锚杆长度检测技术

升拓检测技术文库-W-岩锚Ⅰ

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z来表示材料的机械阻抗，

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：v1??z1?z2v1? (2-2-1)

z1?z22z1v1?

z1?z2透过波：v2??(2-2-2)

z??CA，这里的A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

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：

此外，反射波和透过波的大小用振幅率来表示。

振幅反射率： R?(2-2-3)

振幅透过率： T?|z1?z2|

z1?z22z1

z1?z2入射波v1↓ 反射波v1↓ (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（z1?z2），那

z2 透过波v2↓ 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

变化的机械阻抗面发生的反射和通过

这里，v1?，v1?表示单元1的粒

子的运动速度（入射和反射），v2?表示单

1

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（z1?z2）时，反射

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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。

充填良好：激振信号呈指数快速衰减，持续时间短 两个规范对锚杆长度L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，即：

3 锚杆长度的测试方法及波速

取值

激振信号 1L?Cm? ?te （2-3-1）

2其中，Cm：同类锚杆的波速平均值；

杆底反射信号 激振信号 充填不良：激振信号不规则，衰减慢，持续时间长 ?te：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。

杆底反射信号

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 全长粘结型 实度 非粘结型

脉冲信号

住建规程 水电规程 长度、灌浆密长度、灌浆密实度 未明确 2

长度 FFT频谱

升拓检测技术文库-W-岩锚Ⅰ 单纯脉冲信号的特性

脉冲波特性 全体信号特性 锚杆长度测试方法比较

项目 住建规程 水电规程 以时域分析分析时域反射波法或幅频域频差法 为主（取多个杆底谐振峰时间差的平均值），辅以频域分析 波速有现场模型试验或类似工程固有周振幅 持续往复频谱 往复期 4 1 时间 周期 次数 方法 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?f即为全体信号的频谱（0.076Hz）

因此，锚杆的长度即按下式计算：

4 12.8 0.076 16 Cm取参考时，优先选用同类锚杆（类似工程或模拟试验）的波 值

速平均值 波速1.当锚杆密1L?Cm2?f（2-3-2）

其中，?f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

Cm取值 在无模型试验值或类似工程速Cb平均值； 1.当锚杆密实度小于30%时，取杆体波实度小于30%时，取杆体波速Cb； 2.密实度在30-75%时，取是FFT的幅频曲线。该幅频曲线在分析反射信号时，会产生倍频现象，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?te的提取精度。

2.此外则取杆杆体与杆系波速的平均C系波速t的值； 平均值。 3.此外则取杆系波速Ct。 ?f 参考时 其中，波速Cm取值对锚杆长度的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Cm的范围很大，可

3800-5200m/s。因此在两个规程中，均在

1. ?f的说明

3

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Cm与实际岩体值可能有较大的差

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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（Φ25、Φ30）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0.5%以下，精度最高；

2） Φ10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。

超磁激震测试结果曲线图

激震锤(Φ10)测试结果曲线图

短锚解析波形（实际为0.5m测得结果

0.497m）

激震锥测试结果曲线图

中长锚解析波形（实际为5.5m测得结果

5.574m）

4

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5 现场验证与应用（锚杆，白鹤

滩水电站）

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

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）；

岩锚多功能检测仪SRB-MATS-S

1) 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；

测试现场

2) 测试精度、客观性高、测试盲区

少：其中，采用多次激振信号的统计及合成处理，可以有效地提高测试的客观性；

3) 综合了“住建规程”和“水电规

程”的优点，并完全满足两种规程的强制要求； 4) 测试内容丰富

测试波形（4.5m）

SRB-MATS不仅能够测试锚杆的长度、灌浆密实度，还能够测试锚杆、锚索的张力。

解析波形（解析结果为4.477m） …… 此处隐藏：983字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……