减少锚杆无损检测中信号失真的措施与方法有哪些？

　　声波法是锚杆锚固质量无损检测普遍采用的方法。在实际工程中，检测信号常常受各种因素的影响，不能真实有效地反映工程实际，影响锚杆锚固质量的判断。从理论和实践两方面分析信号失真的原因，总结工程实践中减少信号失真的措施与方法，可为锚杆无损检测技术的理论研究和工程应用提供一定的参考。

　　1　前言

　　声波法进行锚杆锚固质量无损检测的基本原理是：在锚杆的螺纹钢外露端安放发射装置和接收换能器，从锚杆端部发射声波，经锚杆体向四周传播，在锚杆与砂浆及围岩的接触界面上发生入射、反射和透射。根据换能器接收到的弹性波波形特征和频率特性，对锚杆的锚固质量作出分类评价。

　　目前锚杆锚固质量的优劣主要根据砂浆密实度和锚杆长度进行判断，注浆密实度由频率特性确定，锚杆长度由杆底部反射信号确定，信号失真主要表现为波形失真。

　　发射声波信号可以通过系统震源提供和敲击法提供，前者可控性较高，但只适用于地质条件相对稳定的工程；后者虽可以提供不同频率的声波，但人为因素影响较大，这是反射波失真的最初因素。接收换能器所接收到的信号，因各种锚固缺陷的存在和较大的波阻抗差异，变得非常复杂，加之各项操作误差，致使所测得的波形数据往往处于失真状态。

　　当然，理论依据的不完善，也是造成波形失真的主要原因之一。

　　目前，锚杆无损检测以其操作简便、无破坏性的优势，常配合拉拔实验广泛应用于工程实际中，并有取代拉拔实验的趋势。2005年，水利部发布了行业标准《水利水电工程物探规程》(SL 326-2005)，标志着无损检测真正走入水电行业。在锚杆无损检测技术广泛应用的今天，分析检测信号失真的原因，有针对性的采取控制措施，对锚杆无损检测技术的理论研究和实际检测过程中真实有效信号的获取具有很强的指导意义。

　　2　波形失真的原因分析

　　2.1理论偏差

　　声波经杆体传播发生入射、反射和透射的介质包括：钢筋、砂浆和围岩。其理论研究工作应归结为柱状三层固体介质条件下波动方程的求解。但因计算工作复杂，到目前为止国内还没有人开展这方面的研究工作。

　　当前的研究成果是将原锚杆锚固体系下波传播的三维问题视为一维问题处理，对一维非齐次波动方程在不同边界条件和初始条件下进行求解。这样的假设虽然简化了数学计算，但其研究成果对指导锚杆检测仪器系统的设计和开发、有利于缺陷检测的有效波等方面的工作意义却不大。

　　锚杆检测所关心的是锚杆与周围介质(砂浆和围岩)的耦合情况，是一个柱状多层体系下的弹性动力学问题，现将其简单地视为一维问题来处理，只考虑波在锚杆中的纵向传播，而忽略了锚杆以外介质的影响，致使获得存在偏差的信号是必然的。

　　2.2仪器偏差

　　锚杆锚固质量检测仪的偏差主要来自于理论的研究，确切的说，是现有理论的欠缺制约了检测仪器的开发。锚杆质量检测是柱状多层(锚杆、砂浆层、地层)体系下的弹性力学问题，未来的研究方向可能是：通过求解在柱状多层弹性介质模型条件下波动方程，计算各种导波的频散特性，找出有利于检测锚杆缺陷的模式波。

　　再按照此种模式波确定发射系统的最佳工作频段，制造出更加可靠的发射装置。基于此开发能精确滤去杂波的接收装置和波形分析软件。

　　现有锚杆质量检测仪接发系统主要根据声波频率(16Hz～20KHz)结合换能器的材质进行考虑，促发的声波频段可控性不高，回收波形受到的干扰较大，锚杆缺陷判断较为困难。

　　如某锚杆质量检测仪接收带宽：400Hz～100KHz，灵敏度：250pV/μber。因此，在现有理论支持下，锚杆锚固质量检查接收到的弹性波波形其本身存在差异，且受外界的干扰可能性较大。

　　2.3检测偏差

　　在锚杆质量检测仪的实际工程应用中，影响检测信号失真的相关因素有：

　　(1)地质条件复杂，锚杆施工困难。如地质环境裂隙较多，漏浆严重，造成密实度缺陷。

　　(2)施工工艺不合理或现场质量监督不到位，造成锚杆本身质量较差。如注浆方法、插杆顺序未按规范执行，造成缺陷。

　　(3)锚杆外露端污染。当设计有喷射混凝土层时，锚杆因具有超前锚固稳定的效果，常常在混凝土喷护之前施工。混凝土喷护施工势必在锚杆外露端留下浮浆。

　　(4)锚杆外露端端头不平整、锈蚀。钢筋下料切割或锈蚀促使端头不平整，接收换能器不能与锚杆端头紧密接触，影响锚杆质量检查。

　　(5)锚杆与钢筋网焊接或绑扎。设计有钢筋网时，为保证支护的整体性，要求与锚杆外露端绑扎或点焊固定。

　　(6)施工环境的影响。声波接发装置容易受诸如温度、电源、施工噪声等外界因素的影响。

　　(7)检测人员经验不足。实验人员未建立适用于具体工程项目的实验数据库，未对比分析检测波形与各类缺陷的关系以积累经验，凭直觉进行锚杆质量判断。

　　3　控制措施

　　理论偏差是锚杆无损检测波形失真的核心因素，要想通过无损检测获得更加准确的锚杆锚固质量，理论研究还任重道远。比如，在寻求多层弹性介质模拟条件波动方程的求解方法时，可以配合进行必要的模拟实验，不仅可以检验理论的正确性，还可以根据大量的模型实验，建立起标准图库与工程实践比对，减少信号失真。

　　除理论研究外，现场实际操作过程中为把信号失真减少到最低，常采取的控制措施有：

　　(1)设计有喷射混凝土层和钢筋网时，尽量在混凝土喷射和钢筋网安装以前完成检测。未及时检测时，检测前应将锚杆与其分开，凿除焊接点，抛光平整端头，清除浮浆。

　　(2)尽可能避免周围施工噪声干扰。

　　(3)对比分析端发端收或侧发侧收的波形，避免将地层结构的反射信号与锚杆底端或不密实砂浆段的反射信号相混淆。每一锚杆应重复测试三次，三次信号应基本一致。

　　(4)努力提高检测人员的检测水平。可根据工程实际情况，宜在地质条件相同、施工工艺相近的测区制作一定量的试验锚杆进行试验检测，对比分析检测波形与各类缺陷的关系，以积累经验。

　　4　结语

　　锚杆无损检测应用于工程实践，有它独特的优势，也有诸如缺陷判断困难、人为因素影响较大等劣势。因此，在针对具体工程项目时，需要通过大量的现场生产性实验数据和检验数据进行比对，尽可能用失真较少的波形来判断锚杆质量，再结合拉拔实验，减少质量判断失误率。同时，加强现场锚杆施工的监督力度，减少锚杆本身的施工缺陷。相信随着理论水平研究的提高和现场检测经验的积累，锚杆无损检测信号失真的现象将会降至最低。

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