锚杆无损检测1

2.声波反射法应用的基本规定
1锚杆杆体声波纵波速度宜大于围岩和粘结物的声波纵波速度； 2锚杆杆体直径宜均匀，且不小于14mm； 3施工方应提供详细的锚杆连接资料； 4锚杆端头应外露，外露杆体应与内锚杆体呈直线 5锚杆外露端面应平整，便于激振器激振和接收传感器的安装， 且保证激振信号和接收信号的质量 6锚杆记录编号应与锚杆图纸编号一致。
3）锚杆缺陷反射信号识别可采用时域反射波法、幅频域频差法等；
4）缺陷反射波信号与杆端入射首波信号的时间差即为缺陷反射时差；
5）缺陷位置应按(3-1)式计算：
x

1 2
•
tx
•Cm
x 1 • Cm 2 f
x
锚固密实度评判
质量 等级
A
B
C
D
波形特征
时域信号特征
波形规则，呈指 数快速衰减，持 续时间短
表 5 锚固质量评价
质量 分类
波形特征
锚固 状态
灌浆饱满度 判定指标 百分比 长度指
标
锚杆锚 固质量
等级
优 波形规则，只有微弱的
底部反射波或没有 地步反射波
良 波形较规则，有底部反 射波和局部有较弱 的反射波
合格 波形欠规则，有底部反 射波和较强的局部 反射波
不合 格
波形不规则，底部有较 强的反射波底部反 射波提前（锚杆欠 长）或有多处较强 的反射波
波形不规则，呈 2L/Cm 时刻前可见 慢速衰减或间歇 明显的缺陷反射波
增强后衰减形态， 及多次反射波，或
持续时间长
清晰的、多次杆底
反射波信号
幅频信号特征
密实度D
呈单峰形态，或可见微 弱的杆底谐振峰，其相 90%
邻频差 f Cm / 2L
呈单峰或不对称的双峰
形态，或可见较弱的谐 90%-
振峰，其相邻频差
2L/Cm 时刻前无缺 陷反射波，杆底反 射波信号微弱或没 有
波形较规则，呈 较快速衰减，持 续时间较短
2L/Cm 时刻前有较 弱的缺陷反射波， 或可见较清晰的杆 底反射波
波形欠规则，呈 逐步衰减或间歇 衰减趋势形态， 持续时间较长
2L/Cm 时刻前可见 明显的缺陷反射波 或清晰的杆底反射 波，但无杆底多次 反射波
锚杆无损检测
1.锚杆锚固质量无损检测原理
(1) 杆长检测原理 (2) 注浆密实度检测原理
研究意义
锚固力
锚杆锚固质量 锚固状态
a锚固段长度ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱb自由段长度 c密实度 d施工缺陷等
1)筋材本身缺陷 对于锚杆锚固系统，主要缺陷主要有： 2)胶结体缺陷
3)胶结体与筋材、围岩的粘结不好
所以，锚杆的质量检测对 评价锚固质量是必不可少的。
鉴于上述原因，无损探伤技术进入了锚固质量检测系统，形成了 锚杆质量无损检测技术，其主要包括声波反射法和应力波反射法，同 时还有在此基础上发展起来的弹性应力波法、小应变法、动测法、声 频应力波法、超声导波法等。
在锚杆无损检测的理论和工程应用方面有许多单位和个人做了大 量的研究工作，极大的推动了我国岩土锚固工程和工程质量无损检测 技术的发展，但是锚杆无损检测是一项很复杂的系统工程，无论在理 论上还是实践中都还存在很多的问题需要继续研究。
3.检测数据分析与判定
(1)锚杆杆体长度计算
1）锚杆杆底反射信号识别
2）杆底反射波与杆端入射首波波峰间的时间差即为杆底反射时差
3）时间域杆体长度应按
L

