锚杆在工程中应用广泛，主要用于加固和稳定土体、岩体及各类建筑结构，是桥梁、隧道、边坡、矿山、大坝、高层建筑等工程的重要支护手段，其施工质量直接关系到结构的安全性和长期稳定性。
现阶段对锚杆施工质量检测可采用锚杆荷载试验和无损检测两种方法，一般根据检测目的不同选择对应的方法。锚杆荷载试验可对锚杆的力学性能进行检测，检测结果直观。但是整体检测效率低、不适合大范围普查，同时可能会对整体结构造成破坏。而锚杆无损检测则侧重于对锚杆长度、灌浆密实度进行检测，具有检测效率高、现场操作简单适合大范围普查同时不会对整体结构造成破坏，与锚杆荷载试验形成互补。
本文将详细介绍锚杆无损检测的基本原理、锚杆无损检测波形的判读技巧，帮助工程技术人员准确解读检测信号。
一、锚杆无损检测的基本原理
锚杆无损检测主要通过声波反射法进行。振源(超磁振源或手锤)在锚杆顶部激发冲击弹性波，弹性波沿着锚杆轴线方向传播，当遇到波阻抗变化界面(灌浆缺陷或杆底)时发生反射，形成反射波。可根据反射波的到达时间和能量衰减情况来评估锚杆长度、锚固缺陷位置和灌浆密实度。
▲锚桩无损检测现场
二、锚杆实测波形的物理意义
传感器采集的是与传感器底部接触质点的振动信号。传感器一般安装在锚杆端部，未激振时，锚杆端部质点处于平衡状态，此时波形幅值趋近于0。激振后，锚杆端部质点偏离平衡位置开始呈规律性的振动，振动幅度整体呈衰减趋势。锚杆端部质点振动时，还会带动其相邻质点一起振动，该振动以波的形式逐步沿锚杆轴向向底部传播，当传播途中遇到杆底或者缺陷位置时，一部分发生反射，反射波沿着原传播路径传回至锚杆端部被传感器接收，在波形上体现的是在传播回锚杆端部的这一时刻波形上有明显的反射波信号。
▲锚杆波形图
三、锚杆波形杆长分析
杆长分析是根据弹性波在锚杆中传播的纵波波速以及杆头杆底之间反射波时间差来计算锚杆长度的过程。实际计算杆长时通常是将锚杆分为自由段和锚固段两部分，自由段部分一般未灌浆，分析时采用杆体波速进行计算，锚固段一般指灌浆段，分析时采用杆系波速进行计算，实际分析时主要针对的是锚固段。
分析杆长时需要得到波速以及杆头杆底之间反射波时间差。
1、波速的获取
其中，杆体波速是指锚杆本身材质的波速，一般可根据未锚固的锚杆进行标定来获取。杆系波速指锚杆锚固段与砂浆围岩形成的整个体系的波速，可根据相同施工工艺条件下同类型锚杆的波速进行取值，或根据锚杆模拟试验即模型杆的测试结果来取值。
2、杆头杆底之间反射波时间差
需要根据曲线特征来分析锚杆杆头和杆底反射波的到达时间。常见的判读方式有两种，根据波形起跳点判读或根据波形的峰值点判读。实际分析时根据个人习惯来选择，但是杆头和杆底的判读标准要统一。
四、锚固密实度分析
（一）密实度的综合评判标准
A类(90%≤D)：
时域信号波形规则，呈指数衰减，持续时间短。2L/Cm时刻前无缺陷反射波，杆底反射波信号微弱或没有。幅频信号呈单峰形态，或可见微弱的杆底谐振峰，其相邻频差△f≈Cm/2L。
B类(80%≤D<90%)：
时域信号波形较规则，呈较快指数衰减，持续时间短。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。频域信号呈单峰或不对称的双峰形态，或可见微弱的谐振峰，其相邻频差△f≥Cm/2L。
C类(75%≤D<80%)：
