锚杆无损检测
第一章绪论
岩土工程锚固技术，是以喷锚支护为主要技术措施，在岩土体的利用、整治和改造中，有效控制岩土体的稳定性，使之具有服务功能的加固技术的总称，在世界各地的岩土工程中得到了广泛的应用。
岩土锚固技术的发展状况
在岩土工程中采用锚固技术，能够充分挖掘岩土能量，调用岩土的自身强度和自承能力，大大减轻结构的自重，节约工程材料，取得显著的经济效果并确保施工安全与工程稳定，因而迅速地得到大范围的推广应用。
1872，首批锚杆在英国北威尔士的一家板岩采石场中投入使用，美国于1911年开始用岩石锚杆支护矿山巷道，1918年西利西安矿山开始使用锚索支护，1934年阿尔及利亚的舍尔法坝加高工程使用预应力锚杆，1957年西德Buac;公司在深基坑中使用土层锚杆。目前，国外各类岩石锚杆己达600余种，每年的使用量达.25亿根。日本土锚的用量已比三年前增加了5倍。西德、奥地利的地下开挖工程，已把锚杆作为施工中的重要手段，无论硬土层或软土层，几乎没有不使用锚杆的。
我国岩石锚杆起始于50年代后期，当时有京西矿务局安滩煤矿、河北龙烟铁矿、湖南湘潭锰矿等单位使用楔缝式锚杆支护矿山巷道。进入60年代，我国开始在矿山巷道、铁路隧道及边坡整治工程中大量应用普通砂浆锚杆与喷射混凝土支护。1964年，梅山水库的坝基加固采用了预应力锚索。70年代，北京国际信托大厦等基坑工程采用土层锚杆维护。在全国煤矿中，1996年锚杆支护率己达%。近10年来，北京王府饭店、京城大厦、上海太平洋饭店等一大批深基坑工程以及云南温湾电站边坡整治、吉林丰满电站大坝加固和上海龙华污水处理厂沉淀池抗浮工程等相继大规模地采用预应力锚杆。举世瞩目的三峡工程双线五级永久船闸的高边坡及薄衬砌墙稳定加固中，预应力锚索和全长粘结锚杆起了主要作用。
锚杆检测技术的发展
锚杆锚固工程不但具有复杂性，还具有高度的隐蔽性，发现质量问题难，事故处理更难。因此锚杆检测工作是整个锚固工程中不可缺少的环节，只有提高锚杆监测工作的质量和监测评定结果的可靠性，才能真正地确保锚固工程的质量与安全。
1978年，瑞典的;提出用超声波检测砂浆锚杆锚固质量的方法，并试制了Bultmer检测仪。该方法主要有两个问题:一是采用超声波衰减严重，只能对短锚杆，而且锚固介质单一的锚杆适用;二是对锚杆端头要求苛刻，即在现场要对锚杆端头重新机械加工打磨平整，压电晶体才能将超声波发射祸合进入杆体。
上世纪80年代末，美国矿业局研制了一种顶板锚杆粘结力测定仪。它也是根据发射和接收超声波的原理来设计的。
同时，我国铁道科学院曾在仿效瑞典所用方法的基础上做了一定的改进，研制了M一7锚杆检测仪，改用能量相对一致的机械式撞击方式激振，增大了有效检测长度。
武汉创新高科技公司生产的LX一10E型锚杆检测仪，主要用于边坡工程中的锚杆锚固质量检测，并且需要和拉拔力测试的结果结合起来，进行综合分析。
汪明武等人通过模型试验，分析了声频应力波在锚固体系中的反射相位特征和能量衰减变化规律，探讨了测定锚固力的无损拉拔试验，并将成果应用到实际工程中。
焦作工学院的吕绍林教授等人提出将声波在锚固系统中的能量特征与相位特征相结合的方法来综合评价锚杆锚固质量，其依据是锚固系统中锚固缺陷存在时，声波在缺陷处不仅有能量变化，而且有相位突变。
近年来，山西太原理工大学的李义教授等人利用应力波反射法，通过分段截取找出了锚
杆底端反射的显现与否与锚杆自由段长度、波长之间的定量关系，不仅在理论上，而且通过实验室模拟试验，验证了锚固段内波速要发生变化，提出固结波速的概念，并且验证了其速度范围介于锚杆杆体波速和锚固介质波速之间。
朱国维等人针对煤矿井下常用锚杆的类型及其锚固状况，设计制作了相似的物理模型，并且研制了一种弹射式加速度检波器，以便在锚杆端头激发并接收高频应力波。
重庆大学的许明等人将岩石声波测试技术应用到锚杆的无损检测中，通过测定锚杆的振动响应来估计和判断锚杆的锚固质量，将小波分析和神经网络等信号分析技术应用到较复杂检测信号的分析中。
英国伦敦大学的博十等人利用导向超声波来对锚杆进行检测，通过对信号相速率、能量速率、衰减系数的频散曲线进行分析，并综合考虑了围岩岩石模量、环氧层模量及厚度、锚固质量等因素对测试结果的影响，得到了在高频和低频时最为理想的超声波激振频率，且研制了专门的激振传感器。在低频时，宜采用40kHz脉冲进行检测;在高频时，ZMHz是一个比较理想的激振频率。在实际中，采用高频和低频相结合的方法，且通常只能对以内的锚杆进行检测。
在锚杆检测技术的工程应用方而，许多单位和个人也做了大量的研究工作，如长江科学研究院岩基研究所的江人翼、中南助查设计研究院的邹钢、国家电力公司贵阳勘测设计研究院的许煌东等人，他们结合工程的实际情况，制作了大量的模型锚杆，通过模型试验，进行了大量的现场试验研究，对现有的一些检测方法进行了改进，总结出了一套在实际工程中行之有效的经验，并且提出了一些问题，为锚杆检测技术研究的迅速发展起到了巨大的推动作用。
锚杆无损检测研究的发展现状及问题的提出
对锚杆荷载变化进行长期或短期观测，可采用按机械、液压、振动、电气和光弹原理制作的各种不同类型的测力计。但这些测力计一般需要预埋，受电磁场干扰大，在潮湿、温差大的条件下灵敏度大大降低，更不能适应在偏载和爆破震动、坍落岩石的冲击下长期正常工作;对于工程界广泛使用的未预埋测力计的锚杆，过去没有可靠的监测设备，其张拉荷载是靠张拉千斤顶的活塞面积和油泵压力换算的，至于锁定后锚固力大小和在长期运行中的变化情况就无法评价;现场拉拔实验通过测定锚杆静荷载一位移曲线来确定锚杆极限承载力，这种方法无疑是既直观又可靠的，但要测出完整的荷载一位移曲线，不仅要花费很长的时间和耗资相当大，而且为了获得准确的极限承载力，必须进行破坏性试验，所以检测面小，这样就难以言其代表性了。
将无损检测技术应用于锚杆、锚固质量的检测始于二十世纪八十年代，并在近年来得到了较快的发展。如80年代，瑞典曾推出超声波反射法检测砂浆锚杆的锚固状态的商品化检测仪器;90年代，美国矿业管理局开发出能检测锚杆应变和长度的超声波仪器，但它无法评价锚杆的施工质量。超声波方法的缺陷是衰减过快，对于长锚杆的检测是无能为力的，且激发条件苛刻又不能作出定量化评价。为了得到比较好的超声波信号，锚头必须磨平，故现场不适用;80年代末，国内铁科院与地矿部技术方法研究所协作研制出声波反射波检测仪并进行了技术鉴定。淮南矿业学院王鹤龄等提出了用振幅比及能量衰减系数来衡量锚杆的锚固质量;太原理工大学爆破所采用波的时域、频域分析来检测锚杆的锚固质量，提出了表征锚杆锚固质量的六个参数:有效锚固长度、幅值比、衰减系数、动刚度、基频、频率比。但由于锚杆底端反射的不确定性，检测数据的分析处理与解释方法的滞后，使得这些方法在工程实践中的应用受到了一定限制;此外，还出现机械式扭力矩测力计的方法，但其精度可靠性低且是破损性的。
郭世明1995年至1998年在大朝山水电站采用应力波法对近千根锚杆进行了质量检测。通过在测试中的对比研究，取得一定的效果，说明采用应力波法对锚杆质量进行检测是可行
的。锚杆长度检测采用应力反射波法进行测定，该方法的基本理论依据为一维杆件的弹性应力波反射理论。在锚杆顶部激发弹性应力波，当弹性应力波传播到锚杆底部时由于锚杆和锚杆底部的岩石存在波阻抗差异，将产生反射波回到锚杆顶。根据反射波的走时和锚杆中的应力波传播速度就可以确定出锚杆长度。应力波在坚硬完整的介质中传播速度大，衰减速度快，而在松散及不完整介质中应力波的传播速度小，衰减速度慢。因此可以利用应力波的这一传播特性来判断注浆饱和度情况。对于注浆饱满的，硅和岩石的藕合性好，可看成完整的介质，因此应力波的波形规则衰减快，近于指数衰减;对于注浆饱满程度差的，则硅和岩石间的藕合性差，可看成松散不完整的介质，应力波的波形杂乱，衰减慢。根据不同方向、不同部位击震的应力波衰减曲线就可以对注浆饱和度作出判断。对于锚杆注浆饱和度检测，目前该方法只能给出定性或半定量的质量评价，且主观性较大，更精确的定量判断还有待进一步的试验研究。汪明武利用声频应力波来快速普查检测锚杆锚固质量及预测锚固力的无损拉拔试验方法，研究表明，由于锚固体系广义波阻抗的变化，激发的声频应力波在波阻抗界面处发生界面效应，产生反射波和透射波，应力波能量重新分配，介质质点间内摩擦也导致能量向其他形式转化，此外，反射波的相位特征及能量衰减规律反映了锚杆的锚固状态和侧阻力分布状态，且应力波能量吸收系数与锚固段长度有如下关系:
