锚杆支护被广泛应用在高边坡护理、地下洞室及隧道支护等工程，锚杆的施工质量直接影响着边坡或洞室的安全稳定。锚杆支护是通过锚入围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，将围岩中一定范围岩体的应力状态由单向（或双向）受压转变为三向受压，从而提高其环向抗压强度，使压缩带既可承受其自身重量，又可承受一定的外部载荷，使其有效地控制围岩变形。

 

　　锚杆施工属于隐蔽工程，全长粘结砂浆锚杆握裹水泥砂浆的灌注饱满与否是锚杆能否按设计要求起作用的重要指标。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。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，握裹力不再随锚杆长度的增加而增加。金沙江溪洛渡水电站工程锚杆的长径比达到了180~375，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。采用声频应力波对锚杆的锚固质量进行无损检测，能够对锚杆的锚固质量作出较全面的评价[1]。本文结合金沙江溪洛渡水电站天然边坡处理工程锚杆锚固质量无损检测结果，探索了声波锚杆无损检测技术的可行性，同时也为如何应用无损检测技术快速检测锚杆锚固质量，提供了可借鉴的方法与经验。

 

 

　　当工程锚杆构件的尺寸为圆柱体且其直径d远远小于其长度L时，即L﹥﹥d，加之锚固体中的弹性波传播速度远大于其围岩（或土体）的波速，所以锚杆可以作为一维杆件的波动理论分析处理。锚杆中传播的一维弹性波动方程可以表示为：

 

　　式中，u为截面的纵向位移；x、t为空间、时间坐标；γ为锚杆周围介质的阻尼系数；S、E分别表示锚杆的截面积及锚杆材料的弹性模量；C为锚杆的纵波波速；，ρ为锚杆材料的质量密度。在小阻尼情况下，式（1）的解可近似简化为：

 

　　式中，γ/2sρ为衰减因子，w为无阻尼条件下的圆频率。由式（2）可见，波在传播过程中幅值随传播时间的增加按指数规律衰减；当γ值不变时，S值或ρ值愈小则波幅值随时间衰减愈快。在由锚杆、混凝土砂浆和围岩组成的体系中，由锚杆端部发射的声波经杆体向四周传播，在锚杆与砂浆、砂浆与围岩等界面发生入射、反射和透射。入射波应力为σi反射波应力σr与透射波应力σt之间的关系分别为：

 

　　式中，波阻抗Z=ρcA，ρ、c、A分别为介质的密度、声速和截面积。

 

　　从上述可以看出，当杆中某一截面面面积或材料性质发生改变时，入射波将在该截面处发生反射和透射，其反射和透射波的大小与截面面积和波阻抗相对变化的程度有关。与变截面杆相类似，锚杆、砂浆、和围岩三者之间浇灌均匀密实时，应力波的能量大部分透射到围岩体中，只有小部分能量反射回来，且反射信号极有规律。当砂浆浇灌不均匀、密实时，在砂浆中出现空穴，在空穴处将出现不同程度的波阻抗变化面。表现在原有的信号中迭加了强度不同的反射信号，或在不应出现反射波处有反射信号，根据反射波位置和反射信号的强弱，就可以确定锚杆锚固质量并为其分级。

 

 

　　检测方法有很多种，最常用的检测方法是利用锚杆的螺纹钢外露端，在其端部安放发射装制和接收换能器。因为螺纹钢的介质均匀，速度一定，对检测结果比较简单，且信号比较稳定，这大大提高了检测结果的精度和准确性。溪洛渡水电站工程锚杆的质量判断是根据《水利水电物探规程》（SL326-2005）及《金沙江溪洛渡水电站锚杆无损检测工作实施细则》（溪工建技【2008】107号）的要求：①抽检比例：按作业区200根为1组（不足200根按1组计），由监理工程师根据实际情况随机指定抽查。抽查比例不得低于锚杆总量的3%，每组不得少于6根。②评判标准：单根锚杆注浆密实度大于80%，且锚杆杆体孔内长度大于设计长度的95%为合格。当同一部位锚杆抽查合格率大于80%，且最低注浆密实度不低于70%，最低锚杆孔内长度不低于90%时，认为抽查作业分区锚杆合格。当合格率小于80%时，将抽查比例增大至6%，如合格率仍小于80%时，对作业分区内锚杆全部检测，对不合格的锚杆重新施工。

 

 

　　必须指出，模型实验是解决锚杆锚固质量声波检测的不可缺少的一个环节。模型实验的结果一方面可以检验理论正演结果的正确性，另一方面还可以补救理论研究工作的不足。更有益者，当模型实验的工作量大到一定程度时，我们可以建立起标准图库，利用模式识别和神经网络技术来处理解释实测资料，这种办法也是解决锚杆锚固质量无损检测的一种途径。总之，模型实验会给锚杆锚固质量的无损检测工作带来很多好处[5]。

 

 

　　溪洛渡水电站左岸天然边坡总处理面积约95507m2，边坡高陡，最大高度在110m左右，边坡坡比基本在1：0.3~1：0.5之间，施工难度大，边坡上危岩体、杂草、碎石和松动石块分布较多。合同工程锚杆约5万根，长度分别为4.5m、6.0m、9.0m和12.0m，工程系统锚杆呈梅花形布置，锚杆间排距为1.5m×1.5m，设计外露长度为15cm，砂浆强度等级M20。下面截取溪洛渡工程实际检测中的一些典型波做以分析。当应力波在有缺陷的空浆锚杆中传播时，空浆段反射波很弱，这是因为空浆段一般为空气，介质相对均匀；当砂浆有局部缺陷时，围裹在钢筋周围的介质不均匀，将产生强烈的反射波信号或者引起该部位波形畸变；在钢筋底端，由于钢筋、砂浆和岩石三者的波阻抗有明显的差别，因此，反射波信号一般较明显。一般施工中，下斜或者水平孔的孔底都存在少量的残渣，朝天孔或者上斜孔孔底存在少量的空气。

 

 

　　通过对模型锚杆和溪洛渡水电站工程锚杆进行大量的无损检测试验与研究，说明：利用声频应力波在不同波阻抗界面发生发射的原理检测锚杆锚固质量是有效和可行的。除其检测试验时间短，对锚杆无损伤等优点外，还能够对锚杆长度、缺陷位置以及砂浆密实度等参数作出定量评价，为工程建设提供了更好的质量保障，同时也为如何应用无损检测技术快速检测锚杆锚固质量，提供了可借鉴的方法与经验。