本发明一种基于tdr的锚杆无损检测装置和方法，属于锚杆无损检测技术领域。
背景技术：
在各类地下工程及边坡护理中，锚杆锚固技术已成为主要的加固手段，广泛应用于城市交通、水电站、險道等工程施工中。在一定程度上来说，锚杆锚固的质量直接决定着整个工程的质量，而以前采用的拉拔检测技术因不能真实反应锚杆的质量，现已很少被采用。
目前，通过无损检测检验锚杆质量的方法很多，比如超声波法、冲击应力波法等，但是这些方法都需要复杂的计算操作过程，测量结果也会受到测量者的影响，而且与锚杆的耦合性较差。具体的讲，超声波无损检测法主要存在两个问题，首先是超声波衰减严重，当锚杆长度较长时，现场获得的波形数据质量不高，经常会出现错判和漏判的现象，通常只能有效测量较短的锚杆，其次是对锚杆测量端头要求苛刻，需要在现场对锚杆端头截面进行磨平处理，才能将超声波耦合进锚杆。
时域反射法（timedomainreflectometry，tdr）是一种远程遥感测试技术，产生于20世纪30年代，最初用于电力和电讯工业中电力线路缺陷的定位和识别。目前，通常在水分测定方法方面表现出更独特的优势，既可测量土壤表层水分，也可用于测量剖面水分。时域反射法探头末端是开路的，在信号的发射端有一个采样点，测量的是电磁波在土壤探头上双程的传播时间。tdr方法的优点是测量速度快，操作简便，精确度高，测量数据易于处理，它比其他方法更稳定、受盐分影响小、更省电、电缆长度限制少，可连续原位测定且无辐射。
尽管时域反射法有如此多的有点，但仍然未被用于锚杆长度和质量检测，本专利拟发明一种时域反射法无损检测锚杆质量装置。
技术实现要素：
本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是提供一种基于tdr的锚杆无损检测装置和方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于tdr的锚杆无损检测装置，包括锚杆，所述锚杆包括锚杆主杆、止浆塞、垫片、螺母和堵浆盖；还包括：与锚杆外露端头相连的检测部件；所述检测部件包括信号发生器、采集示波器、探头和探针，所述信号发生器和采集示波器均与探头连接；
所述锚杆主杆为外有螺纹的金属杆，其外箍有若干绝缘卡套，所述卡套内设置有2根以上平行于锚杆主杆的轴向的支杆，所述支杆为光圆金属实心杆，其外露端与所述探头连接；所述锚杆主杆还包括可拆卸式设置于锚杆主杆顶端的钻头，所述钻头中心轴与锚杆主杆中心轴同轴，横截面大于支杆外缘所围绕截面，所述钻头为金属，与锚杆主杆连接。
所述锚杆主杆和支杆均与探头相连，作为检测部件的探针部分。
所述支杆围绕锚杆主杆等间距均匀分布，所述支杆穿过止浆塞、垫片和螺母，并与三者绝缘接触。
所述卡套内壁为光滑表面，并涂抹润滑剂。
所述锚杆主杆为外有螺纹的非金属杆，其外均匀缠绕设置有数根tdr探针丝；所述tdr探针丝为金属丝，在靠近止浆塞部位穿入锚杆主杆内部，并通过堵浆盖穿出，与所述探头连接；
所述锚杆主杆还包括可拆卸式设置于锚杆主杆顶端的钻头，所述钻头中心轴与锚杆主杆中心轴同轴，横截面大于锚杆主杆截面，所述钻头为金属材料，与所述tdr探针丝前端连接。
所述锚杆主杆上预留缠绕tdr探针丝所需槽口。
所述锚杆主杆为中空或实心。
一种基于tdr的锚杆无损检测的方法，
将锚杆作为检测部件的探针与探头连接，通过检测部件信号发生器发射脉冲，采集示波器采集信号，计算锚杆实际长度，检测锚杆的质量；
