王斌

（武汉市政工程设计研究院有限责任公司，湖北 武汉 430023）

1 锚杆无损检测的方法及原理

1.1 检测方法

对锚杆的无损检测是基于钢筋本身属于相对均匀的介质并且波在钢筋中传播速度相对稳定来进行检测。将发射装置和接收转换器放置在锚杆的裸露端上可以有效的检测。应力波反射方法主要通过向锚头的顶面施加轴向瞬时冲击力或施加一冲量脉冲来进行激发，从而确保声波可以在被检测的介质中传播，并通过接收转能装置有效地接收反射的加速度信号。当声波通过介质传播后，它将携带有关介质材料的特性、内部结构和组成的信息，准确地确定相关声学参数的大小和变化。从而对锚杆质量进行判断。这种检测方法获取的信号相对稳定，能够相对简单地获取检测信号，提高检测精度和准确性，是目前主要使用的判断锚杆锚固质量的方法[1]。

1.2 弹性波传播机理与杆系波速

当弹性波在锚杆中传播时，其能量传播分为两部分，一部分沿锚杆传播，其频率较高，但衰减较快；另一部分沿锚固体传播，其频率较低，能量衰减较慢，最后经杆底或缺陷反射的混合波到接收器，其速度高于锚固介质，低于锚杆杆体。根据弹性波在粘滞弹性介质中传播的理论，传播速度不仅取决于材料的力学性质，还与弹性波的频率有关。所以，锚杆的杆体波速与杆系波速是不同的，一般杆体波速高于杆系波速，波速差异的因素与声波波长、锚杆直径、胶粘物厚度和波速及声波尺度效应等有关。因此计算锚杆长度时采用的波速平均值应考虑灌浆密实度的因素。由于多方面因素，目前无法准确地确定与密实度的关系，但在实际检测中应考虑杆长检测精度与密实度两者之间的关系[2]。

2 原理及质量判断依据

全长锚固类锚杆的锚固质量的无损检测原理是一维杆件原理。无损检测技术从锚杆顶部发出应力波，应力波通过锚杆杆体向四周传播。当应力波遇到砂浆和围岩时，就会发生反射和透射。对于锚杆、砂浆和围岩之间的均匀密实时，应力波的变化细微。如果三者之间不均匀密实，则会发生孔洞。锚杆锚固的缺陷主要取决于波形突变点的位置和信号强弱。通过测量锚固的质量，可以估算和分级灌浆密度。锚杆根据注浆的密度划分为4种类型。

（1）Ⅰ类锚杆。图形表现为应力波形规则且底部没有缺陷反射信号，杆底底部有微弱的反射波信号。

（2）Ⅱ类锚杆。图形表现为应力波形较为规则并且底部有微弱的缺陷反射信号，杆底底部有微弱的反射波信号。

（3）Ⅲ类锚杆。图形表现为应力波不太规则并且底部缺陷反射信号明显，杆底底部有微弱的反射信号或者缺陷多次的发射信号。

（4）Ⅳ类锚杆。图形表现为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。

3 应用

在对某小（二）型水库边坡位置的锚杆工程进行抽查检测，采用R S M-R B T锚杆（索）无损检测仪；采用应力波反射方法，一共抽查了285根锚杆，其中不合格的锚杆有12根。在检测的结果中有3类典型的波形（见图1～图3）。

图1 边坡段5号锚杆检测的波形图

图2 边坡段141号锚杆检测的波形图

图3 边坡段231号锚杆检测波形图

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。

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。

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。

4 问题及讨论

现有的技术无法准确测量杆体的长度，一方面是锚杆的底部与岩体接触处会有较好的结合，造成这里基本没有应力波反射信号，又或是锚杆底部可能存在缺陷，底部缺陷处应力波的反射信号可能会干扰正常的底部反射信号，从而对检测结果造成极大的影响；另一方面是由于实际检测中会遇到各种因素，造成现场检测的锚杆杆体的纵波速度出现波动，难以准确地检测出纵波速度。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 000m/s，纵波速度的不确定性也会对锚杆长度的检测带来影响。源于应力波传播的复杂性，缺陷部位的判断也是锚杆检测中的难题。主要是因为与不可测量的注浆饱满度相比，锚杆的长度相对更容易控制；其次，注浆的饱满度对于判断锚固质量更为重要。检测人员的经验丰富与否极大影响着锚杆的检测分类。锚杆锚固质量无损检测的目的是检测锚杆锚固质量合格比率从而对锚固工程做出评价。因此，在锚杆检测中，最重要的是通过波形判断锚杆锚固情况是否合格。

5 结语

在锚杆的质量检测中，应力波反射法相比传统的方法具有如下特点：快速、经济和非破坏性等，适合大面积的普查，在水利工程中得到了较好的应用。