如何检测锚索的张力及锚杆的长度和灌浆密实度

SCIT-PID-SRB-2014-01

岩锚多功能检测仪

《SRB-MATS-S》

(YMJC 1.1)

2014-02-08初稿

2014-07-15修订

2014-08-19修订

2014-11-07修订

四川升拓检测技术有限责任公司

目录

一．产品描述 (1)

二．仪器参数 (1)

三．产品特点 (1)

四．发明专利 (3)

五．测试原理介绍 (3)

1.锚杆张力检测 (3)

2.锚杆长度测试原理 (4)

3.基于反射特性的灌浆密实度测试方法 (6)

4.基于振动衰减特性的灌浆密实度测试方法 (9)

六．产品功能 (11)

七．产品配置 (11)

八．部分工程案例 (13)

岩锚多功能检测仪

《SRB-MATS-S》

一．产品描述

该仪器主要应用于公路、铁道、水利、港口等大型工程建设项目的隧道、边坡锚杆，锚索的质量检测，可以测试其张力，以及锚杆的长度，对灌浆密实度也可以进行定性的测试。

在锚杆长度、灌浆密实度的测试中，采用了独特的降噪技术和反射信号提取技术，并获得国家发明专利（ZL200910082851.4）；

在锚杆（索）张力测试中，也采用了一种测试预应力锚固体系张力的无损检测方法，并获得国家发明专利（ZL200910177856.5）。

二．仪器参数

1.平台：小型一体化平台

2.显示分辨率：液晶显示 1280*800

3.操作系统（主控系统）：windows

4.工作温度：-10～50℃

5.工作电压：12V，连续工作8小时以上（电池可更换）

6.采样精度：浮点插值补偿至24位

7.最大采集频率：500KHz,可调

8.最小采样间隔：2us，可调

9.最大采集点数：20,000个,可调

10.存储量：本机自带60G硬盘，可扩展

11.幅值测量级线性：±0.3dB/6dB

12.采集器带宽：1Hz-30kHz(频带宽度)

13.声时长度不确定度：＜1.0%(锚杆长度大于1m)

14.激振方式：人工激振（激振锥、激振锤）；自动激振（智能激振装置）

15.噪声处理：采用消减冲击弹性波激振残留信号以识别反射波信号的方法，平

滑/LPF/BPF/HPF/合成增幅

16.统计处理：各种平均、偏差处理以及异常信号的自动抽取

17.信号处理：积分处理、频谱分析、相关分析、积算处理

18.图形处理：等值线、浓淡图

19.锚杆长度、灌浆密实度测试方法：按照相关规范

20.锚杆长度、灌浆密实度测试范围：最大20m

21.锚索张力的测试方法：等效质量法（TTEM）

22.锚索张力的测试范围：需事前标定

23.锚索长度测试范围：0.5m-60m

24.激振方式：人工激振（激振锥、激振锤）；自动激振（智能激振装置）

25.数据采集：支持触控、无线双操控，以及单点、连续双模采样

26.支持GPS定位（选配）

三．产品特点

1.功能强大：可测试岩锚杆（索）的长度、张力以及锚头附近的灌浆密实

度等；

2.技术先进：兼容国内外多种技术和本公司独创技术，测试精度较高，操

作简便、效率高；

3.测试范围：从1m~60m，在条件理想时可达100m；

4.性能可靠：主要元器件均由日美等国家进口，可靠性高，耐久性强；

5.技术支持：多个大尺寸的模型试验和现场测试，具备雄厚的技术支持能

力；

6.操作简便：触摸屏与遥控操作双重选择，也可一人测试，效率高。四．发明专利

1) 冲击弹性波激励残留信号的消减及反射信号的抽出技术，ZL200910082851.4；

2) 一种测试预应力锚固体系张力的无损检测方法，ZL200910177856.5。五．测试原理介绍

1.锚杆张力检测

长期以来，不少学者致力于预应力锚杆张力损失因素探讨，并有学者通过借鉴空悬锚索（如悬索桥、斜拉桥）的张力测试方法试图测试岩体锚索自振频率与张力之间的关系来推算，张力越大，自振频率越高。

等效质量法

埋入式锚索在锚头激振时，其诱发的振动体系并非固定不变，而是会随着锚固力的变化而变化。锚固力越大，参与自由振动的质量也就越大。

在此基础上，我们提出了基于“等效质量”原理的有效张力测试理论和测试方法。利用激振锤（力锤）敲击锚头，并通过粘贴在锚头上的传感器拾取锚头的振动响应，从而能够快速、简单地测试锚索（杆）的现有张力。

2.锚杆长度测试原理

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续性。这种不连续性可以用机械阻抗来表示。（一般用z 来表示材料的机械阻抗，CA z ρ=，这里的A 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：

图1变化的机械阻抗面发生的反射和通过

这里，↓1v ，↑1v 表示单元1的粒子的运动速度（入射和反射），↓2v 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：↓+-↑=

12

12

11v z z z z v (1)

透过波：↓+↓=

12

11

22v z z z v (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

121|

|z z z z R +-=

(3)

振幅透过率： 2

11

2z z z T +=

(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（21z z =），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（21z z >）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。

1z 2z

透过波2v ↓

反射波1v ↑

入射波1v ↓