时域信号波形欠规则，呈逐步衰减或间歇衰减趋势形态，持续时间较长。2L/Cm时刻前可见明显的缺陷反射波或清晰的杆底反射波，但无杆底多次反射波。幅频信号呈不对称的多峰形态，可见谐振峰，其相邻频差△f≥Cm/2L。
D类(D<75%)：
波形不规则，呈慢速衰减或间歇增强后衰减形态，持续时间较长。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。呈多峰形态，杆底谐振峰明显、连续，或相邻频差△f≥Cm/2L。
（二）密实度的估算
除了根据时域信号和幅频信号特征来定性评估密实度外，还可以通过有效长度法或能量法对密实度进行估算。
1、有效长度法
根据有效锚固段占总锚固段的长度比例进行估算。
2、能量法
采用锚杆反射波能量计算并评价锚杆密实度/饱满度的方法。不适用于锚杆孔口或底部有缺陷的情况。
五、锚杆波形分析的技巧
（一）波形判读
杆头：一般以首波为基准，取首波峰值点或起跳点。
杆底：以预设杆长为参考，在预设杆长对应的时域波形附近观察是否存在明显的波形起跳位置，即波幅相对于前面的波形为上升趋势。判读时与杆头信号判别基准一致，同取峰值点或起跳点。
缺陷：出现在外露段和杆底反射之间，观察该区间的波形是否存在明显的反射信号。
缺陷段长度的分析：缺陷段长度分析涉及到密实度估算，密实度估算结果应与根据时域波形和幅频信号特征定性判断的锚固质量等级相符合，以此为基准，来判读锚固缺陷的长度。一般来说，缺陷越浅、越严重，反射信号幅值越大;缺陷越深、越轻微，反射信号幅值越小。以下是同一缺陷位于锚杆模型中部和靠近锚杆底部的实测波形情况。
（二）杆底反射难以识别的情况
部分情况下，从实测波形中可能难以识别杆底反射波，常见的有两种情况。
1、锚杆注浆密实，锚杆锚固段波阻抗与岩体波阻抗相近，弹性波在传播过程中能量基本上通过介质扩散至注浆体及围岩中，反射回波较微弱难以识别;
2、锚杆存在缺陷的多次反射波或多个缺陷的反射波，缺陷反射波叠加到信号中，将杆底反射信号给湮没。
不管是以上哪种情况，要想通过对信号分析和处理来得到真实的锚杆长度是比较困难的。此时，虽然杆底反射信号难以识别，但不影响通过该波形对锚杆中是否存在缺陷进行分析。
（三）锚固质量等级评价
在进行锚固质量等级评价时，需要观察时域信号和频谱的特征，然后定性的评估密实度的等级。实际分析时可以先从幅频信号入手，再观察时域信号。根据幅频信号单峰、双峰、多峰等形态先初步确定质量等级，然后再观察时域信号来复核确认。确定密实度等级后，可以参考该密实度等级对应的密实度区间，来辅助判读锚固缺陷的长度。
（四）密实度估算方法的选择
密实度分析方法有长度法和能量法两种。
长度法：适用范围更广，计算时需要判读缺陷段的长度，一般缺陷起始点相对容易识别，缺陷的终点在波形上难以识别，需要结合信号特征定性判断的密实度等级来综合分析。
能量法：在锚杆孔口或者杆底附近有缺陷时不适用。因为当孔口有缺陷时，入射波会受浅部缺陷的影响，导致入射波能量计算存在较大偏差;而在杆底附近有缺陷时，杆底反射波与缺陷反射波会叠加到一起，会影响反射波能量的计算。同理外露段过长或自由段过长的锚杆，能量法估算密实度的误差也会较大。
（五）频域分析
频域分析通过傅里叶变换揭示信号的频率成分，其结果是横坐标为频率，纵坐标的幅度大小表示该频率成分在信号中占比多少。
频域分析在锚杆波形分析中有两种用法，1、用于计算锚杆长度及缺陷位置;2、用于锚固质量等级评价。