式中:a为能量吸收系数(奈培/m)，;为应力波在锚固段中传播距离(m)，A，为应力波第i 次反射的反射波振幅。检测工作的核心之一是锚固段长度的测定，工作关键是系统参数的合理设定。根据不同的。值和反射波相位特征，可得出锚杆锚固状态检测分级标准。通过现场锚杆拉拔试验可知，锚杆锚固体系的拉拔曲线在锚固体系临破坏前有明显的变化，若自动跟踪绘制拉拔曲线形态和拉拔系数的变化特征，来判断锚杆受力是否达到临界破坏，并用拉拔曲线转折前后曲线割线交点预测锚固力，可达到既测定锚杆锚固力，又不损坏锚杆锚固力。现场实测拉拔曲线可能呈现出复杂的变化规律，因为影响锚固力的因素多且复杂，锚固体系破坏方式又多样的原因。实测位移除锚固体系的弹性和塑性变形外，还有锚杆垫板的变形和压入松散岩面的位移，以及杆体与锚固介质、锚固介质对孔壁围岩的相对位移等。故无损拉拔测定的锚杆锚固力与实际锚固力及破损性拉拔测定锚固力存在差别，这是该法需完善和改进的方面。
综上所述，虽然国内外学者对锚杆无损检测方法、锚杆的使用寿命、岩土介质超声波测试技术以及应力波检测理论进行了大量工作，并且在岩土工程及地质工程中进行了多年的实践，但是，对于锚杆锚固系统的声学特性与原理、声波资料的处理技术、锚固系统健康状态的评价等等，还是尚未解决的问题，最能反映锚杆施工质量水平的灌浆密实度、应力幅度、锚杆的长期稳定性也一直缺乏必要而有效的检测方法，这就阻碍了声波测试技术在岩土工程领域的更广泛的应用。
第二章锚杆无损检测的理论基础
锚杆锚固的力学基础
2.1.1锚杆的结构及分类
锚杆通常由锚头、自由锚杆段和固定锚杆段三部分组成。锚头位于锚杆的外露端，通过它最终实现对锚杆施加预应力，并将锚固力传给结构物。自由锚杆段即锚杆固定段顶端以上至结构物间的锚索部分，其上没有拉力传递至周围土层，这可通过在锚索周围安置无摩擦的套管实现。这些导管也起着防止锚杆自由段腐蚀的作用。自由锚杆长度通过考虑包括锚杆在内的地层“块”的总体稳定而确定。通常利用自由锚杆段弹性变形的特性，在锚固过程中对锚杆施加预应力。固定锚杆段即离结构物最远的锚索部分，通过该段将所承受拉力传递给周围土层。固定锚杆(锚固体)长度通常由锚杆极限锚固力、锚杆设计轴向拉力、安全系数、锚固体结构尺寸以及锚固体表面与周围岩土体间的粘结强度等因素确定。
由于锚杆可能锚固在条件显著不同的地层内，故研制出许多采用不同锚索，不同钻孔方法和不同灌浆程序的锚杆装置借以实现上述目的。锚杆装置有三种基本的类型(特殊类型的锚杆除外，例如，用于海洋或临时房屋的锚杆)，这三类锚杆图示说明于图2一1。第一种类型锚杆由一种圆柱形孔眼构成，孔眼采用灌浆或其它固定剂充填，这取决于所需传递荷载的大小，岩石材料通常选用这种类型。第二类锚杆为扩大的圆柱体，该扩大圆柱体由在控制的高压下使灌浆液注入到钻孔周围侧壁而形成，适用于粘性土和非粘性土。第三类锚杆是一种采用特殊挖凿装置在固定锚杆段长度方向一处或几处位置扩孔形成带有扩孔锥的圆柱体。锚杆的应用范围在扩大，各种锚杆传递的荷载也在增加，然而，埋设于岩土介质中的锚杆和加工它们所用的材料，常常没有变化。这样，就需知道荷载系统如何用锚杆分配给岩上介质。
2.1.2荷载从锚杆转移到灌浆体的力学机理
虽然锚杆和围绕它的灌浆柱之间的结合强度还研究得很不够，但由于灌浆与周围地层的结合处常常更危险，相对来说较少注意锚杆的前一个特性。理想化的机理应是:锚杆钢筋上有微观粗糙度或肋纹，灌浆围绕锚杆充满这些皱曲而形成灌浆柱。
灌浆体与锚杆钢筋表面发生复杂的化学相互作用，一旦承受荷载，它们之间的结合(胶着)作用就得以发挥，但在一定的相对位移下，有效的化学胶着就遭破坏，锚杆与侧限灌浆之间的阻抗力就由摩擦作用产生，增大钢锚杆表面的粗糙性，由此产生的机械咬合作用使得一部分灌浆的剪切强度增大。锚杆与灌浆交界面单元上的强度一变形特性类似于钢桩。由于锚杆是相当长的弹性构件，相对于灌浆的锚杆位移量是沿着它的长度变化的。在位移很小的地方，摩阻力的变化主要是化学胶着力作用，在工作荷载下，这种情况发生在靠近锚固长度的下端。在锚固长度的上端，由于锚杆的弹性伸长，相对位移较大，将产生摩擦或许还有机械咬合效应。在产生摩擦型阻力的地方，它的值取决于灌浆柱提供的限制程度。若灌浆出现压碎和屈服，则相对于灌浆柱的锚杆位移将会大得多。沿锚杆长度的结合应力分布，取决于一些复杂的和尚未完全了解的因素。一般说来，随着施加荷载的增加，结合应力的最大值移向锚杆的下端，以渐进方式发生滑动并改变着结合应力的分布。随着锚杆内施加荷载的增加，沿锚固长度以类似于摩擦桩的方式转移结合应力。当锚固区内锚索发挥了最大结合粘着力时，就要发生相对于灌浆柱的锚杆滑动，随着进一步的滑动，进而发挥摩擦阻力。锚固长度必须使发挥的结合应力平均值有足够的储备，以保证锚杆与灌浆交界面不发生结合破坏。为了发挥结合应力，需要一定的转送长度来转移锚杆中的荷载于灌浆脚]。
2.1.3灌浆与钻孔壁结合的力学机理
如长度为L直径为d的一个圆柱形锚固区，平均工作结合应力为T，则锚杆荷载P
假定灌浆体与钻孔壁的交界面上不存在局部剥离，则灌浆与地层的交界面上由剪切产生破坏;于是在锚固的整个交界面上均匀分布着结合应力。事实上并非如此，这些理想的假定不适用。地层钻成锚杆孔时，安装锚杆，灌浆以及施加锚杆荷载，相邻地面经受到一种很复杂的加载过程，相继出现的锚杆性能无疑地就与这个加载过程有关。一般来说，锚杆孔的粗糙度，岩土介质的强度控制着破坏面，同时亦受在紧靠锚杆孔附近的施工工作引起地层的改变的影响。打孔首先引起应力释放和机械的扰动，在灌浆阶段更要出现很复杂的应力变化。在灌浆凝结期间，液体由灌浆向周围地层以及由地层向凝固了的灌浆体流动，由于自然界存在种类繁多的地层，这样的流动就使灌浆和地层之间的交界面远远没有弄清楚。在锚杆负载
时，从灌浆柱到地层的应力转移，是以径向应力和剪应力的形式出现，但破坏发生在什么地方是不清楚的[sl一翔。也许在进入地层内某一短距离，也许在交界面上，这取决于交界面和相邻地层的相对强度。当地层是坚硬岩石时，破坏出现在灌浆体与岩石的交界面上，甚至于在灌浆体中。若为较软的地层，如软岩或硬粘土，破坏会进入地层内一短距离(大约几毫米)。由于交界面具有脆性，破坏通常出现在交界面上，对于长的锚固长度剥离现象特别明显。
2.1.4锚固力的概念及锚固机理
1 锚固力
国标GBJ86一85将锚固力定义为锚杆对于地层的约束力。我国常用锚杆的直径为14~20mm，而锚杆钻孔直径为32一150mm。锚杆作用于地层的力可分为径向和切向两个方向，径向锚固力含托锚力和粘锚力。托锚力是托板对锚杆孔口及附近地层的挤压作用力，托锚力的大小由锚杆所加预应力和锚杆工作状态所决定，最大托锚力就是锚杆拉拔试验时的最大拉拔力;粘锚力是由于地层深部与浅部变形的差异锚杆通过粘结剂对地层施加的粘结力(剪切作用力)，粘锚力的反作用力就是锚杆体内的轴力;切向锚固力是由于锚杆体贯穿弱面，改善了弱面的力学性质，限制地层沿弱面的滑动和张开的力。因此锚杆是兼有支护和加固两种作用的较完美的支护形式。径向锚固力主要起着支护作用，切向锚固力主要起着加固作用。锚固力是在锚杆与围岩相互作用过程中形成和变化的。锚杆的锚固力不仅取决于锚杆本身的结构、参数、锚固方式和锚固长度，金属网、钢带和梁等护表构件，锚固岩体的坚硬程度、结构和性质等，还取决于锚固岩体的位移、流变、离层和破裂等围岩的损伤破坏过程卜91。在围岩大变形巷道中，随着锚杆锚固岩体的松动破裂，锚杆的锚固力大都会迅速下降，实际的锚固力往往远低于理论计算值，甚至完全失效。
2.抗拔力
作为受拉杆件的锚杆，其承受拉力的能力，一方面取决于预应力筋的截面积和抗拉强度，这是容易较精确地设计并满足使用要求的;另一方面，则取决于锚固体的抗拔力。锚固体的抗拔力事先不易准确确定，它与许多因素有关，如锚固体几何形状、传力方式、锚固体与周边地层的粘结摩阻强度及上覆层厚度等，锚固体的抗拔力是影响单根锚杆极限承载力的关键所在。一般来说，可以采用以下方法来提高锚固体的抗拔力和锚杆的承载力:增加锚固体长度;高压灌浆;端头扩体或多段扩体。阻止锚固体从岩土体中被拔出的抗力是由岩土体与锚固体界面上的粘结摩阻力决定的。粘结摩阻力在整个锚固体长度上分布是不均匀的，它与岩土体的渗透性、灌浆压力有很大关系。粘结力的大小是用锚固体中力的变化率来衡量的，在任意两个截面之间的锚固体应力如果没有变化，粘结应力就不存在。粘结作用大致由三部分组成:（1）水泥胶体与岩土体表面的化学胶着力;(2)锚固体外表面与岩土体接触面上的摩擦力;(3)锚固体外表面粗糙产生的机械咬合作用。化学胶着力很小，发生相对滑动后，粘结力主要由摩擦力和咬合力所提供。一般说来，在外荷作用下最大粘结摩阻应力分布在锚固体的前半段，随着荷载的增加，粘结摩阻应力峰值逐渐向锚固体后端转移，在锚固长度范围内结合应力的分布和转移类似于摩擦桩。
