锚杆长度检测技术

1、锚杆长度检测技术摘要：由于施工质量的问题，锚杆长度不够也是一个普遍的问题；目前，对于锚杆，采用冲击弹性波的检测方法最为普遍。关键词：锚杆长度；冲击弹性波；锚杆质量1 锚杆长度测试方法和原理在锚杆中间的某处的灌浆出现根据不密实现象时，相当于出现材料的不连续性。这种不连续性可以用机械阻抗来表示。（一般用来表示材料的机械阻抗，这里的是断面截面积）发生变化的边界面上，传播的弹性波会产生波的反射和透过。1) 基本理论基础：两种不同媒介垂直入射反射波入射波这是最简单的一种情况，例如在锚杆的底部，锚杆与周围岩体之间就存在较大的阻抗差。此时，激振产生的弹性波的反射可以分析如下：透过波变化的机械阻抗面发生的反射

2、和通过 这里，表示单元1的粒子的运动速度（入射和反射），表示单元2的粒子的运动速度。在界面上产生弹性波的反射以及通过，可以表示如下：反射波： (2-2-1)透过波： (2-2-2)此外，反射波和透过波的大小用振幅率来表示。振幅反射率： (2-2-3)振幅透过率： (2-2-4)弹性波的反射和透过具有如下性质。(1) 媒介的机械阻抗相同（），那么就算材料不同，也不会产生波动；(2) 两种媒介的机械阻抗相差越大，反射率也越大。对于锚杆检测而言，锚杆的先端是软弱土层时，其反射信号则要比先端是坚硬岩石时更为明显；(3) 在机械阻抗减少（）时，反射波和入射波符号相同（相位相同）。当锚杆的先端是土层和松散

3、岩体、混凝土时，其反射信号与激振信号同向，而在先端是坚硬岩石，其反射信号有可能与入射信号反向。激振信号杆底反射信号充填不良：激振信号不规则，衰减慢，持续时间长激振信号杆底反射信号充填良好：激振信号呈指数快速衰减，持续时间短基于能量衰减特性的原理2 测试对象锚杆分为很多类，可以根据预应力的有无、应用对象、锚固机理、锚固方式构造特点等划分。在两个规范中，对非粘结型锚杆的测试内容有微妙的区别。锚杆无损检测测试对象比较锚杆类型住建规程水电规程全长粘结型长度、灌浆密实度长度、灌浆密实度非粘结型长度未明确3 锚杆长度的测试方法及波速取值两个规范对锚杆长度的测试方法及波速取值的要求基本相同，均采用反射法测试

4、，即： （2-3-1）其中，：同类锚杆的波速平均值；：杆底反射波旅行时间。当锚杆较短，杆底反射信号的起始点不易分辨时，可以采用频谱分析的方法。但是，对于较长的锚杆，其激振与反射信号类似于下图A。 脉冲信号 FFT频谱单纯脉冲信号的特性脉冲波特性全体信号特性固有周期振幅持续时间往复周期频谱往复次数41412.80.07616可以看出，FFT频谱呈等差分布，即具有倍频关系，其相邻峰值间隔即为全体信号的频谱（0.076Hz）因此，锚杆的长度即按下式计算： （2-3-2）其中，为幅频曲线上杆底相邻谐振峰之间的频差。值得说明的是，这里的幅频曲线应该是FFT的幅频曲线。该幅频曲线在分析反射信号时，会产生倍

5、频现象，即第2、3、4、阶的频率分别是基频的2、3、4、倍。利用倍频现象可以有效地提高对的提取精度。1. 的说明锚杆长度测试方法比较项目住建规程水电规程分析方法时域反射波法或幅频域频差法以时域分析为主（取多个杆底谐振峰时间差的平均值），辅以频域分析波速取值有现场模型试验或类似工程参考时，优先选用同类锚杆（类似工程或模拟试验）的波速平均值波速取值在无模型试验值或类似工程参考时1.当锚杆密实度小于30%时，取杆体波速平均值；2.此外则取杆系波速的平均值。1.当锚杆密实度小于30%时，取杆体波速；2.密实度在30-75%时，取杆体与杆系波速的平均值；3.此外则取杆系波速。 其中，波速取值对锚杆长度的

6、测试结果的影响非常大。在不同的灌浆、岩体条件下，锚杆波速的范围很大，可在3800-5200m/s。因此在两个规程中，均建议采用现场模拟试验的方法。需要强调的是，室内锚杆模拟试验时，由于边界条件的影响，测试得到的锚杆波速与实际岩体值可能有较大的差别，因此水电规程中明确指出需要用现场模拟试验。4 基础模型试验（空置锚杆）对长度为0.5、1.0、2.0、3.5、和5.5m的空置锚杆（25、30）进行了检测：1） 激振：分别采用激振锥（导向器）、锤击、激震锥激震；2） 计算波速：5.18km/s（低碳钢的理论波速）；3） 计算模式：采用自动解析模式。可以看出，1） 利用激振锥的测试结果的平均误差均在0

7、.5%以下，精度最高；2） 10的激振锤对长锚杆的测试结果稍微偏短；3） 超磁激振器的激振力度（电压）对长锚杆测试结果的影响较大。激震锥测试结果曲线图超磁激震测试结果曲线图激震锤(10)测试结果曲线图短锚解析波形（实际为0.5m测得结果0.497m）中长锚解析波形（实际为5.5m测得结果5.574m）5 现场验证与应用（锚杆，白鹤滩水电站）应客户要求，对金沙江白鹤滩水电站交通洞的锚杆长度、灌浆密实度进行了检测。1） 检测数量：7根4.5米长锚杆；2） 计算波速：5.18km/s（低碳钢的理论波速）；测试现场测试波形（4.5m）解析波形（解析结果为4.477m）根据业监理方的共同确认，平均测试误差仅为0.6%。6 公司测试设备的特点岩锚多功能检测仪SRB-MATS-S1) 集成度高在本套测试设备SRB-MATS中，集成了多种测试技术，可相互补充、印证，而且具有丰富的图形处理和快速成像机能；2) 测试精度、客观性高、测试盲区少：其中，采用