较差地质条件下，先在墙壁上开挖洞口，而后注浆，锚杆主杆不安装钻头，将锚杆插入到开挖注浆的洞中，信号发生器发射脉冲，采集示波器采集信号，计算锚杆实际长度，如果发现质量较差，查明原因继续注浆，达到浆液完全包裹锚杆，并且能够渗入地层中，待浆液凝固，重新测试锚杆质量，检测最终锚杆的完成质量；
在围岩上开挖洞口以后，锚杆主杆不安装钻头，将锚杆插入洞中，通过注浆机往中空的锚杆中注浆，浆液逐渐灌满洞口至溢出，将锚杆主杆或支杆浸没其中；安装止浆塞，用检测仪器测量锚杆的长度，等浆液基本凝固后安装垫片和螺母；重新测量锚杆长度，确定浆液凝固后锚杆长度；
锚杆主杆安装有钻头时，锚杆通过钻机逐渐钻入地层，待达到预定位置后，连接探头和锚杆，检测锚杆长度；开始注浆至浆液溢出，安装止浆塞，连接探头和锚杆，检测锚杆实际被浆液包裹长度；待浆液基本凝固安装垫板和螺母，对锚杆施加预应力。
本发明和现有技术相比具有以下有益效果。
（1）基于tdr的锚杆无损检测方法，测量探针和被检测锚杆之间电信号传导性强，并且检测设备方便携带，操作简单，非常适用于大面积检测。
（2）本发明可用于远距离多点自动监测，测量数据易于处理，它比其他方法更稳定、受盐分影响小、更省电、电缆长度限制少，可连续原位测定且无辐射。
（3）本发明既可实现锚杆质量的检测，也可以用于提高锚杆的强度。
附图说明
图1为本发明tdr自钻式金属锚杆质量检测装置结构示意图；
图2为本发明tdr自钻式非金属锚杆质量检测装置结构示意图；
图3为卡套结构示意图。
图中：1为信号发生器，2为采集示波器，3为探头，4为堵浆盖、5为螺母、6为垫片、7为止浆塞、8为支杆、9为锚杆主杆、10为卡套、11为钻头，12为tdr探针丝、13为，14为预留孔，15为支杆限位孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、2所示，一种基于tdr的锚杆无损检测装置，包括锚杆，所述锚杆包括锚杆主杆9、止浆塞7、垫片6、螺母5和堵浆盖4；还包括：与锚杆外露端头相连的检测部件；所述检测部件包括信号发生器1、采集示波器2、探头3和探针，所述信号发生器1和采集示波器2均与探头3连接，所述锚杆作为检测部件的探针与探头3连接。
所述锚杆主杆为外有螺纹的金属杆，其外箍有若干绝缘卡套10，所述卡套10内设置有若干根平行于锚杆主杆的轴向的支杆8，所述支杆8为光圆金属实心杆，其外露端与所述探头3连接；所述锚杆主杆9还包括可拆卸式设置于锚杆主杆9顶端的钻头11，所述钻头11中心轴与锚杆主杆9中心轴同轴，横截面大于支杆8外缘所围绕截面，所述钻头11为金属，与锚杆主杆9连接。
所述支杆数量为2根及以上。
所述支杆8围绕锚杆主杆9等间距均匀分布，所述支杆8穿过止浆塞7、垫片6和螺母5，并与三者绝缘接触。
所述锚杆主杆9与支杆8通过卡套10固定位置且保持平行；所述卡套10上设置有若干等间距分布的支杆限位孔15，所述每根支杆8穿过数个卡套上的支杆限位孔15；所述卡套10内壁为光滑表面，并涂抹润滑剂，使得钻进过程中，只有锚杆主杆9旋转，而支杆8保持静止；卡套10既可以限制支杆8的位置，又不能限制锚杆主杆9的转动，并且限位槽的设置，使得在钻头11钻入过程中，渣土的排出不能改变卡套10所在的位置；
所述支杆限位孔15数量为2个及以上。
所述锚杆主杆9为外有螺纹的非金属杆，其外均匀缠绕设置有数根tdr探针丝12；所述tdr探针丝12为金属丝，所述非金属锚杆主杆9在靠近止浆塞部位设置有预留孔14，tdr探针丝12从预留孔14穿入锚杆主杆9内部，并通过堵浆盖穿出，与所述探头3连接；所述tdr探针丝12数量为两根及以上。