长期以来，人们把锚杆拉拔试验时的抗剪强度当作锚杆剪锚力(锚固力)，现场也认为通过拉拔试验测得的是锚杆锚固力，其实不然，因为锚杆在工作时和拉拔试验时受力分布完全不同，而且两者的变化过程也不相同。锚杆拉拔试验测得的最大抗剪强度实际上是锚杆可能达到的最大托锚力，锚杆在工作时抗剪强度的失效过程，远比拉拔试验的破坏过程复杂。剪锚力沿锚杆全长呈非线性分布，且随地层变形而变化，所以要给出锚杆剪锚力的简单计算公式或实测值是很困难的，故锚杆拉拔抗剪强度只能在一定程度上反映锚杆剪切锚固力大小，但拉拔试验对检测锚杆的安设质量、分析锚杆的工作状态具有重要意义，目前仍普遍采用锚杆在拉拔试验时的抗拔力来评价锚杆剪锚力。
3.锚固机理
锚杆对岩体进行直接加固，可以锁紧碎裂岩体，提高摩擦力，实现岩体结构条件的转化，使碎裂结构转化为银嵌结构块状结构整体结构，使岩体强度得以提高。从概念上来区分，对锚喷支护作用原理的认识，可归纳为两种不同的理论。一种是建立在结构工程概念上，其基本特征是“荷载一结构”模式。把岩土体中可能破坏塌落部分的重量作为荷载由锚喷支护承担。锚杆支护的悬吊理论最具代表性。该理论要求锚杆长度穿越塌落拱高度，以便把坍塌的岩石悬吊起来。工程实践表明，锚杆长度短于塌落拱高度，隧道仍然安全，如何解释呢?人们又提出了组合拱理论，认为系统锚杆与塌落范围的部分岩石组成岩石锚杆组合拱，以承担塌落拱形成的荷载，然后，按结构力学的方法计算组合拱的内力。所谓“承载环”概念，是“荷载一部分围岩、支护结构”模式，实际上是系统锚杆与岩石组成环状结构以承受围岩荷载。显然，承载环概念未能摆脱“荷载一结构”模式。总之，这一类型的理论，都是70年代以前发展形成的，是沿着结构工程概念，采用结构力学的方法来讨论的。
另一种是建立在岩体工程概念上，其基本特征是，充分发挥围岩的自稳能力，防围岩破坏于未然。支护与适时、合理的施工步骤的主要作用是，适时控制岩体变形与位移，改善岩体应力状态，提高岩体强度，使岩体与支护共同达到新的平衡稳定，以获得最佳的效益。这一类型的理论，按照岩体工程概念，采用现代岩体力学、岩体工程地质力学的方法，对岩体进行稳定性分析以及锚固支护加固效果分析，是80年代初提出，尔后逐步发展完善的。显然，建立在岩体工程概念的锚固支护作用原理，较之建立在结构工程概念的锚固支护作用原理更先进，更正确。
2.1.5锚杆的失效
锚杆通常有四种失效方式:
(1)杆体钢筋拉断。常出现在杆体尾部丝扣段，该处易产生应力集中，是杆体的薄弱环节。采用滚丝法加工丝扣，或对该段进行热处理，是防止该失效的有效措施。
(2)托板失效。托板可能受到的最大压力就是锚杆的最大拉拔力，为了提高托板承载力，可增大托板厚度，或采用高强度的钢材。
(3)粘结破坏。这种破坏有三种情况:a.锚杆一粘结剂接触面破坏;b.围岩-粘结剂接触面破坏;.c破坏面深入到围岩体内几个毫米，常发生在软弱围岩，一般软岩的抗剪强度小于7MPa，粘结剂与围岩的粘结强度为5一16MPa，粘结剂与杆体粘结强度为.673一。采用树脂锚固剂，增加锚固长度，可有效防止粘结破坏。在围岩十分软弱破碎情况下，只有提高围岩的可锚性，才能实现可靠锚固。
(4)锚空失效。大量工程实践表明，由于局部围岩破坏造成的锚空失效是锚杆失效的主要形式。锚杆或锚喷支护巷道，由于围岩荷载和围岩中弱面的不均匀性，常发生局部破坏，导致锚杆切向锚固力迅速丧失，径向锚固力(托锚能力和粘锚能力)也大幅度降低，从而引起更大范围的破坏。在锚网或锚梁网支护的巷道中，局部破坏被护表构件所抑制，锚空失效会得到有效控制。
此外，爆破、重型机械和地震力发生的冲击引起的锚杆预应力损失量，较之长期静荷载作用引起的预应力损失量可能大得多。潮汐、风荷载等变异荷载，对保持锚杆预应力和锚固体的锚固力，都具有不利影响。
无损检测技术
无损检测是在不破坏或损伤原材料和工件受检对象的前提下，研究其内部和表面有无缺陷的手段，也就是说，它利用材料内部结构的异常或缺陷的存在所引起的对热、声、光、电、磁等反应的变化，评价结构异常和缺陷存在及其危害程度。长期以来，无损检测有3个阶段，即无损检测NDT(NondestructiveTesting)、无损检查NDI(NondestructiveInspection)和无损评价NDE(NondestructiveEvaluation)。目前一般统称为无损检测NnT。无损检测的方法
有很多，最常用的有射线检测TR(X一Rdanigr叩hyTesting)、渗透检测PT(penetrateTesting)、磁粉检测MT(MagnetismTesting)、超声波检测uT(ultrasoni。Testing)和涡流检测ET(Eddy介sting)等。
1.无损检测技术的主要功能
(l)无损探伤对产品质量作出评价，无论是锻件、铸件、焊接件、饭金件或机加工件以至于非金属结构都能用无损检测技术找出它的表面或内部的缺陷，并能对缺陷进行定性或定量分析。
(2)材质检查用无损检测技术能测定材料的物理性能、机械强度和组织结构，能判别材料的品种和热处理状态，进行混料分选。
(3)几何度量产品的几何尺寸、涂层或镀层厚度、表面腐蚀状态、硬化层深度和应力应变状态都能用无损检测来测定。
(4)现场监控可对在役或生产中的产品进行现场的或动态的检测，将产品中的缺陷变化信息连续地提供给检侧者以实行监控。
2.采用无损检测技术可以达到地目的
(1)降低产品成本。
(2)提高安全可靠性。
(3)改进制造工艺。
近些年来，无损检测技术越来越受到人们的普遍重视，在航空与航天。核技术、武器系统电站设备、铁道与造船、石油与化工、锅炉与压力容器、建筑、冶金和机械制造等工业中应用的极为广泛。目前锚杆锚固质量的检验也主要通过无损检测来完成。
锚杆无损检测的波动理论
随着岩石动力学的研究深入和应力波理论在岩土工程中应用的开展，使得
采用波动理论的方法解决锚杆无损检测的问题成为可能。对于金属杆，不论从
理论上，还是从几何形体、材质、受力情况等方面来讲，比较符合弹性杆的波
动理论，这样就可以利用反射波法来检测金属杆的锚固质量。金属杆在岩土介
质中的振动特性及锚固体系中弹性波的传播规律及能量衰减机制这一问题的解
决是反射波法的关键所在。具体来说，就是搞清弹性波在受边界条件约束的杆
状体内传播的运动学和动力学规律，尤其是对边界条件变化产生的特征反射和
杆体内波动能量的外泄(衰减特性)，进行波谱分析和能量衰减分析[划。
2.2.1波在锚固体系中的衰减机制
波在介质中传播时，其能量随着传播距离的增加而减弱的现象，称为波
的能量衰减。不同的介质不同的传播条件及不同的波形有着不同的衰减规律。
波衰减的机理很复杂，对于结构复杂的介质进行理论分析，则更困难。一般
都以实测结果评价其衰减程度。通常在波的传播过程中，能量的衰减有以下
几种形式。
(1)波的扩散衰减(几何衰减)
不同振源在介质中的波型是不一样的，它的传播状态也各不相同。对于
有限面积的振源来说，其波的能量扩散，随着传播距离的增加，扩散程度也
将会加大。因此，单位面积上的能量将随着传播距离的增加而减小，这种随
着波阵面的扩散而引起的波的能量的减小，称为扩散衰减。
(2)波的散射衰减
武汉理工‘大学硕士学位论文
当平面波在介质中传播时，在传播方向遇到某个障碍物。如果障碍物的尺
寸大于波的波长，那么就发生反射和折射现象;如果障碍物的尺寸与波的波
长可比时，就发生显著的绕射的现象;如果障碍物的尺寸小于波长，波可以
绕过而继续传播，同时有一部分能量被这些障碍物散射掉。
(3)波的吸收衰减
在波传播过程中，由于介质的吸收将波的能量转换成另一种形式的能量
(最常见的为热能)，而使波携带的能量减少的现象称为吸收衰减。波被介质
吸收主要是由于介质粘滞性，热传导，热驰豫等原因造成的。由于介质的粘
滞性阻碍质点运动，造成质点间的内摩擦，从而导致能量损耗;由于介质内
部质点振动状态转变的迟缓，产生了驰豫吸收，所有这些使部分能量转化为
其它形式的能量。所谓吸收衰减可以粗略地认为质点的振动受到“抑制”而
