张银雷
重庆市渝发水利科学研究院 重庆 404100
摘要：本文介绍了锚杆无损检测的概念以及检测原理，并且对锚杆灌浆密实度做出了详细的解释，重点举例描述了锚杆无损检测在水利水电工程中的应用，对此提出了问题进行讨论，以供相关人员参考学习。
关键词：锚杆；无损检测；弹性波反射法；质量评价；
前言：在水利水电工程的施工过程中，围岩被损坏，围岩应力释放，极容易产生坍塌现象，这时主要方法是用喷锚支护来加固围岩。锚杆工程是将锚杆打入工程体中，属于具有隐藏性质的工程，常用的检测方式有两种，一种是对锚杆进行拉拔实验；另一种则是本文主要讨论的锚杆的无损检测。以往对于锚杆施工质量检测的方法诸如：拉拔实验、开挖检查等都存在许多问题，传统的方法在锚杆工程整体性施工质量检查中存在不足之处，特别是无法检测出注浆密实度，又对锚杆本体及围岩造成损伤。随着科技不断发展，对锚杆无损检测技术的水平在日益提高。
一、锚杆无损检测概念以及原理
锚杆的无损检测法—超声波反射法，或称音频应力波反射，是近年来兴起的一种新方法，包括锚杆长度检测和灌浆密实度检测两方面。
锚杆锚固技术自上世纪 70 年代首先用于核电工程，进入 90 年代后，该技术在水利水电、工民建、交通、市政等工程中得到广泛使用。锚杆锚固质量如何，成为工程界关注的重点之一。锚杆锚固质量的传统检测方法是抗拉拔试验，有关研究表明，抗拉拔试验结果尚不能完全、真实地表示锚杆的锚固状况和锚固质量，运用物探方法进行锚杆锚固质量无损检测成为锚杆检测方法研究的新方向。
1978 年，瑞典的 H.F.Thurner 提出用超声能量损耗法，通过检测入射波能量与反射波能量的差异来检测锚杆锚固的密实度，该方法存在探头能量较小，锚杆有效检测长度较短的不足；中国铁道科学院，在此基础上研制出 M-7 锚杆检测仪，采用激振能量相对一致的机械撞击方式激振，增加了锚杆有效检测长度；挪威研制出全自动锚杆检测仪，检测锚杆长度 4 米；近年来，国内一些单位将小波变换和相位谱分析等数字处理技术用于锚杆无损检测研究，并取得了一些成果，但其检测方法、检测效果及检测机理仍有待深入研究。
1.1锚杆长度检测原理
主要是根据应力波在杆体底部的反射时间，通过输入同类型的锚杆波速参数，可以计算出锚杆的长度。针对不同的锚杆类型，检测的内容也有所差别。
1.2 灌浆密实度的检测原理
锚杆灌浆密实度要根据接受的方式以及不同方法的激发，从而得到了多条波形曲线，并且对这些曲线进行了详细额分析，从而确定出锚杆灌浆的缺陷类型。根据注浆的密度进行划分，锚杆分为4种类型。
1.2.1Ⅰ类锚杆
表现出的应力波形规则并且底部没有缺陷反射信号，在杆底底部有微弱的反射波信号。
1.2.2Ⅱ类锚杆
表现出的应力波形较为规则并且底部有微弱的缺陷反射信号，在杆底底部有微弱的反射波信号。
1.2.3Ⅲ类锚杆
表现出的应力波不太规则并且底部缺陷反射信号明显，在杆底底部有微弱的反射信号或者缺陷多次的发射信号。
1.2.4Ⅳ类锚杆
表现出的波形在长时间呈慢速衰减的形态，在杆底底部缺陷发射信号明显，很难判断杆的的反射信号。
1.3 检测设备
检测设备锚杆质量检测仪是由采集仪、发射震源和检波器以及分析处理软件共同组建而成。而由发射震源产生的弹性波它会沿着锚杆进行扩散传播，并且向锚杆的周边发射辐射能量，再由检波器检测到反射回波，最后由检测仪将采集到的信号进行详细的分析并且储存。反射信号的能量强度以及到达的时间都跟锚杆周围以及端部的灌浆情况有着直接的关系，经过对收集的信号进行详细的分析，可以快速得明确锚杆的长度和灌浆的整体质量。这样便于进行下一步工作。
二、锚杆灌浆密实度解释
2.1波形综合判别法
