锚杆无损检测技术及其在工程中的应用

锚杆无损检测技术及其在工程中的应用

叶兆飞

福州铁建工程质量检测有限公司叶兆飞

摘要：为了明确实测波形跟锚固质量、检测方式之间的关系，基于应力波反射法检测的原理、方法以及应力波的传播理论，针对不同检测要素，锚杆锚固质量无损检测法－超声波反射法，或称音频应力波反射法，包括锚杆长度检测和灌浆密实度检测两方面，其理论依据是一维波动理论。本文选取了具有典型代表的工程锚杆和试验锚杆进行了检测、分析和对比，结果表明无损检测是一种十分有效的检测技术，能成功有效地对锚杆锚固质量进行检测和分级，确保了工程质量。

关键词：锚杆；无损检测；应力波反射法；砂浆饱和度引言：当前，锚杆锚固技术广泛应用于矿山、铁路、公路等系统的隧道、边坡、山体加固工程中。大部分锚杆都属于隐蔽工程，在施工过程中的管理和监督较为困难，其锚固系统的稳定影响了整个工程的质量。传统的检测方法是拉拔法，但这种方法有本身的局限性。

1、概述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。本文结合某铁路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、工作原理应力波普查检测是在无须严格处理的锚杆端头，用发射震源产生弹性波，沿锚杆传播并向锚杆周围辐射能量，检波器检测到反射回波，并由检测仪对信号进行分析与存储。反射信号的能量强度和到达时间取决于锚固杆周围或端部的锚固状况。

通过对信号进行处理和分析，可以确定锚杆长度以及锚固的整体质量。检测的核心是系统参数的合理选择，适当的采样间隔可保证检测效率和精度，其设置需考虑到锚杆的设计长度，锚杆底端与顶端的声幅比值换算为锚固密实度时的长度修正。

3、工程地质概况某铁路扩能改造工程DK204+625.35～+935.29段国道改线（DK204+673.10～+835.43左侧一级边坡），此段为国道改线路段。

Q4ml根植土：灰色，灰褐色，厚0.7m；Q4al+pl粉质黏土，软塑，σ0=120kPa；Qel+dl粉质黏土，硬塑，σ0=180kPa；各岩土层参数详见岩土工程勘察报告。

水文地质情况：低山区地下水位基岩裂隙水，不发育。山间谷地区地表水主要为小股溪流，水量较小。地下水为第四系孔隙潜水，埋深较浅。地下水及地表水对砼均无侵蚀性。仅根据氯离子含量判定。

4、检测依据和方法4.1、检测依据为《锚杆锚固质量无损检测技术规程》JGJ/T182-2009；4.2、检测方法简介：当工程的结构构件的尺寸为圆柱体且其直径d远远小于其长度L时，即L>d，则此构件完全可以作为弹性波中的一维杆件理论分析处理。锚杆是钢筋与混凝土、砂浆胶结在一起，与周围围岩（土）存在较大的弹性波波阻抗差异，因此，应用弹性波理论对锚杆进行无损检测，可以视锚杆为一维弹性杆件，用一维弹性杆件来检测分析锚杆的质量，即钢筋与混凝土的胶结质量、混凝土与围岩（土）的胶结质量（也就是锚杆的密实度）及锚杆的长度。

5、检测仪器及设备①激震：超磁致震源、手锤；②拾振：JL-L001强力磁座式加速度传感器；③数据记录和分析处理：JL-MG（D）锚杆锚固质量检测仪及分析软件。

6.锚固密实度评判标准A级：波形特征：波形规则，呈指数快速衰减，持续时间短；时域信号特征：2L/Cm时刻前无缺陷反射波，杆底反射波信号微弱或没有；幅频信号特征：呈单峰形态，或可见微弱的杆底谐振峰，其相邻频差△f≈Cm/2L；密实度D＞90%。B级：波形特征：波形较规则，呈较快速衰减，持续时间较短；时域信号特征：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；幅频信号特征：呈单峰或不对称的双峰形态，或可见较弱的谐振峰，其相邻频差△f≥Cm/2L；密实度D90%～80%。C级：波形特征：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；时域信号特征；2L/Cm时刻前可见明显的缺陷反射波或可见较清晰的杆底反射波，但无杆底多次反射波；幅频信号特征：呈不对称多峰形态，可见谐振峰，其相邻频差△f≥Cm/2L；密实度D80%～75%。D级：波形特征：波形不规则，呈慢速衰减活间歇增强后衰减形态，持续时间长；时域信号特征：2L/Cm时刻前可见明显的缺陷反射波及多次反射波，或清晰的多次杆底反射波信号；幅频信号特征：呈多峰形态，杆底谐振峰明显、连续或相邻频差△f＞Cm/2L；密实度D＜75%。

7、检测结论某铁路扩能改造工程DK204+625.35～+935.29段国道改线（DK204+673.10～+835.43左侧一级边坡）的锚杆声波反射法检测结果：所检测的24根锚杆到锚杆锚固密实度评判标准和单根锚杆锚固质量无损检测分级评定标准中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类的要求，达到Ⅰ类的锚杆为10根，占总锚杆数的41.7％；达到Ⅱ类的锚杆为11根，占总锚杆数的45.8％；达到Ⅲ类的锚杆为3根，占总锚杆数的12.5%。

8、结束语随着锚杆在各种工程中的普遍使用，对其质量检测的需求也越来越迫切。应力波检测技术拥有现场操作简单、人员需要少、检测效率高、不影响工程进度、结果准确等优点，可以为锚杆检测提供高效有力的质量保证，在工程建设过程中值得推广。

参考文献：[1]汪明武，王鹤龄.锚固质量无损检测技术[J].岩石力学与工程学报，2002，21（1）：126-129.[2]彭斌，刘春生，肖柏勋，等.锚杆锚固质量无损检测数据的分析与处理[J].物探化探计算技术，2003，25（3）：241-245.