发生的。这样就比较容易理解在频率较高时，能量的吸收衰减比较大的原因。
对于锚固状态下的锚杆，锚杆体内传播的平面纵波，通过锚杆侧面向周
围介质祸合产生的体波，向锚固介质辐射能量。锚固介质中祸合产生的体波，
继续向围岩传播，一部分能量透射到围岩中去，另一部分则通过锚固介质反
射回到锚杆中去。这样瞬态应力波激发给锚杆的能量因周围介质透射而引起
明显的衰减。透射的大小取决于锚固段锚固面积的大小和锚固体本身的强度。
.波在锚杆锚固体系中传播时的能量分配规律
对于锚固质量优的锚杆，有效锚固长度长的锚杆，锚杆体内所携带的能
量很容易透射到周围介质中去。根据波在三种不同阻抗介质中传播的基本理
论知;只要锚固介质阻抗22为杆体阻抗Z，与锚固体阻抗Z。的几何平均时，即
22司万万，且锚固介质厚度为波长的(2n+1)/4时，就能够获得全透射，也就是
能量能够最理想地祸合到锚固体中去;当杆体阻抗与锚固体阻抗接近时，只
要锚固介质的厚度为波长的一半的整数倍时，也会使能量最理想地透射到锚
固体中去;当三者的阻抗接近时，也会使能量能够最理想地藕合到锚固体中
去，这样反射回来的能量就很微弱。
2..23波在锚杆锚固体系中反射规律
当锚杆头受瞬态力激振后，引起锚杆头质点振动，并以应力波的形式向杆
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底传播。当波在均匀介质中传播时，波的传播速度，幅度和类型均保持不变;
但当波在不均匀介质(波阻抗发生变化)中传播时，它将产生反射、透射或散射现象，波的强度将发生突变，导致扰动能量重新分配，一部分能量穿过界面向前
传播为透射波，而另外一部分能量反射回原介质，称为反射波。在实际工程中
透射波不易测得，但反射波可在其传至锚杆顶时由安装于锚杆顶的传感器(加速
度计或速度计)测得。由于反射波携带锚杆体内的信息，利用反射波内所含的信息，就可以对锚杆的锚固质量进行分析。如图2一2所示，图中i，:，t分别表示应力波的入射波、反射波和透射波，p，V，A分别
为介质的密度、波速和截面积。
根据应力波理论，波阻抗比
A一AV一Vp一p
一一n
PIvlAPZvZAZ_兰止-，z为波阻抗，由连续性
Z2
条件和牛顿第三定律得到反射系数Q(反射波的振幅
与入射波的振幅之比)由下式决定。
a。05(*)-1一n
1+n(2一2)
图2一2应力波传播示意图
PZvZAZ一PiviAI
Plv1Az+PZvZAZ
式中切为反射波与入射波的相位差，而透射系数刀
由下式决定卢=2P2v2A2
Plv1AI+PZvZAZ(2一3)
由次看出，刀总是正值，即入射波与透射波总是同号的。。的正负视n的大小
而定，它存在以下三种情况125一v2]:
()l如果PlvlA，>几hAZ即波从波阻抗大的介质进入波阻抗小的介质时，
则有ocs切=一1，即切二二，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，这时反射波
相位与入射波相位相反。由于反射波被传感器接受的方向是反射波再一次在杆
顶的反射，故被传感器记录的锚杆底反射波与入射波同相。
()z如果PlvlA;<八妈AZ，即波从阻抗小的介质进入阻抗大的介质时，则有
ocs切一1即沪一。，无相位差。对于被锚固剂握裹的锚杆，在握裹面的上界面，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，
由于反射波被传感器接受的方向是反射波再一次在杆顶的反射，故被传感器记
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录的锚杆底反射波与入射波反相。
(3)如果PlvlA，一户2、2A2即两种介质材料的波阻抗相同，对于被锚固剂握裹特别差的锚杆来说，可近似认为波在一种介质材料中传播，也就是说，应力波
沿锚杆轴向传播，到达杆底前无反射。
造成上述“同相反射”或“反相反射”，亦即无半波损失或有半波损失的原
因，本质上是由应力波入射到波阻抗分界面上时，入射波和反射波所引起分界
面上应变(和应力)的方向是相反或相同而决定的。
展望
锚杆支护质量的检验一直没有得到很好的解决，本文对锚杆的无损检测和
锚固质量的评价进行了初步的研究，由于本人能力有限和其他各方面的因素，
该研究还出于起步阶段。对于锚杆无损检测这个新领域中还存在诸多问题有待
进一步研究解决:
(1)需要对锚杆无损检测进行更多的试验模拟，对试验曲线进行分析，以
便和现场实测数据进行比较;
(2)应力波法检测锚固系统质量虽然有其优点，但难于探测波阻抗渐进的
变化、锚头和锚杆尾部附近出现的缺陷以及多缺陷识别较为困难，需要进一步
研究解决;
(3)采用反射波法检测锚杆质量体系，探测深度有限，需要补充更多的其
他信息，例如工程地质资料、施工原始记录、施工方法、现场条件以及锚杆的
类型等。
总之，锚杆锚固质量无损检测技术的研究在国内尚属起步阶段，使矿业和
岩土工程界一个急需解决的课题。
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参考文献
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某隧道需要进行锚杆抗拔力测试，经统计，实际共有200根锚杆，正确的选测锚杆数量应为（）根。 A.1 B.2 C.3 D.4 答案:C 您的答案：C 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第2题 某隧道检测锚杆砂浆注满度，实测脉冲波接收的重复多次反射信号幅度值很小，则初步判断砂浆注满度（） A.饱满 B.不饱满 C.基本饱满，局部欠饱满 D.不确定 答案:A 您的答案：A 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第3题 在Ⅴ级围岩条件下，三车道隧道系统锚杆长度一般不小于（） A.2.0m B.2.5m C.3.0m D.3.5m 答案:B 您的答案：B 题目分数：4 此题得分：4.0 批注：
水泥砂浆锚杆，允许钻孔深度偏差为（） A.±10mm B.±20mm C.±50mm D.±100mm 答案:C 您的答案：B 题目分数：4 此题得分：0.0 批注： 第5题 锚杆孔位允许偏差为（） A.±5mm B.±10mm C.±15mm D.±20mm 答案:C 您的答案：C 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第6题 锚杆抗拔力试验检测试验规定（） A.锚杆数的1%且不少于3根做抗拔力测试 B.同组锚杆抗拔力的平均值应大于或等于设计值 C.单根锚杆的抗拔力不得低于设计值的95% D.单根锚杆的抗拔力不得低于设计值的90% 答案:A,B,D 您的答案：A,B,D 题目分数：8 此题得分：8.0 批注： 第7题 锚杆安装尺寸检查包括（） A.位置 B.方向
D.孔径 E.孔形 答案:A,B,C,D,E 您的答案：A,B,C,D,E 题目分数：8 此题得分：8.0 批注： 第8题 锚杆起到（） A.支撑作用 B.组合梁作用 C.加固拱作用 D.悬吊作用 E.挤密作用 答案:B,C,D 您的答案：A,B,D 题目分数：8 此题得分：0.0 批注： 第9题 隧道锚杆支护施工质量检测项目包括（） A.锚杆数量 B.锚拔力 C.孔位 D.钻孔深度 E.锚杆长度 答案:A,B,C,D,E 您的答案：A,B,C,D,E 题目分数：8 此题得分：8.0 批注： 第10题 锚杆材料检查包括（） A.抗拉强度 B.抗压强度 C.延展性 D.弹性