波形综合判别法，就是结合在锚杆顶部激发、接收到反射波信号进行综合分析：当接收到的反射信号极小甚至没有反射信号时，反映锚杆的灌浆密实度较好；若反射波形中出现横波成份，但横波波幅较小，成份较少，则灌浆密实度就有些降低，如果横波波幅较大，则灌浆密实度可能有明显的下降；若是反射波形中横波、纵波波幅都比较大，并且伴随着明显的多次反射的出现，这样的锚杆灌浆密实度可能很差，起不到锚固的作用。
2.2频谱分析判别法
频谱分析判别法就是通过测定锚杆—砂浆—围岩体系的固有振动频率，来反映锚杆与围岩的胶结程度，从而判定锚杆的灌浆密实度。当灌浆饱满时，锚杆－砂浆－围岩体系的固有振动频率相对较小；而当灌浆不饱满时，锚杆—砂浆—围岩体系则表现出有较大的固有振动频率。
三、锚杆无损检测在水利水电工程中的应用
在对某水电站厂房边坡和发电洞等位置的锚杆工程进行抽查检测，检测仪器：JL-MG锚杆质量检测仪；检测方法：应力波反射方法，一共抽查了490根锚杆，其中不合格的锚杆有16根。在检测的锚杆中有3类典型的检测波形（见图1~3）。
图1发电洞1450段右壁2号锚杆检测的波形图
从图1中可以看出，这种类型的波形符合Ⅰ类锚杆，应力波形规则并且底部没有缺陷反射信号，在杆底底部有微弱的反射波信号。由此可以判断出锚杆质量分类为优。
图2 发电洞1450段左壁143号锚杆检测的波形图
从图2中可以看出，这种类型的锚杆符合Ⅱ类锚杆应力波形较为规则并且底部有微弱的缺陷反射信号，在杆底底部有微弱的反射波信号。由此可以判断出锚杆质量分类为良。
图3 发电洞1450段拱顶52号锚杆检测波形图
从图3可以看出，这种类型的波形符合Ⅳ类锚杆，波形在长时间呈慢速衰减的形态，在杆底底部缺陷发射信号明显，很难判断杆的反射信号。由此可以判断出锚杆的质量分类为不合格。
四、问题及讨论
目前对于锚杆杆体长度的测量还存在着困难，现有的技术还不能对杆体的长度实现准确的测量，一方面是锚杆的底部与岩体接触，在接触处会有较好的结合，致使应力波在此处基本没有反射信号，又或者是锚杆的底部可能出现缺陷，在底部缺陷的部位应力波的反射信号很有可能会干扰到正常的底部反射信号，对检测结果有着极大的影响；另一方面是锚杆杆体
的纵波速度，由于实际检测中会遇到众多复杂的情况，现场通过实验检测锚杆杆体的纵波速度会出现波动，很难准确地检测出确定的纵波速度。根据相关资料与经验，砂浆锚杆体的纵波速度一般在4 000 ~5 000 m/s，纵波速度的不确定性也会对锚杆长度的检测带来影响。
缺陷的判断在锚杆检测中也是一个难题，主要是由于应力波传播的复杂性而导致的，在实际的锚杆检测中，对于缺陷部位的判断尤为重要，其重要性甚至超过了对锚杆长度的判断。主要是因为相较于对注浆饱满程度的不可测量，锚杆的长度可以进行控制；其次，注浆的饱满程度对于锚杆施工质量的判断更为重要。
锚杆的质量分类在很大程度上与检测人员的经验相关，同一个锚杆的质量由不同的检测人员检测，在锚杆优、良以及合格的判断上很有可能检测出不同的结果。锚杆检测的目的是检测出不合格的锚杆，依据检测出锚杆的不合格率对锚杆工程做出评价。因此，在锚杆检测中，通过波形判断锚杆是否合格是最重要的。
结束语：
综上所述，在对锚杆工程的锚杆检测中，应力波反射法相比传统的检测方法具有如下特点：快速、经济和非破坏性等，在水利水电等众多工程中得到了广泛的应用。
参考文献
[1]王国滢，等.锚杆无损试技术的应用研究[J].工程物探，2008，（4）.
[2]徐永煜.锚杆测试方法及实践[J].工程物探，2007，（1）.
[3]陈仲侯，等.工程与环境物探教程[M].地质出版社，1993.
论文作者:张银雷
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/28
标签：锚杆论文; 反射论文; 波形论文; 信号论文; 密实论文; 应力论文; 围岩论文; 《建筑学研究前沿》2018年第32期论文;