1 2
cm te
(3)缺陷判断及缺陷位置计算应符合下列要求：
1）时间域缺陷反射波信号到达时间应小于杆底反射时间；
2）频率域缺陷频差值应大于杆底频差值；
初步判断。锚杆缺陷包括长度短缺、空浆、不密实。 锚杆注浆密实度好，波形就规则、频率相对较高、 振幅较小，衰减快且有规律。由波动理论方程可知， 当应力波从正常的锚杆部位传到空浆部位，波阻抗 相对变小，其反射系数为负值，空浆部位的反射波 和人射波相位相反，锚杆底部如和岩体接触的不紧密， 底部反射会明显且和人射波相位相反。应力波传播到 不密实部位通常表现为波幅的突然衰减。应力波反射 法就是在实测波形中找出不符合衰减规律的波，如相 对前后波幅突然增大或减小的波，结合仪器给定的其 他参数，综合判断锚杆质量。
2．工作原理 在锚杆杆体外端施加一瞬态激振，弹性波沿杆体钢筋以管道 波形式传播，到达钢筋底端后反射，在杆体外端可接收此反 射波。
如果钢筋外密实、饱满地由水泥砂浆握裹，砂浆又与 周围岩体粘结，则应力波在传播过程中，不断从钢筋通过水 泥砂浆向岩体扩散，能量损失很大，在杆体外端测得的反射 波振幅很小，甚至测不到；如果无砂浆握裹，仅是一根空杆， 则应力波仅在钢筋中传播，能量损失不大，接受到的反射波 振幅则较大；如果握裹砂浆不密实，中间有空洞或缺失，测 得到的反射波振幅的大小介于前二者之间。 对于底端自由的锚杆，接收到的锚杆底端反射波与入射波同相； 对于被锚固 剂锚固的锚杆，当应力波传播到锚固段的上界面时，就要发 生反射，反射波与初始波反相；同理，锚固段下界面的反射 波与入射波同相。一般来说，当锚杆底端与坚硬岩石粘结时， 可近似认为波阻抗增大，反射波与入射波相位相反；当锚杆 底端未充分粘结时，可认为波阻抗减小，反射波与入射波同 相。因此，根据反射波相位特征，可以分析反射部位阻抗变 化的特征及锚杆实际锚固情况。
80%
f Cm / 2L
呈不对称多峰形态，可 见谐振峰，其相邻频差
f Cm / 2L
80%75%
呈多峰形态，杆底谐振 峰明显、连续，或相邻
<75%
频差 f Cm / 2L
二、应力反射波法
1. 理论基础 应力波反射法锚杆检测技术源自于建筑桩基低应变检测法，
其基本原理是一维波动理论，将锚杆及其握裹砂浆视为一维弹 性杆件，在锚杆端部激发应力波，应力波沿锚杆向下传播，遇 到波阻抗发生变化的界面产生反射波，安装在锚杆端部的探头 接收到此反射波，通过分析此反射波的性质来推断锚杆的长度 和空浆、欠密实等缺陷。
研究现状
传统的锚杆锚固质量的检测,主要有两种:
1)对锚杆荷载变化进行长期或短期观测,可采用按机械、液压、 振动、电气和光弹原理制作的各种不同类型的测力计。
但这些测力计一般需要预埋,受电磁场干扰大,在潮湿、温差大 的条件下灵敏度大大降低更不能适应在偏载和爆破震动、坍落 岩石的冲击下长期正常工作。
2)对锚杆进行抗拔试验，通过抗拔试验得到荷载-位移曲线来确定 锚杆的抗拔承载力，并间接分析锚杆的锚固质量。 这种方法的缺陷是：a.它是一种破坏性的检测方法； b.抽检的样本数十分有限，难免以偏概全； c.不能对锚杆的锚固质量作充分的肯定； d.不能检测锚杆的实际长度。
锚杆无损检测示意图
发射装置 锚杆
功率放大器
随机信号发生器
计算机
应力波传感器
滤波器
前置放大器 A/D转换器
锚杆检测示意图
(一)声波反射法 声波反射法检测锚杆长度的理论依据是波在杆中传播的运动学特性； 检测砂浆饱和度的理论依据是波在杆中传播的动力学特性。
具体做法是在锚杆顶端施加一瞬态激振力，由布设在锚杆顶端的一个 传感器接收反射信号，通过对所接收的反射信号进行时域、频域分析，以 获得锚杆的有效锚固长度、砂浆饱和度、工作荷载、极限承载能力等参数， 并据此对锚杆的锚固质量进行评价。 (二)应力波反射法 应力波反射法锚杆检测技术源自于建筑桩基低应变检测法，其基本原理是 一维波动理论，将锚杆及其握裹砂浆视为一维弹性杆件，在锚杆端部激发 应力波，应力波沿锚杆向下传播，遇到波阻抗发生变化的界面产生反射波， 安装在锚杆端部的探头接收到此反射波，通过分析此反射波的性质来推断 锚杆的长度和空浆、欠密实等缺陷。
密实
<0.2
局部欠密 0.2~0.4 实
局部不密 0.4~0.6 实或 空浆
多处不密 >0.6 实或 空浆
90%
80%~90 %
75%~80 %
75%
合格
95%
合格
95%
合格
95%
不合格
95%
根底第据部1锚无根第杆明锚4锚显杆根固反局锚等射部杆级 ，存锚判是在固定砂砂长标浆浆度准灌灌未可注注达知得不到，非密要第常实求好2情、，的况3也锚、，属杆5锚不根，固合锚锚等格杆固级。波等应形级为清应一晰为般，优。良