TS-ABC602 锚杆索无损检测仪 工作原理： TS-ABC602 锚杆索无损检测仪利用声波反射法检测锚杆锚索的长度和注浆密实度。仪器主要由主机、震源和传感器组成。安装在锚杆或锚索端头的超磁致声波震源在主机的控制下产生脉冲波，安装在同一端头的传感器接收直达声波和经锚杆或锚索底部和周边反射回的声波信号，结合信号的走时、幅度和频率综合判定锚杆或锚索的长度以及注浆密实度。 TS-ABC602 锚杆索无损检测仪具有两通道同步采集功能和相位及谱分析功能，因此还可以用来准确检测高速公路钢质护栏立柱的长度和埋深。 依据规范： 1.JGJT 182-2009 锚杆锚固质量无损检测技术规程； 2.DLT 5424-2009 水电水利工程锚杆无损检测规程。 应用范围： 1.锚杆锚索长度、注浆密实度和锚固缺陷的无损检测； 2.岩锚梁等重要部位的长自由段锚杆的无损检测； 3.高速公路钢质护栏立柱长度和埋深的无损检测； 仪器特色： 1.锚杆、锚索、护栏立柱均可检测，一机多用，性价比高； 2.仪器具有两通道并行采集功能，应用范围广，功能强大； 3.仪器采用24位500kHz的模数转换单元，具有超强的微弱信号检测能力和检测精度； 4.主机与传感器采用有线工作方式，可靠性高，适应范围广，安全高效； 5.主机采用DC6V供电，功耗低；内置高能锂电池，一次充电可连续工作12小时； 6.主机内软件系统为嵌入式操作系统，中文界面，美观大方，简单高效； 7.主机与超磁致声波震源高度集成，操作简单，携带方便； 8.主机采用USB2.0数据接口，数据传出简单方便； 9.主机内置8G存贮器，采用FAT32数据存储格式，可在通用Windows操作系统下通过USB2.0 接口对实测数据文件直接进行复制粘贴； 10.主机外壳模具成型，美观大方，防水防尘，防护等级达到IP54； 11.主机尺寸260mm*190mm*70mm,重1.8Kg，可单人工作； 主要技术参数： 技术参数技术指标技术参数技术指标 工作模式独立工作系统噪声电压（mV）≤2 控制模式嵌入式控制系统动态范围（dB）200 显示器800×480高亮度、真彩色液晶显示 屏 放大器频带（Hz）10Hz～10kHz 存储方式8G SD卡最大存储长度8096定点放大（倍）1、10、100三档可调幅值非线性度≤1%浮点放大（倍）256时间示值误差≤1%
目录 1 检测目的 (2) 2 检测时间 (2) 3 检测位置及检测锚杆数量 (2) 4 检测仪器设备 (2) 5 检测原理及方法 (2) 6 检测要求 (2) 6.1检测要求 (2) 6.2检测结果评定按下述要求执行 (2) 7 检测完成情况 (3) 7.1贵州省普安县五嘎冲水库工程左右坝肩锚杆检测结果 (3) 8 检测结论 (7)
水库工程左右坝肩锚杆锚固质量无损检测报告 1.检测目的 检验水库左右坝肩锚杆锚固质量的有效性和可靠性。 2.检测时间 2019.9.9上午09:00～10:40 3.检测位置及检测锚杆数量 4.检测仪器设备 本次检测所采用的仪器为：JL-MG(C)型锚杆锚固质量检测仪。 5.检测原理及方法 全长粘结砂浆锚杆的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。传统的测试方法是用抗拔力来检验，但这种方法并不能完全确定其施工质量。试验证明，对于高强螺纹锚杆，当锚固长度达到锚杆直径的42倍时，握裹力不再随锚杆长度的增加而增加，因此仅用抗拔力来检验施工质量不完整。因此，必须采用声频应力波对锚杆的锚固质量进行无损检测和抗拔力试验有机地结合并进行综合分析，才能对锚杆的锚固质量进行很好地分析和评价。 6.检测要求 6.1检测要求 根据《锚杆锚固质量无损检测技术规程》（JGJ/T 182-2009），常规部位永久锚杆抽检比例不小于10%，且每单项或单元工程不小于10根；临时工程锚杆检测比例为施工总数的3%，且每单项或单元工程不小于5根。 6.2检测结果评定按下述要求执行 锚杆实测入孔长度大于等于设计长度的95%。单项或单元工程锚杆抽检质量达到以下标准，可判断为合格： （1）岩锚梁等关键部位锚杆抽检样本中90%达到Ⅰ级以上，且无Ⅳ级锚杆。 （2）常规部位永久锚杆抽检样本中80%达到Ⅱ级及以上，且无Ⅳ级锚杆。 （3）临时性锚杆抽检样本中80%达到Ⅲ级及以上可判断为合格。
报告编号： xx水电站 锚杆无损检测报告 xx工程检测有限公司 二〇一四年十月十五日
声明 （1）报告涂改、错页、换页、漏页无效； （2）报告无编写、校核、审查人签字无效； （3）报告无“xx工程检测有限公司”检测专用章无效；无“CMA”章无效；无骑缝章无效； （4）检测试验报告未经书面批准不得部分复制，复制报告未重新加盖检测单位章无效； （5）本报告仅对抽检样本负责；对本报告若有异议，应于收到报告之日起十五日内向检测单位提出，逾期不予 受理。
审查：校核：报告编写：检测人员：
1 工程概况 xx水电站位于**市**县**镇（右岸）和**市**镇交界处的**江上，属三等中型工程，以发电为主，无防洪、灌溉、航运、供水等综合利用要求。水库正常蓄水位748m，死水位740.5m，汛期运行水位741m，水库库容2460万m3，电站装机容量49.8（2×24.9）MW。 电站枢纽由混凝土面板堆石坝、左岸岸边式溢洪道、右岸泄洪冲沙（兼导流）洞、右岸长引水隧洞、调压井、压力钢管道、右岸地面厂房组成。现在xx水电站处于正常施工阶段，重点工作为泄洪冲沙洞施工。 2 任务来源 本次锚杆无损检测工作受xx水电站工程建设管理部委托（见《****江xx水电站锚杆无损检测工作委托单》），由xx工程检测有限公司按委托方要求开展，有关合同技术标准及要求由委托方提供。 3 规程、规范及合同技术要求 3.1.参照规程 根据xx水电站工程建设管理部任务委托书的要求，本次锚杆无损检测工作按照下列规程、规范及合同技术要求开展： (1)《水电水利工程锚杆无损检测规程》（DL/T 5424-2009）； (2)设计要求及xx水电站施工承包合同相关要求开展。 3.2.判别标准 根据任务委托书的要求，执行《水电水利工程锚杆无损检测规程》（DL/T 5424-2009）、设计要求及xx水电站施工承包合同相关要求判别： (1)单根锚杆长度合格标准 a)岩锚梁等关键部位结构锚杆实测入孔长度大于等于设计长度的95%，且不足长度 不超过20cm； b)常规部位永久锚杆实测入孔长度大于等于设计长度的95%； c)临时锚杆实测入孔长度大于等于设计长度的95%。 (2)锚杆分级标准 a)Ⅰ级锚杆：长度合格，锚杆饱满度D≥90%
第1题 某隧道需要进行锚杆抗拔力测试，经统计，实际共有200根锚杆，正确的选测锚杆数量应为（）根。 A.1 B.2 C.3 D.4 答案:C 您的答案：C 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第2题 某隧道检测锚杆砂浆注满度，实测脉冲波接收的重复多次反射信号幅度值很小，则初步判断砂浆注满度（） A.饱满 B.不饱满 C.基本饱满，局部欠饱满 D.不确定 答案:A 您的答案：A 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第3题 在Ⅴ级围岩条件下，三车道隧道系统锚杆长度一般不小于（） A.2.0m B.2.5m C.3.0m D.3.5m 答案:B 您的答案：B 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第4题 水泥砂浆锚杆，允许钻孔深度偏差为（） A.±10mm B.±20mm C.±50mm D.±100mm
答案:C 您的答案：C 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第5题 锚杆孔位允许偏差为（） A.±5mm B.±10mm C.±15mm D.±20mm 答案:C 您的答案：C 题目分数：4 此题得分：4.0 批注： 第6题 锚杆抗拔力试验检测试验规定（） A.锚杆数的1%且不少于3根做抗拔力测试 B.同组锚杆抗拔力的平均值应大于或等于设计值 C.单根锚杆的抗拔力不得低于设计值的95% D.单根锚杆的抗拔力不得低于设计值的90% 答案:A,B,D 您的答案：A,B,D 题目分数：8 此题得分：8.0 批注： 第7题 锚杆安装尺寸检查包括（） A.位置 B.方向 C.深度 D.孔径 E.孔形 答案:A,B,C,D,E 您的答案：A,B,C,D,E 题目分数：8 此题得分：8.0 批注： 第8题
锚杆无损检测技术及其在工程中的应用 发表时间：2014-09-03T16:05:57.747Z 来源：《科学与技术》2014年第1期下供稿作者：叶兆飞 [导读] 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。 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.
