锚杆灌浆密实度测试技术基于反射特性的灌浆密实度测试技术.doc

锚杆灌浆密实度测试技术（基于反射特征灌浆密实度测试技术）
摘要: 锚杆在使用过程中, 常常处于地下水浸泡中。其锈蚀所造成危害非常严重, 不仅会造成支护力损失, 严重时还可能造成边坡垮塌。而锚杆锈蚀最关键原因在于灌浆不密实造成水和空气进入, 所以, 其灌浆质量直接影响到支护体系耐久性和安全。
关键词: 锚杆密实度; 冲击弹性波; 灌浆密实度; 注浆饱满度; 填充度;

1 测试方法和原理
灌浆缺点处
为了在提升测试精度同时兼顾测试效率, 所以我们采取了基于冲击弹性波两种方法进行测试。具体请参考表1-21。

锚杆灌浆不密实示意图
锚杆灌浆密实度测试项目一览表
测试方案
方案介绍
备注
基于反射特征
在锚杆露出端上激振与受信, 依据反射信号位置和强度来测试灌浆密实度
理论上可测试整个锚杆灌浆密实度, 并能够进行缺点定位
基于振动衰减特征
在锚杆露出端上激振与受信, 依据残留振动衰减特征来测试灌浆密实度
可测试露出端部周围灌浆密实度

锚杆灌浆质量无损检测示意图
1） 充填良好:
2） 杆底反射信号微弱
1） 之前无显著反射
激振信号
杆底反射信号
充填不良:
1) 杆底反射信号显著
2) 之前有显著反射
激振信号
杆底反射信号
缺点反射信号

基于反射特征原理
1) 基础理论基础: 中间有不一样夹层情况
当一个材料中夹有另一个材料, 比如在锚杆中有局部灌浆不密实场所, 在媒介1（）和媒介2（）两个交界处均会产生透过和反射, 以下式所表示。
当入射波是调谐波时,

其中, 　: 振幅透过率（绝对值）
: 媒介-2中波数
　: 媒介-2长度
媒质-1
媒质-1
媒质-2
入射波
反射波
透过波
灌浆缺点

介入不一样媒介时弹性波反射
一样, 能够得到振幅反射率绝对值:

所以, 在有不一样媒介介入场所下,
(1) 反射（经过）率与频率相关, 通常高频波轻易反射。
(2) 在特定频率下,即

也就是

时反射波消失。
通常, 锚杆P波波速约为5.1～5.2km/s, 若激振信号频率为5KH时, 对长度为0.5、 1、 1.5米┅左右灌浆缺点就会难以检测。
2) 基础理论基础: 反射能量
如前所述, 依据杆底反射信号强弱也能够判定锚杆灌浆质量好坏。而杆底反射信号强弱能够用下式表示:

其中, : 杆底反射信号振幅、 : 基准点振幅
: 因几何衰减造成振幅比
: 因材料粘性衰减造成振幅比
: 因反射衰减造成振幅比
其中, 几何衰减和反射衰减是最关键能量衰减。
(1) 几何衰减（又叫扩散衰减）: 激发弹性波伴随传输距离增加, 前锋波面增大, 单位面积能量减小。在灌浆密实锚杆中, 弹性波沿着锚杆与灌浆料接触面向四面逸散, 所以其振幅与传输距离靠近反比关系。其次, 假如灌浆质量不好, 弹性波无法从空腔部分向四面逸散, 所以衰减较小;
(2) 反射衰减: 如前所述, 杆底反射与其前端岩体力学特征, 以及与岩体粘结程度有很大关系。当然, 岩体约坚硬, 越小。

2 灌浆密实度测试方法
两个规程对缺点位置和灌浆密实度测试方法要求相同。
缺点位置测试方法与锚杆长度测试方法完全相同。
灌浆密实度测试方法可分为以下3种:
1） 波形特征对比法: 即依据激振波形衰减、 时域反射特征、 频域（幅频）反射特征来将灌浆密实度分为4类, A、 B、 C、 D（住建）或I、 II、 III、 IV（水电）;
2） 有效长度法: 经过识别缺点起点和终点位置, 进而计算缺点长度和灌浆密实度。需要指出是, 缺点起始位置能够利用时域信号识别或与锚杆长度类似频差方法确定, 但缺点终点位置却极难确定, 规程中也没有明确表述;
3） 反射波能量法: 依据杆底反射波能量占总能量百分比来估算灌浆密实度。

3 现场验证与应用（锚杆, 白鹤滩水电站）
应用户要求, 对金沙江白鹤滩水电站交通洞锚杆长度、 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）
依据业监理方共同确定, 平均测试误差仅为0.6%。

4 现场验证与应用（锚杆, 成渝客专, 4月）
我企业与用户一道, 在成渝铁路客运专线某边坡上设置了4根锚杆, 实际长度也均为9.0m。4根被测岩锚均埋在一级边坡上, 岩体为风化岩。4根岩锚埋入方法均是先在岩体打孔（孔径大约在10cm×10cm左右）, 然后放入岩锚再灌浆。

现场测试情景
测试结果表明, 平均误差均在5%之内, 完全满足工程需要和规范要求（具体波形分析请参见《岩锚长度及灌浆密实度检测教程》。

经典解析结果
5 现场验证与应用（锚杆, 贵州遵毕高速, 6月）
该锚杆最大特点是露出部弯曲, 为测试带来很大困难。所以, 激振方法, 分析方法均需注意。

现场测试情景及弯曲锚杆端头

经典解析结果
测试结果一览表
锚杆编号
计算波速(Km/s)
测试长度 (m)
设计长度
（m）
相对误差
备注
Mg-1
5.18
9.60
9.0+0.1
5.49%

Mg-2
5.18
9.20
1.10%
Mg-3
5.18
9.22
1.32%
测试结果表明:
1） 测试长度精度总体令人满意;
2） 测试波形振荡时间长, 表明弯曲段影响显著;
3） 测试长度略有偏长, 表明实际波速可能略低于理论值。
6 企业测试设备特点

岩锚多功效检测仪SRB-MATS-S
1) 集成度高
在本套测试设备SRB-MATS中, 集成了多个测试技术, 可相互补充、 印证, 而
且含有丰富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, 采取数次激振信号统计及合成处理, 能够有效地提升测试客观性;
3) 综合了“住建规程”和“水电规程”优点, 并完全满足两种规程强制要求;
4) 测试内容丰富
SRB-MATS不仅能够测试锚杆长度、 灌浆密实度, 还能够测试锚杆、 锚索张力。