所述非金属锚杆主杆9为玻璃纤维材料。
所述锚杆主杆9还包括可拆卸式设置于锚杆主杆9顶端的钻头11，所述钻头11中心轴与锚杆主杆9中心轴同轴，横截面大于锚杆主杆9截面，所述钻头11为金属材料，与所述tdr探针丝12的前端缠绕连接，所述tdr探针丝12缠绕至钻头外部绝缘材料为止。
所述锚杆主杆9上预留缠绕tdr探针丝12所需槽口，以防止钻进过程中探针的滑动。
所述锚杆主杆9为中空或实心。
金属支杆8与垫板和螺母不应接触或作绝缘处理。锚杆主杆9可为左螺纹或右螺纹钢筋，以使紧密凝固后浆液与锚杆主杆9连接，而支杆8可为光圆钢筋或螺纹钢筋。支杆8可以作为锚杆主杆9的支撑，将锚杆主杆9置于所挖孔洞的中间，达到锚杆主杆9和浆液充分接触的效果；另外，支杆8的加入可加强整个锚杆自身的抗拔能力；最重要的是，锚杆主杆9和支杆8之间形成tdr无损检测系统，与探头3连接之后，可以通过时域反射法确定锚杆注浆质量和锚杆长度。
一种基于tdr的锚杆无损检测的方法，
将锚杆作为检测部件的探针与探头3连接，通过检测部件信号发生器发射脉冲，采集示波器采集信号，计算锚杆实际长度，检测锚杆的质量；
较差地质条件下，先在墙壁上开挖洞口，而后注浆，锚杆主杆为实心，不安装钻头，将锚杆插入到开挖注浆的洞中，信号发生器发射脉冲，采集示波器采集信号，计算锚杆实际长度，如果发现质量较差，查明原因继续注浆，达到浆液完全包裹锚杆，并且能够渗入地层中，待浆液凝固，重新测试锚杆质量，检测最终锚杆的完成质量；
在围岩上开挖洞口以后，锚杆主杆为空心，不安装钻头，将锚杆插入洞中，通过注浆机往中空的锚杆中注浆，浆液逐渐灌满洞口至溢出，将锚杆主杆9或支杆8浸没其中；安装止浆塞，用检测仪器测量锚杆的长度，等浆液基本凝固后安装垫片和螺母；重新测量锚杆长度，确定浆液凝固后锚杆长度；
锚杆主杆安装有钻头时，使用空心锚杆主杆，锚杆通过钻机逐渐钻入地层，待达到预定位置后，连接探头3和锚杆，检测锚杆长度；开始注浆至浆液溢出，安装止浆塞，连接探头3和锚杆，检测锚杆实际被浆液包裹长度；待浆液基本凝固安装垫板和螺母，对锚杆施加预应力。
非金属锚杆在钻进时，锚杆钻进过程中需要顺着缠绕探针的方向转动，防止探针脱落。
钻头11连接于主杆的末端，钻头11为可拆卸设置，不需使用钻头11时将之拆下，将锚杆插入预先挖好的洞中，进行注浆和检测。需要使用钻头11时，钻头11前进方向横截面能覆盖所有支杆8外缘所围面积，在转动锚杆主杆9时，钻头11随之转动而且切削围岩，同时锚杆被顶入围岩，直至达到预定位置，而后进行注浆，注浆溢出后安装止浆塞7、垫板6、螺母5等。
对于锚杆主杆为金属时，支杆可以作为主杆的支撑，将主杆置于所挖孔洞的中间，达到主杆和浆液充分接触的效果；另外，支杆的加入可加强整个锚杆自身的抗拔能力；最重要的是，主杆和支杆之间形成tdr无损检测系统，与探头连接之后，可以通过时域反射法确定锚杆注浆质量和锚杆长度。
锚杆主杆为非金属时，可为玻璃纤维等材料的非金属杆，探针为金属丝，缠绕金属丝根数不限于3根。为了防止探针的滑动，可在非金属锚杆主杆上预留缠绕所需槽口。tdr探针在预留孔进入中空非金属锚杆，并且穿过堵浆盖穿出锚杆外，此处探针能够和探头连接进行锚杆质量的检测。
上面结合附图对本发明的实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。