锚杆无损检测 第一章绪论 岩土工程锚固技术，是以喷锚支护为主要技术措施，在岩土体的利用、整治和改造中，有效控制岩土体的稳定性，使之具有服务功能的加固技术的总称，在世界各地的岩土工程中得到了广泛的应用。 1.1岩土锚固技术的发展状况 在岩土工程中采用锚固技术，能够充分挖掘岩土能量，调用岩土的自身强度和自承能力，大大减轻结构的自重，节约工程材料，取得显著的经济效果并确保施工安全与工程稳定，因而迅速地得到大范围的推广应用。 1872，首批锚杆在英国北威尔士的一家板岩采石场中投入使用，美国于1911年开始用岩石锚杆支护矿山巷道，1918年西利西安矿山开始使用锚索支护，1934年阿尔及利亚的舍尔法坝加高工程使用预应力锚杆，1957年西德Buac;公司在深基坑中使用土层锚杆。目前，国外各类岩石锚杆己达600余种，每年的使用量达.25亿根。日本土锚的用量已比三年前增加了5倍。西德、奥地利的地下开挖工程，已把锚杆作为施工中的重要手段，无论硬土层或软土层，几乎没有不使用锚杆的。 我国岩石锚杆起始于50年代后期，当时有京西矿务局安滩煤矿、河北龙烟铁矿、湖南湘潭锰矿等单位使用楔缝式锚杆支护矿山巷道。进入60年代，我国开始在矿山巷道、铁路隧道及边坡整治工程中大量应用普通砂浆锚杆与喷射混凝土支护。1964年，梅山水库的坝基加固采用了预应力锚索。70年代，北京国际信托大厦等基坑工程采用土层锚杆维护。在全国煤矿中，1996年锚杆支护率己达29.1%。近10年来，北京王府饭店、京城大厦、上海太平洋饭店等一大批深基坑工程以及云南温湾电站边坡整治、吉林丰满电站大坝加固和上海龙华污水处理厂沉淀池抗浮工程等相继大规模地采用预应力锚杆。举世瞩目的三峡工程双线五级永久船闸的高边坡及薄衬砌墙稳定加固中，预应力锚索和全长粘结锚杆起了主要作用。 1.2锚杆检测技术的发展 锚杆锚固工程不但具有复杂性，还具有高度的隐蔽性，发现质量问题难，事故处理更难。因此锚杆检测工作是整个锚固工程中不可缺少的环节，只有提高锚杆监测工作的质量和监测评定结果的可靠性，才能真正地确保锚固工程的质量与安全。 1978年，瑞典的H.EThume;提出用超声波检测砂浆锚杆锚固质量的方法，并试制了Bultmer检测仪。该方法主要有两个问题:一是采用超声波衰减严重，只能对短锚杆，而且锚固介质单一的锚杆适用;二是对锚杆端头要求苛刻，即在现场要对锚杆端头重新机械加工打磨平整，压电晶体才能将超声波发射祸合进入杆体。 上世纪80年代末，美国矿业局研制了一种顶板锚杆粘结力测定仪。它也是根据发射和接收超声波的原理来设计的。 同时，我国铁道科学院曾在仿效瑞典所用方法的基础上做了一定的改进，研制了M一7锚杆检测仪，改用能量相对一致的机械式撞击方式激振，增大了有效检测长度。 武汉创新高科技公司生产的LX一10E型锚杆检测仪，主要用于边坡工程中的锚杆锚固质量检测，并且需要和拉拔力测试的结果结合起来，进行综合分析。 汪明武等人通过模型试验，分析了声频应力波在锚固体系中的反射相位特征和能量衰减变化规律，探讨了测定锚固力的无损拉拔试验，并将成果应用到实际工程中。 焦作工学院的吕绍林教授等人提出将声波在锚固系统中的能量特征与相位特征相结合的方法来综合评价锚杆锚固质量，其依据是锚固系统中锚固缺陷存在时，声波在缺陷处不仅有能量变化，而且有相位突变。 近年来，山西太原理工大学的李义教授等人利用应力波反射法，通过分段截取找出了锚
工程锚杆锚固质量检测方案 1.工程概况 xxx程新增电梯基础采用岩石锚杆基础，锚杆为全长粘结型，主筋规格 为1C25，钻孔直径110mm,设计入岩5.0m,锚杆总数为2根。 2.检测依据 《锚杆锚固质量无损检测技术规程》(JGJ/T182—2009) 3检测目的 利用声波反射法检测锚杆的杆体长度和锚固密实度，确定锚杆的工程质量。4.工作方法与原理 4.1工作方法 锚杆工程质量检测以往多采用拉拔试验的方法检测锚杆施工质量，但拉拔试验不足以正确评定其质量，若不能将锚杆拔出，则难以判断锚杆的长度和锚固密实度。锚杆锚固体系是由钢筋、水泥砂浆和基岩构成的，当出现砂浆灌注不饱满、空腔等质量问题时，钢筋与砂浆、砂浆与围岩之间就存在波波阻抗突变的界面，因此，采用声波反射波对锚杆锚固质量进行无损检测具备检测物理条件。本次检测仪器为RSM-RBT锚杆无损检测仪。 4.2工作原理 全长粘结砂浆锚杆的水泥砂浆的灌注密实与否，是锚杆能否按设计要求起作用的重要指标。传统的测试方法是用抗拔力来检验，但这种方法并不能完全确定其施工质量。试验证明，对于高强锚杆，当锚固长度达到锚杆直径的42倍时, 握裹力不再随锚杆长度的增加而增加，因此仅用抗拔力来检验施工质量不完整。采用声波反射法对锚杆的锚固质量进行无损检测和抗拔力试验有机地结合并进行综合分析，才能对锚杆的锚固质量进行很好地分析和评价，其原理如下: 图1锚杆体系模型示意图
当工程的锚杆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 ，则此锚杆可以作为弹性波中的一维杆件理论分析处理。锚杆是钢筋与水 泥砂浆胶结在一起，与周围围岩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。 应力波在锚杆中传播时考虑粘滞性阻尼力的一维弹性波波动方程为： 式中，u 为截面的纵向位移；x 、t 为空间、时间坐标； 为锚杆周围介质的阻尼 系数；S 、E 分别表示锚杆的截面积及锚杆材料的弹性模量； C 为锚杆的纵波波 速；c 'E ， 为锚杆材料的质量密度。在小阻尼情况下，式（1）的解可近 似简化为 式中， 2s 为衰减因子，w 为无阻尼条件下的圆频率。由式（2）可见，波在 传播过程中幅值随传播时间的增加按指数规律衰减；当 值不变时，S 值或 值 愈小则波幅值随时间衰减愈快。 在由锚杆、混凝土砂浆和围岩组成的体系中，由锚杆端部发射的声波经杆体 向四周传播，在锚杆与砂浆、砂浆与围岩等界面发生入射、 系分别为 Z 2 Z i 1 （3） Z 2 Z i 1 i 2(Z 2 Z i )(A i A 2) （4） t Z 2 Z 1 1 i 式中，波阻抗Z= cA ， 、c 、A 分别为介质的密度、声速和截面积。 从上述公式可以看出，当杆中某一截面面面积或材料性质发生改变时，入射 波将在该截面处发生反射和透射，其反射和透射波的大小与截面面积和波阻抗相 对变化的程度有关。与变截面杆相类似，在锚杆体系中锚杆、砂浆、和基岩三者 之间浇灌均匀密实时，应力波的能量大部分透射到基岩体中，只有小部分能量反 射回来，且反射信号极有规律。 当砂浆浇灌不均匀、 密实时，在砂浆中出现空穴， 在空穴处将出现不同程度的波阻抗变化面。 表现在原有的信号中迭加了强度不同 的反射信号， 或在不应出现反射波处有反射信号， 根据反射波x 2 ____ u J__2u SE t C 2 t 2 (1) Ae 2rt e iw (t T (2) 反射和透射。入射波应力为 i 反射波应力r 与透射波应力t 之间的关
锚杆锚固质量无损检测技术及应用（每日一练） 单项选择题（共5 题) 1、某隧道需要进行锚杆抗拔力测试，经统计，实际共有200根锚杆，正确的 选测锚杆数量应为（）根。 (C) ?A,1 ?B,2 ?C,3 ?D,4 答题结果： 正确答案：C 2、某隧道检测锚杆砂浆注满度，实测脉冲波接收的重复多次反射信号幅度值很 小，则初步判断砂浆注满度（） (A) ?A,饱满 ?B,不饱满 ?C,基本饱满，局部欠饱满 ?D,不确定 答题结果： 正确答案：A 3、在Ⅴ级围岩条件下，三车道隧道系统锚杆长度一般不小于（） (B) ?A,2.0m ?B,2.5m ?C,3.0m ?D,3.5m 答题结果： 正确答案：B
4、水泥砂浆锚杆，允许钻孔深度偏差为（） (C) ?A,±10mm ?B,±20mm ?C,±50mm ?D,±100mm 答题结果： 正确答案：C 5、锚杆孔位允许偏差为（） (C) ?A,±5mm ?B,±10mm ?C,±15mm ?D,±20mm 答题结果： 正确答案：C 多项选择题（共5 题) 1、锚杆起到（） (BCD) ?A,支撑作用 ?B,组合梁作用 ?C,加固拱作用 ?D,悬吊作用 ?E,挤密作用 答题结果： 正确答案：BCD 2、隧道锚杆支护施工质量检测项目包括（） (ABCDE) ?A,锚杆数量 ?B,锚拔力
?C,孔位 ?D,钻孔深度 ?E,锚杆长度 答题结果： 正确答案：ABCDE 3、锚杆材料检查包括（） (ACD) ?A,抗拉强度 ?B,抗压强度 ?C,延展性 ?D,弹性 ?E,可焊性 答题结果： 正确答案：ACD 4、锚杆抗拔力试验检测试验规定（） (ABD) ?A,锚杆数的1%且不少于3根做抗拔力测试?B,同组锚杆抗拔力的平均值应大于或等于设计值?C,单根锚杆的抗拔力不得低于设计值的95% ?D,单根锚杆的抗拔力不得低于设计值的90% 答题结果： 正确答案：ABD 5、锚杆安装尺寸检查包括（） (ABCDE) ?A,位置 ?B,方向 ?C,深度 ?D,孔径 ?E,孔形 答题结果： 正确答案：ABCDE
溆怀高速公路 锚杆（索）检测方案 试验检测单位：湖南省交通规划勘察设计院试验检测中心 机构资质：公路工程综合甲级、桥隧专项 证书编号：交GJC甲055、交GJC桥45
计量认证编号：2009180433R、2009181196R 一、工程概况 溆怀高速公路有路基边坡防护类型有普通锚杆框架梁植草护坡，锚杆框架梁护坡，锚杆人字骨架，钢筋人字形骨架+加固锚杆护坡，拱形骨架护坡，路堑人字形骨架+加固锚杆护坡，锚杆尺寸采用Φ22，Φ28，Φ32螺纹钢筋，长度分别为7m、9m、12m，为了保证路基边坡防护的稳定性，拟进行锚杆（索）抗拔试验，锚杆锚固质量无损检测，现制定锚杆（索）、检测方案。 二、锚杆（索）拉拔力检测 (一)试验目的、依据及数量 1、试验目的
