佛山市市政工程质量检测有限公司 528000
摘要：本文主要从笔者亲身参与的检测原理及方法及锚固质量检测技术的发展趋势，旨在与同行探讨学习，共同进步。
关键词：锚杆；锚固质量；无损检测；技术应用
1.概述
锚杆支护被广泛应用在高边坡护理、地下洞室及隧道支护等工程，锚杆的施工质量直接影响着边坡或洞室的安全稳定。锚杆支护是通过锚入围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，将围岩中一定范围岩体的应力状态由单向（或双向）受压转变为三向受压，从而提高其环向抗压强度，使压缩带既可承受其自身重量，又可承受一定的外部载荷，使其有效地控制围岩变形。
锚杆施工属于隐蔽工程，全长粘结砂浆锚杆握裹水泥砂浆的灌注饱满与否是锚杆能否按设计要求起作用的重要指标。传统的锚杆锚固质量主要通过设计、施工、试验和验收等过程进行控制。试验主要是进行材料试验和锚杆抗拔力试验。据有关研究结果表明，当锚杆握裹长度达到42倍锚杆直径时，其握裹力已达到锚杆材质极限抗拉强度，握裹力不再随锚杆长度的增加而增加。金沙江溪洛渡水电站工程锚杆的长径比达到了180～375，因此锚杆拉拔力试验无法全面、客观地反映锚杆整体施工质量状况，特别是难以反映锚杆的锚固密实度。采用声频应力波对锚杆的锚固质量进行无损检测，能够对锚杆的锚固质量作出较全面的评价。本文结合金沙江溪洛渡水电站天然边坡处理工程锚杆锚固质量无损检测结果，探索了声波锚杆无损检测技术的可行性，同时也为如何应用无损检测技术快速检测锚杆锚固质量，提供了可借鉴的方法与经验。
2.检测原理及方法
（1）锚杆无损检测原理
应力波法是基于一维杆件的波动理论，根据波在锚杆中传播的一维波动方程以及波在上、下界面处质点位移的连续条件和力的平衡条件，通过应力波相位分析得出杆锚固定时存在缺陷的位置。根据应力波理论，当震源产生弹性波并沿锚杆传播，弹性波经过不同的介质界面1和2时，一部分波会透射过去继续向前传播，另一部分会反射回去，它们的强弱与两侧波阻抗的差异有关．其中在界面1中，ρ1为锚杆密度，ν1为声波在锚杆中的速度，A1为锚杆截面积;界面2中ρ2为锚固段密度，ν2为声波在锚固段中的速度，A2为锚固段截面面积，R表示反射，I表示入射，T表示透射，σ为应力。
因为这两种介质在界面处接触，由连续条件和牛顿第三定律可知，界面两侧质点速度相等，总的作用力相等，于是有
由式(7)可以看出，γ的正负视n的大小而定，它存在以下3种情况。
若ρ1ν1A1﹥ρ2ν2A2，即波从波阻抗大的介质进入波阻抗小的介质时，有cosφ=－1，即φ=π，有相位差，存在半波损失．对于被锚固剂握裹的锚杆，在握裹段的下界面，可近似认为沿杆体轴向广义波阻抗减小，传感器记录的该界面反射波与入射波同相。
若ρ1ν1A1＜ρ2ν2A2，即波从阻抗小的介质进入阻抗大的介质时，有cosφ=1，无相位差．对于被锚固剂握裹的锚杆，在握裹段的上界面，可近似认为沿杆体轴向广义波阻抗增大，这时反射波相位与入射波相位相同，传感器记录的该界面反射波与入射波反相。
若ρ1ν1A1=ρ2ν2A2，即两种介质波阻抗相同，对于被锚固剂握裹特别差的锚杆来说，可近似认为波在同一种介质材料中传播，即应力波沿锚杆轴向传播，到达锚杆底前无反射．
