声波法在锚杆检测中波形的分析

任晓菲

（河北道桥工程检测有限公司，石家庄050021）

声波法在锚杆检测中波形的分析

任晓菲

（河北道桥工程检测有限公司，石家庄050021）

介绍了Thurner（声波法）在隧道锚杆检测中的发展，着重分析锚杆典型性缺陷所对应的波形特征，对今后隧道锚杆锚固密实度及长度的检测工作起到了一定的促进作用。

声波法；锚杆；锚固密实度；波形

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.08.032

1 引言

新奥法作为现今隧道施工的最主要的施工方法，锚喷支护在隧道施工中得到了广泛应用。锚杆是用机械方法或黏结方法将具有一定长度的杆体锚固在围岩预先钻好的锚杆孔内，锚杆具有“悬吊作用”、“组合梁作用”和“加固拱作用”，从而使围岩得到加固，可见锚杆在初期支护体系中起到相当重要的作用。施工中若锚杆钻孔呈水平方向或向下方向，锚杆的注浆密实度容易得到保证；若钻孔向上，则锚杆的注浆密实度难以保证。且锚杆隐藏于围岩内部，施工完成后长度无法检测。因此，锚杆长度与注浆密实度检测成为检验锚杆施工质量的重要环节。

2 声波法检测原理

1978 年瑞典H.F.Thurner提出用测超声波能量损耗来判定砂浆注满程度的方法。Thurner方法的基本原理是：在锚杆杆体外端发射超声脉冲，它沿锚杆体以管道波的形式进行传播，到达锚杆底端后进行反射，在锚杆外端可接收此反射波[1]。

根据声波法检测原理，锚杆杆体长度计算应按以下方法确定。

1）锚杆底端反射波信号识别可采用时间反射波法、幅频域频差法等。

2）锚杆底端反射波与锚杆起点入射首波波峰间的时间差即为锚杆底端反射时差，若有多次锚杆底端的反射信号，则取各次反射信号时差的平均值。

3）时间域杆体长度应按下式计算：

式中，L为杆体长度；Cm为同类锚杆的波速平均值；Δte为反射波时长。

3 特征锚杆波形

如果锚杆砂浆注满度存在局部不密实，则锚杆在不同截面产生的波阻抗性会有所差异，所有波阻抗性有差异的界面均会产生反射波。根据应力波反射原理，界面的波阻抗性差异将决定反射波的性质，当波阻抗比值大于1时（从砂浆注满度密实至不密实），反射系数为正值，在时域曲线图上反射波信号与入射波相位相同，多次反射信号相位一致。（见图1）

图1 反射波形示意图

3.1 全长密实性锚杆

除锚杆底端外，沿锚杆长度方向波阻抗性相同，没有明显的波阻抗界面，在锚杆全长范围内无反射波存在，只在锚杆底部可能产生细微的反射信号。锚杆的波形信号只有入射波信号，或微弱的杆底反射信号，频谱呈峰形态（见图2）。

图2 全长密实锚杆波形示意图

3.2 局部不密实锚杆

锚杆中存在局部不密实情况时，在锚杆中会产生多个波阻抗界面，每个界面均可能产生正相位或负相位的反射波，在锚杆长度范围内会存在多个反射波信号。频谱呈不规则多峰形态（见图3）。

图3 局部不密实锚杆波形示意图

3.3 全长不密实锚杆

在锚杆长度范围内均存在不密实情况时，会在锚杆两端（锚杆头部及尾部）产生多次反射波，反射波均呈现为正相位。频谱显示为等间隔多峰形态，见图4。

Acoustic Method Research in the Sound wave Detection for the Rock Bolt

REN Xiao-fei
(Hebei Road&Bridge Engineering Test Co.Ltd.,Shijiazhuang050021,China)

This paper introduces the development of soundwave method in tunnel anchor test,analyzes the corresponding waveform features of typical anchor defects,and it promotes the tunnel anchor test in anchorage density and length.

acoustic method;rock bolt;anchorage density;waveform

TU459.3

A

1007-9467（2016）08-0063-02

任晓菲（1982～），男，河北唐山人，工程师，从事桥梁隧道工程检测与研究。