首钢地质勘查院 北京市 100144
摘要：本文将结合工程实例对锚杆锚固质量无损检测的原理、检测方法、数据分析、锚固质量评价等进行介绍。同时，结合波动理论分析该方法在实际运用中的技术要点和数据处理时的一些问题。另外还就从事锚固无损检测工作谈了自己的一些经验和体会。
关键词：锚杆锚固质量无损检测；波动理论；声波反射法；锚固密实度；杆系波速
诸论：
锚杆施工属于隐蔽工程，传统的锚杆锚固质量主要通过设计、施工、试验和验收等过程进行控制。试验主要是进行材料试验和锚杆抗拔力试验。锚杆抗拔力试验抽检频率一般为1～5%。据有关研究结果表明，当锚杆握裹长度达到42倍锚杆直径时，其握裹力已达到锚杆材质极限抗拉强度，而锚杆锚固长度一般远大于42倍的锚杆直径，因此锚杆拉拔力试验无法全面、客观地反映锚杆整体施工质量状况，特别是难以反映锚杆的锚固密实度和锚杆的实际长度。
随着锚杆在工程中的大量使用，锚杆抗拔力试验已明显不能满足检验锚杆锚固质量的要求。根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2015)的规定，对于全长粘结型锚杆，合格锚杆的长度应符合设计值，注浆密实度不得小于75%，锚杆长度和注浆密实度是反映锚杆锚固质量的主要参数。 近年来，一些大型工程（如水电工程、公路和铁路交通工程、矿山工程等）探索采用无损检测技术检测锚杆的长度和注浆密实度，以达到有效评价锚杆锚固质量的目的。
检测中，根据现场实际情况选择合适的激发设备和激发方法、传感器及检测仪，检查测试系统各部分之间是否连接良好，确认整个测试系统处于正常工作状态。数据分析时根据时域及频域信号，判定锚杆长度和锚固密实度。必要时还可采用瞬时谱分析法、小波分析法或能流分析法等方法。
本文着重介绍以声波反射法现场检测锚杆锚固质量的原理、方法、要点和个人总结的经验。
一、锚杆锚固质量无损检测原理
锚杆锚固质量无损检测反射波法的基本原理，是在锚杆杆头激发产生声波，波动沿锚杆由锚杆杆头向杆底传播，遇到杆身波阻抗发生变化（如杆底、不密实和空浆、离析等）时产生反射波，根据反射波与杆头激发波之间的相位变化，即可以判断波阻抗界面的性质，再根据反射波的走时确定波阻抗变化界面的位置，从而了解锚杆长度和锚固密实度的情况。
二、激发方式和传感器安装
激发方式宜使用端发端收或端发侧收方式。当前使用的检测探头有发射与接收一体式和分体式的，一体式探头安装操作简单，但激振信号干扰大，入射波信号容易失真；分体式探头在杆端激发，在杆侧接收，可减弱激振干扰，使入射波能量计算准确、可靠，但安装操作相对不方便。
试验表明，超磁致伸缩声波震源能量可控，一致性较好，频带范围宽，故推荐使用。小锤锤击方式一致性较差，应慎重使用。
接收传感器使用强磁或其它方式固定，传感器轴心与锚杆杆轴线平行。
安装有托板的锚杆，因传感器直接安装在托盘上易产生寄生干扰或造成信号衰竭，故接收传感器不应直接安装在托板上。另外激发点也不宜设置在托板上。
三、锚杆无损检测现场试验经验与工程实例
在锚杆无损检测现场试验时，客观条件往往不是那么理想，例如钢筋外露较长、杆系波速设置不具代表性等问题。如何克服现场条件限制，更好的采集数据，对现场检测人员提出了较高的经验要求。
1、钢筋外露过长
北京某工地抗浮锚杆。锚杆外露长度1.2m试，而规范中也提出当锚杆钢筋外露长度在0.5m以上时波形会变得杂乱。但甲方为了下步绑扎钢筋方便不愿将锚杆外露部分截掉，故对实测产生了影响，导致采集的波形不理想。
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锚杆外露1.2m情况下采集的波形数据
某工程钢筋外露长度控制在30cm以下时采集的波形。锚杆底部反射信号比较明显。
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2、杆系波速设置
规范要求，当锚固密实度大于30%时（一般工程锚杆锚固密实度都大于该值）应采用杆系波速计算锚杆长度。杆系波速是在现场选取的5根材质和规格相同的同类型锚杆实测波速的平均值，且要求单根锚杆杆系波速值与平均值只差的绝对值不大于杆系波速平均值的5%。
根据规范，杆系波速使用2倍杆体长度除以反射波的旅行时间：
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但是实测波形最好锚杆底部反射明显，这样得到的反射波履行时间更准确。但是杆底反射明显，甚至是可见多次锚杆杆底反射，则恰恰是锚固密实度低的表现。根据规范这样的锚杆往往其饱和度是小于75%的。下图锚杆长度2.93m，杆底反射明显，可见多次杆底杆底反射，且频域曲线呈多峰形态，反射波旅行时间是1.17ms。计算得出其锚固密实度是50%。计算其波速是5009m/s。
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某工程3m短锚杆实测波形图
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假设以这个波速作为杆系波速（实际工作中应取5根以上锚杆进行计算）。同样是该工程的锚杆，长度也是3m，锚固密实度87%。当波速选择5009m/s时，实测曲线如下图。
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其实测长度显示3.01m，锚固密实度89%，锚固质量判定为II类。
由于锚固质量I类的锚杆其杆底反微弱，不利于判断锚杆长度和计算杆系波速，而III类、IV类这样的锚杆数量不多，故在现场很难预先选择出合适的锚杆进行杆系波速计算。在这种情况下，最好是进行模拟实验，确定锚杆的杆系波速。
当工作量确实较少时，考虑到成本和工期问题，我建议可以和施工方沟通，选取一些进行基本试验的锚杆在钢筋上打上标记。进行基本试验特别是破坏性试验的锚杆，一般施工方在工艺上都比较严格，锚固质量一般较好。这样检测人员就可以用读取标记的方式测得锚杆的实际长度，然后计算出比较准确的杆系速度。这样得到的分析结论更加合理。另外需要注意的是，应该在进行锚杆基本试验前进行锚固质量无损检测。
结论：
一：在现场试验中，应尽量避免钢筋外露过长，最好控制在0.3m以内。
二：计算杆系波速时应该注意符合规范对杆系波速一致性的要求。
三：在条件允许的情况下，最好使用模拟使用测得的杆系波速。
四：在不具备进行模拟使用的情况下，可在进行基本试验的锚杆上预留标记，然后在基本试验前对锚杆进行锚固质量无损检测，通过测量得到的杆体长度和实测的反射波旅行时间计算杆系波速。
参考文献：
[1] 《锚杆锚固质量无损检测技术规程》（JGJ/T 182-2009）
[2] 《锚杆锚固质量无损检测数据波形分析方法》（作者：刘克勤、徐菲、王军民，《能源与环保》，2017年，第39卷，第12期）
[3] 《锚杆锚固质量声波无损检测技术》（作者：张文平、四旭飞、吴拥政，《煤矿开采》，2019年，第014卷，第003期）
作者简介：王凯超，（1985-），男，回族，北京市，工程师，本科，研究方向：地基基础工程检测