摘要：聲波法是錨桿錨固質(zhì)量無損檢測普遍采用的方法。在實(shí)際工程中，檢測信號常常受各種因素的影響，不能真實(shí)有效地反映工程實(shí)際，影響錨桿錨固質(zhì)量的判斷。從理論和實(shí)踐兩方面分析信號失真的原因，總結(jié)工程實(shí)踐中減少信號失真的措施與方法，可為錨桿無損檢測技術(shù)的理論研究和工程應(yīng)用提供一定的參考。
1前言
聲波法進(jìn)行錨桿錨固質(zhì)量無損檢測的基本原理是：在錨桿的螺紋鋼外露端安放發(fā)射裝置和接收換能器，從錨桿端部發(fā)射聲波，經(jīng)錨桿體向四周傳播，在錨桿與砂漿及圍巖的接觸界面上發(fā)生入射、反射和透射。根據(jù)換能器接收到的彈性波波形特征和頻率特性，對錨桿的錨固質(zhì)量作出分類評價。目前錨桿錨固質(zhì)量的優(yōu)劣主要根據(jù)砂漿密實(shí)度和錨桿長度進(jìn)行判斷，注漿密實(shí)度由頻率特性確定，錨桿長度由桿底部反射信號確定，信號失真主要表現(xiàn)為波形失真。
發(fā)射聲波信號可以通過系統(tǒng)震源提供和敲擊法提供，前者可控性較高，但只適用于地質(zhì)條件相對穩(wěn)定的工程；后者雖可以提供不同頻率的聲波，但人為因素影響較大，這是反射波失真的最初因素。接收換能器所接收到的信號，因各種錨固缺陷的存在和較大的波阻抗差異，變得非常復(fù)雜，加之各項(xiàng)操作誤差，致使所測得的波形數(shù)據(jù)往往處于失真狀態(tài)。當(dāng)然，理論依據(jù)的不完善，也是造成波形失真的主要原因之一。
目前，錨桿無損檢測以其操作簡便、無破壞性的優(yōu)勢，常配合拉拔實(shí)驗(yàn)廣泛應(yīng)用于工程實(shí)際中，并有取代拉拔實(shí)驗(yàn)的趨勢。2005年，水利部發(fā)布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水利水電工程物探規(guī)程》(SL326-2005)，標(biāo)志著無損檢測真正走入水電行業(yè)。在錨桿無損檢測技術(shù)廣泛應(yīng)用的今天，分析檢測信號失真的原因，有針對性的采取控制措施，對錨桿無損檢測技術(shù)的理論研究和實(shí)際檢測過程中真實(shí)有效信號的獲取具有很強(qiáng)的指導(dǎo)意義。
2波形失真的原因分析
2.1理論偏差
聲波經(jīng)桿體傳播發(fā)生入射、反射和透射的介質(zhì)包括：鋼筋、砂漿和圍巖。其理論研究工作應(yīng)歸結(jié)為柱狀三層固體介質(zhì)條件下波動方程的求解。但因計(jì)算工作復(fù)雜，到目前為止國內(nèi)還沒有人開展這方面的研究工作。當(dāng)前的研究成果是將原錨桿錨固體系下波傳播的三維問題視為一維問題處理，對一維非齊次波動方程在不同邊界條件和初始條件下進(jìn)行求解。這樣的假設(shè)雖然簡化了數(shù)學(xué)計(jì)算，但其研究成果對指導(dǎo)錨桿檢測儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開發(fā)、有利于缺陷檢測的有效波等方面的工作意義卻不大。
錨桿檢測所關(guān)心的是錨桿與周圍介質(zhì)(砂漿和圍巖)的耦合情況，是一個柱狀多層體系下的彈性動力學(xué)問題，現(xiàn)將其簡單地視為一維問題來處理，只考慮波在錨桿中的縱向傳播，而忽略了錨桿以外介質(zhì)的影響，致使獲得存在偏差的信號是必然的。
2.2儀器偏差
錨桿錨固質(zhì)量檢測儀的偏差主要來自于理論的研究，確切的說，是現(xiàn)有理論的欠缺制約了檢測儀器的開發(fā)。錨桿質(zhì)量檢測是柱狀多層(錨桿、砂漿層、地層)體系下的彈性力學(xué)問題，未來的研究方向可能是：通過求解在柱狀多層彈性介質(zhì)模型條件下波動方程，計(jì)算各種導(dǎo)波的頻散特性，找出有利于檢測錨桿缺陷的模式波。再按照此種模式波確定發(fā)射系統(tǒng)的最佳工作頻段，制造出更加可靠的發(fā)射裝置?；诖碎_發(fā)能精確濾去雜波的接收裝置和波形分析軟件。
現(xiàn)有錨桿質(zhì)量檢測儀接發(fā)系統(tǒng)主要根據(jù)聲波頻率(16Hz～20KHz)結(jié)合換能器的材質(zhì)進(jìn)行考慮，促發(fā)的聲波頻段可控性不高，回收波形受到的干擾較大，錨桿缺陷判斷較為困難。如LX，IOE錨桿質(zhì)量檢測儀接收換能器尺寸：910mm×50mm，重量：≤310g，接收帶寬：400Hz～100KHz，靈敏度：250pV/μber。因此，在現(xiàn)有理論支持下，錨桿錨固質(zhì)量檢查接收到的彈性波波形其本身存在差異，且受外界的干擾可能性較大。
