广西润能水电设计研究有限公司 530004
摘要：无损检测是在不损伤被检物使用性能与形状的条件下进行的检测，对于控制和改进产品质量，保证材料、零件和产品的可靠性，保证设备的安全运行以及提高生产效率、降低成本等方面都起着重要的作用。本文结合无损检测技术的相关理论，主要研究该技术在锚杆质量检测中的应用。
关键词：无损检测技术；水利工程；应用
前言
无损检测技术不仅是产品设计制造过程和最终成品静态质量控制的重要手段，也是保障产品安全使用与运行的动态质量控制中的重要方法。水利工程是我国一项重要的惠民工程，无损技术的应用，不仅能够保证水利工程建设的质量和安全，而且能够提高水利工程的作业效率，促进工程建设向更科学、更高效的方向发展。以下本文将结合具体实例分析该技术的应用。
1锚杆质量无损检测技术概述
锚杆质量无损检测的内容为锚杆长度和注浆密实度。在由锚杆、胶粘剂和围岩组成的锚固体系中，可以把锚固体系简化为变截面杆模型，注浆密实度的变化表现为杆件截面而积的变化，锚杆长度表现为材质的变化。无论锚杆长度和注浆密实度的改变，均表现为广义波阻抗的变化。因此采用高频应力波反射法检测锚杆长度及注浆密实度是可行的，也适宜在现场实施。
1.1检测原理
（1）杆长检测原理
根据应力波反射原理，锚杆长度或缺陷深度计算公式如下：
时域计算公式：锚杆长度 ；缺陷位置：
频域计算公式：锚杆长度 ；缺陷位置
式中 ：锚杆的波速，与锚杆材质、直径以及胶粘剂、孔径等有关； ：杆中缺陷反射波到达时间（ms）； ：杆底反射波到达时间（s）； ：杆中缺陷反射波相邻两阶频差（Hz）； ：杆底反射波相邻两阶频差（Hz）。
（2）注浆密实度检测原理
若杆中存在注浆不密实段，则复合杆件的截面积及波阻抗发生变化，在波阻抗差异界而将产生反射应力波，杆中反射应力波的相对能量强度与注浆密实度差异程度有关；一般密实度越差，反射波的能量越强，衰减越慢；不密实区段越多，则波阻抗界面越多，反射应力波越多[1]。
基于上述分析，可以将锚杆端头的反射应力波能量、能流与锚杆的注浆密实度建立某种联系。当锚杆端头被激发应力波后，锚杆端头的应力波动能为：
1.2检测方法
由于杆件中的应力波为上下行波，因此应力波的激发与接收方向顺沿锚杆的长度方向。为加强耦合效果，在传感器侧旁粘上少许橡皮泥，然后用扎带同定在铺杆端头边侧；用超磁致声波震源的发射尖头顶住锚杆端头中心激发高频应力波，根据锚杆长度设定激励电压并保持不变，用声波检测仪接收自传感器传递的应力波信号。每根锚杆至少取得3条一致性完好的记录。一般锚杆端头出露约10~20cm，若锚杆端头出露过长，容易引起震荡信号，影响信号的分析与判断[2]。
2数据处理与资料分析
2.1锚杆检测专用软件
锚杆检测处理与分析专用软件具有以下四大功能模块：
1）时域分析模块：时域分析模块具有杆长设置、缺陷标识、入射波及反射波能量计算、波形拉伸/压缩、滤波和图像导出等功能，可以实现滤波、拉伸/压缩等处理，直观显示各反射波所对应的时间或杆长，计算任意区段入射波和反射波的能量。
2）能流计算模块：具有宽度（时间）选择、时问/杆长设置等功能，宽度选择范围为1~500个采样点，可以计算选定宽度的能流强度，显示能流强度曲线，读取各能流强度突变点的时间/杆长。
3）频谱分析模块：显示频谱曲线，读取各峰值的频率与幅值。
4）总能量模块：可显示时间或杆长对应的总能量曲线，移动游标可以读取任意时刻或长度的总能量。
2.2数据处理
应用锚杆检测专用软件对检测数据进行处理。
