杆顶端激振后，会在锚杆上诱发振动。根据振动的特性，也可以推断锚杆（特别是锚头附件）的灌浆质量。将锚杆有关的振动部分简化成一个振动系统后，其力学模型如下图所示。在锚杆顶部作用一个冲击力后，系统将产生自由衰减振动（即残留振动）。图2-3-1 振动分析模型当冲击时间较短时，可以把冲击力简化为一脉冲信号，其冲击力随时间的积分可以表示为：图2-3-2 脉冲信号简化图其