1、锚杆长度及缺陷位置计算
频谱用于锚杆长度或缺陷位置计算时，要求要在频谱图上有明显的锚杆底部或缺陷反射的谐振峰。一般在时域信号底部反射或缺陷反射明显时，频谱图上才能观察到较明显的谐振峰，尤其是存在多次反射时，谐振峰更明显。此时谐振峰的频差应与时域信号的反射时间接近互为倒数。
2、锚固质量等级评价
规范中对于锚固质量等级及其对应的信号特征给出了较为明确的判定依据，根据其中关于幅频信号的描述，可以定性的对锚固质量等级进行评价。
（六）相位分析
相位指一个周期性波形在其周期中的特定位置。它表示的是波形相对于某一参考点的偏移量，其纵坐标通常用角度来表示，横坐标为时间与时域波形横坐标一致。
通常当波形呈有规律的正弦波上下交替出现时，相位图也呈规律性的从-90°→0→90°来回循环变化。如果波形中出现异常反射，波形没有沿原趋势继续传播，此时相位图上也会有相关的体现。
六、锚杆实测案例分析
（一）模型杆
1、空锚杆(即钢筋)，直径22mm，长度2.5m。
底部反射明显，杆底反射时间973μs，幅频信号杆底谐振峰明显。根据杆长2.50m计算波速为5139m/s。
2、同一锚杆，密实度100%，M25水泥砂浆，龄期0.5天。
底部反射明显，杆底反射时间979μs，幅频信号杆底谐振峰明显。根据杆长2.50m计算波速为5107m/s，波速略有下降。
3、同一锚杆，龄期7天。
底部反射轻微，杆底反射时间1210μs，幅频信号为单峰。根据杆长2.50m计算波速为4132m/s。
4、模型杆，直径22mm，长度2.5m，设计密实度80%，缺陷靠近杆底，M25水泥砂浆，龄期7天。
底部反射明显，杆底反射时间1160μs，幅频信号杆底谐振峰明显。定杆长2.50m计算波速为4310m/s，杆底反射前有明显缺陷反射波。
5、模型杆，直径22mm，长度2.5m，设计密实度80%，缺陷靠近中部，M25水泥砂浆，龄期7d。
底部反射明显，杆底反射时间1150μs，幅频信号杆底谐振峰明显。定杆长2.50m计算波速为4319m/s，锚杆中部反射前有明显缺陷反射波，且相比模型4，缺陷反射波能量更大。
（二）工程锚杆
1、设计长度4.5m，直径22mm。龄期超过7天。
底部反射明显，有多次反射波，幅频信号杆底谐振峰明显，密实度等级D类，杆底反射时间1728μs，根据设计杆长4.5m计算波速为5208m/s，明显异常，根据同单元其他锚杆的平均波速4580m/s，计算长度3.98m，长度疑似不合格，综合判定该锚杆为Ⅳ类杆。
2、设计长度8m，直径22mm。龄期超过7天。
底部反射较明显，幅频信号介于单峰和双峰之间，时域信号观察有轻微缺陷，密实度等级B类，杆底反射时间3536μs，根据同单元其他锚杆平均波速4511m/s计算杆长为7.98m，杆长合格，综合判定该锚杆为Ⅱ类杆。
3、设计长度3m，直径22mm。龄期超过7天。
底部反射明显，幅频信号中缺陷及底部反射均有轻微的谐振峰，时域信号观察有明显缺陷，密实度等级C类，杆底反射时间1308μs，根据同单元其他锚杆平均波速4545m/s计算杆长为2.97m，杆长合格，综合判定该锚杆为Ⅲ类杆。
4、设计长度3m，直径22mm。龄期超过7天。
底部反射不明显，幅频信号呈单峰，密实度等级A类，综合判定该锚杆为Ⅰ类杆。
下一篇：没有了...
449717568