研究及试验表明理想的首脉冲应为半正弦波，且无反冲现象，在激发瞬间，由激振点产生向下传播的压缩波和向上传播的拉伸波，因此根据锚杆和围岩的特性，传感器接收到的首波信号为拉伸信号，在曲线上表现为波谷，在波的传播过程中根据遇到介质波阻抗的变化出现相应强反射及波峰波谷(图1)．
（3）现场检测设备及检测方法
现场检测选用重庆交通科研设计院有限公司研制的AD－10锚杆无损检测仪，通过之前的标准模拟试验和地质条件综合，确定检测参数后进行锚杆检测，利用配套软件建立锚杆锚固模型并进行数据处理及分析，能较准确地得出锚杆注浆的质量情况。
3.锚固质量检测技术的发展趋势
随着锚杆支护技术在各工程领域的广泛应用，锚固质量的检测技术也日新月异，但单一检测技术的应用和推广都有一定的局限性，部分检测水平还没有特别成熟。目前，随着现代数学、力学、计算机的发展，多种检测手段相结合的方法将是未来的发展方向。
（1）多种检测手段相结合的新测试技术
随着锚杆锚固质量检测技术的发展，无损检测技术和传统检测技术的互相结合将成为未来的发展趋势之一。多种检测手段相结合的测试技术的应用，可以有效避免使用单一方法的局限性，如拉拔法属于破坏性检测，只能用于个别锚杆的抽样检测，而取芯法主要靠目测法对芯样进行评判，具有一定的主观性;无损检测中超声波衰减较快，而声频应力波相位又受锚固介质影响较大，难以准确判定锚杆动刚度和极限承载力。因此，为了准确定位锚杆缺陷和预判锚杆承载力，提高检测效率和精度，研制多功能一体化的检测设备也迫在眉睫。
此外，相位突变与小波分解技术相结合的方法已经在工程检测中应用。随着新的测试理论的深入研究，大量的学者把其运用到锚杆检测中来，如超声导波检测技术等。多种检测技术的综合应用将会产生相互干扰，这仍需进行理论研究和试验验证。
（2）多种影响因素叠加效应的研究
围岩、工作荷载、龄期、地应力等因素直接影响锚杆锚固质量，同时这些因素也构成了支护系统所处的复杂工作环境，故锚杆的锚固质量检测不能只考虑单一影响因素，应综合考虑节理岩体、巷道开挖、预应力、龄期等众多因素的共同作用。对于多因素的影响可以运用新的检测技术和仿真模拟相结合的方法对各因素的叠加效应进行研究，建立各因素组合的影响权重关系，为今后的锚杆锚固质量检测技术发展提供好的检测思路，从而使检测结果更贴近工程实际。
（3）建立智能评价系统
为了较好地评价锚固质量和描述锚杆工作状态，减少人为因素的影响，使测试的结果更有说服力，锚固质量评价系统的建立十分重要。以 Matlab 为基础平台的信号分析系统、神经网络、灰色理论等智能评价方法，已在工程领域得到了广泛的应用。这种智能评价系统的建立提高了分析精度，使评价结果更接近工程实际。
参考文献；
[1]锚杆锚固质量及无损检测技术研究现状_杨维武
[2]锚杆锚固质量检测技术研究现状_孙冰
[3]锚杆锚固质量无损检测几个关键问题的研究_李义
[4]锚杆锚固质量无损检测技术及研究进展_郭凤卿
[5]锚杆锚固质量无损检测技术及应用_席远
[6]锚杆锚固质量无损检测技术研究应用_盛小龙
[7]锚杆锚固质量无损检测技术研究与应用_逄世玺
论文作者:刘泳钊
论文发表刊物:《基层建设》2016年36期
论文发表时间:2017/3/29
标签：锚固论文; 锚杆论文; 质量论文; 检测技术论文; 阻抗论文; 应力论文; 围岩论文; 《基层建设》2016年36期论文;