行加载，加载装置示意图见图1。试验数据从压力表及百分表中读取。 千斤顶、压力表及百分表均经计量检定，且均在有效期内。 4、检测数量规定 根据规范及设计要求，锚杆验收试验的数量不少于预应力锚杆总数的5%，不得少于3根。 5、检测条件 锚杆锚固段浆体强度达到15MPa或达到设计强度等级的时75%可进行锚杆试验。在检测前，在需在待测锚杆前，搭好试验平台。预留足够锚杆长度供试验检测。 （二）试验标准 本次锚杆试验参照中国工程建设标准化协会标准《岩土锚杆（索）技术规程》CECS 22 ：2005进行。 （三）试验方法 1、验收试验的锚杆数量不得少于锚杆总数的5%，且不得少于3根。对有特殊要求的工程，可按设计要求增加验收锚杆的数量。 2、永久性锚杆的最大试验荷载应取锚杆轴向拉力设计值的1.5倍；临时性锚杆的最大试验荷载应取锚杆轴向拉力设计值的1.2倍。 3、验收试验应分级加荷，初始荷载宜取锚杆轴向拉力设计值的0.10倍，分级加荷值宜取锚杆轴向拉力设计值的0.50、0.75、1.00、1.20、1.33和1.50倍。 4、验收试验中，每级荷载应稳定5～10min，并记录位移增量。最后一级试验荷载应维持10min。如在1～10min内锚头位移增量超过1.0mm，则该级荷载应再维持50min，并在1 5、20、25、30、45和50min时记录锚头位移增量。 5、加荷至最大试验荷载并观测15min，待位移稳定后即卸荷至0.1N，然后加荷至锁定荷载锁定。绘制荷载-位移（Q-S）曲线。 6、锚杆验收标准： 满足下列条件时，试验的锚杆为合格： 1）在最大试验荷载作用下，锚头位移相对稳定； 2）锚杆变形不应小于自由段长度变形计算值的80%，且不应大于自由段长度与1/2锚固段长度之和的弹性变形计算值。
隧道锚杆无损检测 1 检测原理 声波法检测原理：在锚杆杆体外端发射一个声波脉冲，它沿杆体钢筋以管道波形式传播，到达钢筋低端后反射，在杆体外端可接收此反射波。如果钢筋外密实、饱满地由水泥砂浆握裹，砂浆又与周围岩体黏结，则声波在传播过程中，不断从钢筋通过水泥砂浆向岩体扩散，能量损失很大，在杆体外端测得的反射波振幅很小，甚至测不到；如果无砂浆握裹，仅是一根空杆，则声波仅在钢筋中传播，能量损失不大，接收到的反射波振幅则较大；如果握裹砂浆不密实，中间有空洞或缺失，则得到的反射波振幅的大小介于前两者之间。因此可以根据反射波振幅大小判定水泥砂浆的饱满度，根据反射波和入射波的时间差判定锚杆的长度。
2 现场检测2.1 检测前
1. 接受检测任务后，应收集隧道设计纵断面图和各个衬砌类型的设计横断面图，了解每种断面类型的锚杆设计。 2. 对检测仪器设备进行检查调试并充电，确保设备在检测期间能正常工作。 3. 现场检测宜在锚固7天后进行。 2.2检测中 1. 观察检测部位的施工情况，对施工情况有个初步了解，检测中可以摇一摇锚杆，可以直观地检查一些锚固情况极差的锚杆。 2. 清除锚杆外露段周边浮浆。 3. 记录被检测锚杆的位置（包括桩号以及锚杆编号），记录锚杆外露自由端长度。避免检测自由端过长的锚杆（过长的自由端容易引起锚杆的自由震荡）或者弯曲的锚杆（使检测波形复杂，引起误判）。 4. 检测磁头贴在自由端根部，连接线方向朝外（确保检测的是P波）。 5. 目前检测的锚杆使用小铁锤效果较好，敲击时轻轻敲击一下锚杆端面，尽量垂直敲击，敲击在中空注浆锚杆上，不要敲击在中间注浆部位，敲击时与锚杆接触时间越短越好（感觉就是点一下锚杆端面，使得敲击的脉冲波短，频带宽）。 3 锚杆质量评价 （引自《JGJ/T 182-2009 锚杆锚固质量无损检测技术规程》） 锚杆锚固密实度根据表2.1进行综合评判，并应符合下列规定： 1 当锚杆空浆部位集中在底部或浅部时，应降低一个等级； 2 当锚固密实度达到C级以上，且符合工程设计要求时，应评定锚固密实度合格。
报告编号： xx 水电站 锚杆无损检测报告 xx 工程检测有限公司
二〇一四年十月十五日
声明 （1）报告涂改、错页、换页、漏页无效； （2）报告无编写、校核、审查人签字无效； （3）报告无“xx 工程检测有限公司”检测专用章无效；无“CMA ”章无效；无骑缝章无效； （4）检测试验报告未经书面批准不得部分复制，复制报告未重新加盖检测单位章无效； （5）本报告仅对抽检样本负责；对本报告若有异议，应于收到报告之日起十五日内向检测单位提出，逾期不予 受理。
审查：校核：报告编写：检测人员：
1 工程概况 xx 水电站位于** 市**县**镇（右岸）和** 市**镇交界处的**江上，属三等中型工程，以发电为主，无防洪、灌溉、航运、供水等综合利用要求。水库正常蓄水位748m ，死水位740.5m ，汛期运行水位741m ，水库库容2460 万m3，电站装机容量49.8（2×24.9 ）MW 。 电站枢纽由混凝土面板堆石坝、左岸岸边式溢洪道、右岸泄洪冲沙（兼导流）洞、右 岸长引水隧洞、调压井、压力钢管道、右岸地面厂房组成。现在xx 水电站处于正常施工阶段，重点工作为泄洪冲沙洞施工。 2 任务来源 本次锚杆无损检测工作受xx 水电站工程建设管理部委托（见《**** 江xx 水电站锚杆无损检测工作委托单》），由xx 工程检测有限公司按委托方要求开展，有关合同技术标准 及要求由委托方提供。 3 规程、规范及合同技术要求 3.1. 参照规程 根据xx 水电站工程建设管理部任务委托书的要求，本次锚杆无损检测工作按照下列 规程、规范及合同技术要求开展： (1)《水电水利工程锚杆无损检测规程》（DL/T 5424-2009 ）； (2)设计要求及xx 水电站施工承包合同相关要求开展。 3.2. 判别标准 根据任务委托书的要求，执行《水电水利工程锚杆无损检测规程》（DL/T 5424-2009 ）、设计要求及xx 水电站施工承包合同相关要求判别： (1)单根锚杆长度合格标准
锚杆无损 检测报告报告编号： 批准： 审核： 主检： 检测单位﹙章﹚： 检测单位地址： 联系电话： 报告日期：年月日
锚杆无损检测报告 一、工程项目概况 二、检测依据 DL/T 5424-2009 《水电水利水利工程锚杆无损检测规程》； JGJ/T182-2009. 《锚杆锚固质量无损检测技术规程》三、检测方法及仪器设备 1．检测方法为声波反射法；
四、检测资料分析 4.1.1 根据DL/T5424-2009《水电水利水利工程锚杆无损检测规程》要求锚杆分级标准如下: 1 Ⅰ级锚杆,长度合格,锚杆饱满度D≥90%。 2 Ⅱ级锚杆,长度合格,锚杆饱满度90%﹥D≥80%。 3 Ⅲ级锚杆,长度合格,锚杆饱满度80%﹥D≥75%。 4 Ⅳ级锚杆,长度不合格,或锚杆饱满度D﹤75%。 5 缺陷部位集中在孔底或孔口段,应按以上标准降低一级评定. 4.1.2 单根锚杆锚固质量达到下列级别,可判断为合格： 1 岩锚梁等关键部位锚杆，Ⅰ级。 2 常规部位永久锚杆，Ⅱ级及以上。 3 临时性锚杆，Ⅲ级及以上。 4.1.3单项或单元工程锚杆抽检质量达到以下标准, 可判断为合格: 1 岩锚梁等关键部位锚杆抽检样本中90%达Ⅰ级以上,且无Ⅳ级锚杆。 2 常规部位永久锚杆抽样本中80%达到Ⅱ级及以上,且无Ⅳ级锚杆。 3 临时锚杆抽检样本中80%达到Ⅲ级及以上。 4.2.1根据JGJ/T182-2009《锚杆锚固质量无损检测技术规程》对于锚杆长度不小于设计长 度95%、且不足长度不超过0.5m的锚杆，可评定锚杆长度合格。 五、检测成果综述 锚杆无损检测试验报告
六、检测结果评价七附图
BOLTOMETER 仪器进行锚杆注浆密实度 无损检测的评定方法 使用BOLTOMETER 仪器进行锚杆密实度无损检测，对所施工锚杆注浆密实度作出恰当的评价。 1．工作原理 锚杆密实度仪探头内有一个压电式传感器，它向锚杆发送压缩波和弯曲波，这些波沿着锚杆传输，波值则取决于锚杆周围或端头的注浆情况。这时，探头作为接受器来检测反射波并由电子装置对反射波进行分析，通过对信号行进过程进行处理和分析，仪器则能确定锚杆长度以及岩石和注浆的整体状况，检测成果显示在仪器面板上。 2．评定等级 使用BOLTOMETER 仪器进行锚杆密实度无损检测，评定等级共分为A、B、C、D四级，A级为锚杆具备良好的性能，表现为锚杆注浆均匀、密实，杆体没有破损和裂缝；B级为锚杆性能有所降低，表现为锚杆注浆不饱满或注浆材料强度降低；C级为锚杆性能不足，表现为锚杆注浆的数量或质量降低，或者锚杆有实质性的损坏；D级为锚杆性能降低或不存在工作性能，表现为整个锚杆注浆长度小于0.6m，或者锚杆至少有一处重要的破损。 3．评定方法 锚杆密实度检测的分级评定是通过分析检测过程中所记录的信号轨迹确定，检测前设定两条分级线CL1、CL2，其中CL1的Y值低于CL2的Y值，两条分级线的X值相同，检测结果分级评定如下： A级：最佳----弯曲波信号和压缩波信号完全低于第一分级线； B级：性能有所下降---- 1种或2种波形信号穿过第一分级线，而没有信号穿过第二分级线； C级：性能不良-----有一种波形信号穿过第二分级线； D级：很差-----弯曲波和压缩波均穿过第二分级线。
4．现场检测和评定方法 1）分别选取一根注浆密实度95%、85%、70%、60%的锚杆作为基准锚杆，进行检测，得出评定基准； 2）对实际施工的砂浆锚杆进行检测，然后将检测结果与评定基准进行比较分析，得出恰当的检测评定结果； 3）根据锚杆的检测评定结果，对有缺陷的锚杆进行分析并找出缺陷的原因，然后根据锚杆的缺陷进行处理； 4）对检测评定结果进行统计分析，编制砂浆锚杆密实度检测和评定报告； 5）常见锚杆缺陷如下附图，这些缺陷对检测结果有影响，其中（c）类锚杆缺陷不能处理，（a）、（b）两类锚杆缺陷可进行补浆处理。