2.3檢測偏差
在錨桿質(zhì)量檢測儀的實(shí)際工程應(yīng)用中，影響檢測信號失真的相關(guān)因素有：
(1)地質(zhì)條件復(fù)雜，錨桿施工困難。如地質(zhì)環(huán)境裂隙較多，漏漿嚴(yán)重，造成密實(shí)度缺陷。
(2)施工工藝不合理或現(xiàn)場質(zhì)量監(jiān)督不到位，造成錨桿本身質(zhì)量較差。如注漿方法、插桿順序未按規(guī)范執(zhí)行，造成缺陷。
(3)錨桿外露端污染。當(dāng)設(shè)計(jì)有噴射混凝土層時，錨桿因具有超前錨固穩(wěn)定的效果，常常在混凝土噴護(hù)之前施工?；炷羾娮o(hù)施工勢必在錨桿外露端留下浮漿。
(4)錨桿外露端端頭不平整、銹蝕。鋼筋下料切割或銹蝕促使端頭不平整，接收換能器不能與錨桿端頭緊密接觸，影響錨桿質(zhì)量檢查。
(5)錨桿與鋼筋網(wǎng)焊接或綁扎。設(shè)計(jì)有鋼筋網(wǎng)時，為保證支護(hù)的整體性，要求與錨桿外露端綁扎或點(diǎn)焊固定。
(6)施工環(huán)境的影響。聲波接發(fā)裝置容易受諸如溫度、電源、施工噪聲等外界因素的影響。
(7)檢測人員經(jīng)驗(yàn)不足。實(shí)驗(yàn)人員未建立適用于具體工程項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，未對比分析檢測波形與各類缺陷的關(guān)系以積累經(jīng)驗(yàn)，憑直覺進(jìn)行錨桿質(zhì)量判斷。
3控制措施
理論偏差是錨桿無損檢測波形失真的核心因素，要想通過無損檢測獲得更加準(zhǔn)確的錨桿錨固質(zhì)量，理論研究還任重道遠(yuǎn)。比如，在尋求多層彈性介質(zhì)模擬條件波動方程的求解方法時，可以配合進(jìn)行必要的模擬實(shí)驗(yàn)，不僅可以檢驗(yàn)理論的正確性，還可以根據(jù)大量的模型實(shí)驗(yàn)，建立起標(biāo)準(zhǔn)圖庫與工程實(shí)踐比對，減少信號失真。
除理論研究外，現(xiàn)場實(shí)際操作過程中為把信號失真減少到最低，常采取的控制措施有：
(1)設(shè)計(jì)有噴射混凝土層和鋼筋網(wǎng)時，盡量在混凝土噴射和鋼筋網(wǎng)安裝以前完成檢測。未及時檢測時，檢測前應(yīng)將錨桿與其分開，鑿除焊接點(diǎn)，拋光平整端頭，清除浮漿。
(2)盡可能避免周圍施工噪聲干擾。
(3)對比分析端發(fā)端收或側(cè)發(fā)側(cè)收的波形，避免將地層結(jié)構(gòu)的反射信號與錨桿底端或不密實(shí)砂漿段的反射信號相混淆。每一錨桿應(yīng)重復(fù)測試三次，三次信號應(yīng)基本一致。
(4)努力提高檢測人員的檢測水平。可根據(jù)工程實(shí)際情況，宜在地質(zhì)條件相同、施工工藝相近的測區(qū)制作一定量的試驗(yàn)錨桿進(jìn)行試驗(yàn)檢測，對比分析檢測波形與各類缺陷的關(guān)系，以積累經(jīng)驗(yàn)。
LX-10E錨桿質(zhì)量檢測儀是基于現(xiàn)有理論的典型代表。錨桿外露端端頭不平整，接收換能器與端頭接觸不緊密的檢測波形，波形較混亂，底部反射不明顯，長度判斷困難。端頭拋光磨平后的波形(錨桿長3.5m，外露端長10cm)。
4結(jié)語
錨桿無損檢測應(yīng)用于工程實(shí)踐，有它獨(dú)特的優(yōu)勢，也有諸如缺陷判斷困難、人為因素影響較大等劣勢。因此，在針對具體工程項(xiàng)目時，需要通過大量的現(xiàn)場生產(chǎn)性實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和檢驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，盡可能用失真較少的波形來判斷錨桿質(zhì)量，再結(jié)合拉拔實(shí)驗(yàn)，減少質(zhì)量判斷失誤率。同時，加強(qiáng)現(xiàn)場錨桿施工的監(jiān)督力度，減少錨桿本身的施工缺陷。相信隨著理論水平研究的提高和現(xiàn)場檢測經(jīng)驗(yàn)的積累，錨桿無損檢測信號失真的現(xiàn)象將會降至最低。
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