1）滤波：分析锚杆检测有效信号与干扰信号，设置合理的滤波参数，滤除干扰波，提高信噪比。滤波的通带范围一般没置在500~10000Hz。干扰波信号较弱时无须滤波处理。
2）频谱计算：对时域波动曲线进行傅立叶计算。
3）能流分析：选取不同的时间间隔计算波动能流进行分析比较，选取其中最明显的作为结果。
4）能量计算：计算锚杆端头波动总动能。
2.3检测成果分析
2.3.1反射波信号识别
（1）信号识别方法
检测锚杆的缺陷位置及长度，关键在于识别反射波信号。日前，一般采用时域和频率域识别反射波信号，当反射波信号微弱或被其他信号所干扰时，时域和频率域的信号识别能力较低，确定反射波的初至时刻更加困难。根据统计，锚杆检测时域有效识别率约为50%，频率域有效识别率约为20%，而且即使能够识别也只能识别其中一个缺陷反射信号或杆底反射信号，制约了锚杆无损质量检测技术的水平与应用[3]。
通过研究应力波反射理论与锚杆模型，提出采用锚杆反射波能量、能流识别反射波信号的方法。通过分析反射波出现时刻对锚杆端头波动能量与能流强度的改变，识别反射波信号及其初至时刻。识别反射波信号的四种方法：时域法、频率法、能流法和能量法。
采用以上四种方法综合识别反射波，较大程度地提高了对反射波信号的识别能力，而且可以有效识别多个反射波信号，将反射波信号的有效识别率提高到90%左右；而且综合分析时域、频率域及能量密度的识别结果，可以相互校验，提高反射波信号识别的准确度及初至时刻读数精度。
（2）反射波性质推定
锚杆反射波信号可能来自杆中或杆底，用杆底的反射信号计算的杆长为锚杆长度，用杆中反射信号计算的长度为缺陷位置，因此判断反射波信号的性质对于检测锚杆长度是非常重要的。其推定原则是：与入射波反相位的反射信号，肯定为杆中反射信号，其反射界面两侧的密实度是从不密实至密实；与入射波同相位的反射信号，推测可能为杆底反射信号或杆中反射信号，须结合其他因素综合判定；出现多次强同相反射的信号肯定为杆底反射信号；杆中同相反射界面两侧的密实度是从密实至不密实。
2.3.2质量评价
根据锚杆长度及注浆密实度检测结果，把锚杆锚固质量划分为四个质
量等级，具体分级标准见表1。
2.4检测实例
至2014年12月，通过对地下洞室、隧道及边坡锚杆支护工程94项的检测，共检测锚杆16101根，检测发现Ⅳ类锚杆641根，占检测锚杆总数的4.1%；其中注浆密实度不合格540根，占检测总数3.6%；长度不合格101根，占检测总数0.6%。
结语
由于传统的锚杆质量检测为破损性检验方法，检验时抽检比例有限，不能全面反映锚杆工程整体质量。对于长锚杆，抗拔力试验难以准确检测锚杆施工质量。锚杆质量无损检测方法克服了传统破损性检测的局限性，能有效地对注浆锚杆的长度和注浆密实度等内部施工质量进行检验，已在水电水利工程锚杆质量检测中得到广泛的应用。
参考文献：
[1]朱志军.无损检测技术在水利工程中的应用研究[J].中外企业家.2016（09）.
[2]王铁强.无损检测技术与水利工程建设质量和控制[J].南水北调与水利科技.2015（04）.
[3]魏光辉，余芳，罗世良.无损检测技术在水利工程质量检测与控制中的应用[J].西北水电.2015（02）.
作者简介：
梁克文（1985-），男（壮族），广西南宁人，工程师，大学本科，从事水利工程检测工作。
论文作者:梁克文
论文发表刊物:《基层建设》2016年第33期
论文发表时间:2017/3/7
标签：反射论文; 锚杆论文; 密实论文; 信号论文; 应力论文; 时域论文; 长度论文; 《基层建设》2016年第33期论文;