第27卷第2期2010年06月 采矿与安全工程学报 Journal o f M ining &Safet y Engineering V ol.27No.2 June 2010 收稿日期:2009 10 11 基金项目:国家自然科学基金项目(50874104);江苏省自然科学基金项目(BK2006040);江苏省高校科研成果产业化推进项目(JH 07 023) 作者简介:徐金海(1963 ),男,江苏省靖江市人,教授,博士生导师,博士,从事采矿工程与矿山工程力学交叉学科方面的研究.E mail:jhxu118@https://www.doczj.com/doc/9313291576.html, T el:0516 ******** 文章编号:1673 3363(2010)02 0166 05 煤矿锚杆支护无损检测技术与应用 徐金海,周保精,吴 锐 (中国矿业大学煤炭资源与安全开采国家重点实验室,江苏徐州 221008) 摘要:为了寻求能快速、实时、无损检测煤矿井下巷道锚固质量的方法,研究了应力波在井下锚杆系统中的传播和反射原理,研制成功本安型锚杆无损检测仪.以外力给锚杆外露端施加一瞬态 激振力,所产生的应力波在锚杆杆体中传播,遇锚固位置或里端面反射,由锚杆外露端头的传感器接收反射信号,通过对所接收的反射信号进行时域、频域的处理分析,获得锚杆的锚固长度、工作荷载、极限承载能力等参数.锚杆检测仪经过大量的实验室和井下现场测试,结果表明:检测仪检测数据与锚杆实际参数相差在7%以内. 关键词:锚杆支护;应力波;无损检测;稳定性评价中图分类号:TD 82 文献标识码:A Non Destructive T est for Bolting Support in Coal Mines and Its Application XU Jin hai,ZH OU Bao jing ,WU Rui (State Key L abo rato ry fo r coa l r eso ur ces and safe ex ploit ation,China U niver sity o f M ining and T echnolog y,Xuzhou,Jiang su 221008,China) Abstract:In order to find the fast,real time,non destructive testing m ethod for anchoring quality in coal m ine roadw ay,the tr ansm issio n and reflectio n principle of the stress w ave in un der ground bo lt sy stem is studied,then the intrinsically Safe non destr uctive testing device suc cessfully invented.If a transient ex citation is exerted on the top of bolt,the stress w av e pro duced can tr ansmit w ithin the bo dy of bolt.If com ing acro ss the anchor ag e position and inside reflection,the reflectio n signals will be r eceived by the sensor o n the top of the bolt.Thro ug h analyzing and calculating the tim e dom ain and frequency dom ain for the reflection signals re ceiv ed,the ancho r r od leng th,the w o rk lo ad,and the m ax imum load bearing capacity as w ell as o ther parameters can be g ained.The detecting device has been tested by a lot of data from labor ator y and under ground,show ing that the difference betw een the testing result and the ac tual param eter is below 7%. Key words:bolting ;the str ess wave;no n destructive testing;stability ev aluatio n 由于锚杆支护方式具有施工成本低、速度快、工人劳动强度减轻等优点,因而成为井巷与岩土工程的主要支护加固方式.但由于煤矿井巷工程的围岩条件复杂性以及工程的隐蔽性,施工质量控制比较困难,因锚杆支护失效造成的巷道冒顶事故时有 发生. 目前煤矿锚杆支护巷道的监测仪器装备,可分成两大类:一类是顶板离层变形检测,采用顶板离层仪、多点位移计、位移收敛计等.此类仪器事故预警不及时、准确率低,仪器安装困难,对施工质量起
锚杆超声质量无损检测仪 发表时间：2019-08-30T14:28:57.270Z 来源：《防护工程》2019年11期作者：郭俊任有为张欣达[导读] 本文介绍超声导波锚杆质量无损检测仪的原理、方法与分析及实验结果，来说明该设备的使用价值。 西山煤电（集团）山西支护器材有限责任公司 摘要：超声导波锚杆质量无损检测采用超声导波对锚杆锚固质量进行综合检测，能够在工程现场检测出锚杆的长度、有效锚固长度以及锚固力、内部缺陷位置等信息，并对锚杆锚固质量进行综合评价。本文介绍超声导波锚杆质量无损检测仪的原理、方法与分析及实验结果，来说明该设备的使用价值。 关键词：超声导波锚杆无损检测 锚杆锚固技术作为支护系统的一个重要组成部分，被广泛地应用于煤矿巷道以及边坡围岩的加固与支护中。在工程应用上，锚杆的锚固质量好坏直接关系着工程项目的安全。引起锚杆失效的原因有很多，如：锚固剂与杆体和围岩粘结不牢，锚杆所处的环境恶劣造成介质老化，受到机械或者外力冲击造成断裂等，锚杆一旦失效，会对岩土结构的稳定性产生巨大威胁，甚至造成灾难性的后果。 目前国内外的锚杆锚固质量检测主要有液压千斤顶拉拔试验法、扭矩扳手法、内置测力传感器法和钻孔取芯法等，由于这些传统的检测方法普遍存在成本高、检测范围有限、精度较差等问题，且部分方法属于有损检测，因此超声导波无损检测锚杆锚固质量的方法应用范围最广，保障了岩土工程项目的安全，对锚杆锚固质量检测领域具有重要的意义。 一、超声导播锚杆的锚固质量的无损检测仪的构成 超声导波锚杆质量无损检测仪包括：电源模块、主处理器FPGA控制模块、超声导波激励信号发生模块、功率放大模块、压电换能器模块、信号调理模块、数据采集模块、从处理器STM32控制模块和人机交互模块，如图1。 图1 电源模块为整个系统各子模块电路提供电压，以保障各个模块正常工作。 主处理器FPGA控制模块包含基本的FPGA电路组成结构，包括FPGA芯片、下载电路、复位电路和时钟电路，能够保证FPGA最小系统正常工作。 超声导波激励信号发生模块通过Verilog编程语言结合DDS技术实现信号发生功能，发射出频率和幅值可调的汉宁窗调制的正弦波信号，即在主处理器FPGA控制模块的控制下发射出超声导波信号A，为整个锚杆锚固质量无损检测仪提供输入信号。 功率放大模块将超声导波激励信号发生模块发射的超声导波信号A进行功率放大，然后传递给压电换能器模块；放大后的超声导波信号B能量更加集中，能够在锚杆中传播更远的距离，更加完整的反馈锚杆内的信息。 压电换能器模块作为无损检测仪和待测锚杆试件的连接部分，起到了重要的信号承载及传递作用；压电换能器模块将功率放大模块传递的信号B输出给待测锚杆试件，再将经待测锚杆试件反射后的信号C传递给信号调理模块。 信号调理模块的功能是对压电换能器模块接收的信号C进行隔离限幅和滤波去噪处理，使信号调理模块输出的信号D的电压幅值在可控范围内。 数据采集模块对采集到的信号D进行模数转换，将信号D包含的模拟量信息转换为数字量信息传回主处理器FPGA控制模块，并存储在FPGA的FIFO中，以便后续电路进行波形显示。 从处理器STM32控制模块用于接收主处理器FPGA控制模块的数字量信息，并控制人机接口电路进行波形显示。 人机交互模块将按键控制信息通过从处理器STM32控制模块传递到主处理器FPGA控制模块来调节超声导波信号A的频率和幅值，也可对从处理器STM32控制模块接收到的主处理器FPGA控制模块的数字量信息进行显示。 二、超声导波锚杆质量无损检测仪的原理 超声导波对锚杆试件进行测试时，将压电换能器探头通过传感器夹具固定在锚杆顶端，选择超声导波激励信号的参数，在主处理器FPGA控制下，发生模块发出汉宁窗调制的正弦信号，即信号A；信号A经过功率放大模块后输出信号B传到压电换能器模块，超声导波信号B在锚杆中进行往复传播，之后激发波和反射回波同时通过压电换能器模块输出信号C，信号C经过信号调理模块处理后输出信号D，信号D 通过数据采集模块进行转换，将输出的信息存储到FPGA内部的FIFO中。