聲波法在錨桿檢測中波形的分析

任曉菲

（河北道橋工程檢測有限公司，石家莊050021）

聲波法在錨桿檢測中波形的分析

任曉菲

（河北道橋工程檢測有限公司，石家莊050021）

介紹了Thurner（聲波法）在隧道錨桿檢測中的發展，著重分析錨桿典型性缺陷所對應的波形特征，對今后隧道錨桿錨固密實度及長度的檢測工作起到了一定的促進作用。

聲波法；錨桿；錨固密實度；波形

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

1 引言

新奧法作為現今隧道施工的最主要的施工方法，錨噴支護在隧道施工中得到了廣泛應用。錨桿是用機械方法或黏結方法將具有一定長度的桿體錨固在圍巖預先鉆好的錨桿孔內，錨桿具有“懸吊作用”、“組合梁作用”和“加固拱作用”，從而使圍巖得到加固，可見錨桿在初期支護體系中起到相當重要的作用。施工中若錨桿鉆孔呈水平方向或向下方向，錨桿的注漿密實度容易得到保證；若鉆孔向上，則錨桿的注漿密實度難以保證。且錨桿隱藏于圍巖內部，施工完成后長度無法檢測。因此，錨桿長度與注漿密實度檢測成為檢驗錨桿施工質量的重要環節。

2 聲波法檢測原理

1978 年瑞典H.F.Thurner提出用測超聲波能量損耗來判定砂漿注滿程度的方法。Thurner方法的基本原理是：在錨桿桿體外端發射超聲脈沖，它沿錨桿體以管道波的形式進行傳播，到達錨桿底端后進行反射，在錨桿外端可接收此反射波[1]。

根據聲波法檢測原理，錨桿桿體長度計算應按以下方法確定。

1）錨桿底端反射波信號識別可采用時間反射波法、幅頻域頻差法等。

2）錨桿底端反射波與錨桿起點入射首波波峰間的時間差即為錨桿底端反射時差，若有多次錨桿底端的反射信號，則取各次反射信號時差的平均值。

3）時間域桿體長度應按下式計算：

式中，L為桿體長度；Cm為同類錨桿的波速平均值；Δte為反射波時長。

3 特征錨桿波形

如果錨桿砂漿注滿度存在局部不密實，則錨桿在不同截面產生的波阻抗性會有所差異，所有波阻抗性有差異的界面均會產生反射波。根據應力波反射原理，界面的波阻抗性差異將決定反射波的性質，當波阻抗比值大于1時（從砂漿注滿度密實至不密實），反射系數為正值，在時域曲線圖上反射波信號與入射波相位相同，多次反射信號相位一致。（見圖1）

圖1 反射波形示意圖

3.1 全長密實性錨桿

除錨桿底端外，沿錨桿長度方向波阻抗性相同，沒有明顯的波阻抗界面，在錨桿全長范圍內無反射波存在，只在錨桿底部可能產生細微的反射信號。錨桿的波形信號只有入射波信號，或微弱的桿底反射信號，頻譜呈峰形態（見圖2）。

圖2 全長密實錨桿波形示意圖

3.2 局部不密實錨桿

錨桿中存在局部不密實情況時，在錨桿中會產生多個波阻抗界面，每個界面均可能產生正相位或負相位的反射波，在錨桿長度范圍內會存在多個反射波信號。頻譜呈不規則多峰形態（見圖3）。

圖3 局部不密實錨桿波形示意圖

3.3 全長不密實錨桿

在錨桿長度范圍內均存在不密實情況時，會在錨桿兩端（錨桿頭部及尾部）產生多次反射波，反射波均呈現為正相位。頻譜顯示為等間隔多峰形態，見圖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

任曉菲（1982～），男，河北唐山人，工程師，從事橋梁隧道工程檢測與研究。