錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)及應(yīng)用

摘  要：針對(duì)瀑布溝地下廠房工程系統(tǒng)錨桿施長徑大長徑比為（200～400），在采用抗拉拔力不能檢測(cè)錨桿水泥砂漿灌注飽滿的情況下，應(yīng)用聲頻應(yīng)力波方法檢測(cè)錨桿水泥砂漿灌注的飽滿度和長度，對(duì)錨桿施工質(zhì)量進(jìn)行有效檢測(cè)，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：錨桿   質(zhì)量控制   注漿    水泥砂漿

1  前言

在地下洞室開挖施工過程中，隨著開挖施工的進(jìn)行，山體圍巖整體性被破壞，圍巖應(yīng)力釋放，加之圍巖自身存在的破碎帶，表面風(fēng)化，夾泥層等缺陷，極其容易產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象。因此在洞室施工中通常采用錨桿對(duì)圍巖進(jìn)行錨固，開挖巖石面噴射混凝土來抑制巖石表層繼續(xù)風(fēng)化。通過以上措施提高圍巖整體承載力，抑制坍塌現(xiàn)象。但錨桿錨固質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)能否圍提高巖整體承載力有著直接影響，是錨桿能否按設(shè)計(jì)要求起作用的重要指標(biāo)。采用何種手段檢測(cè)錨桿的錨固質(zhì)量，國內(nèi)外學(xué)者一直在進(jìn)行研究。傳統(tǒng)的測(cè)試方法是用抗拉拔力來檢測(cè)錨桿的錨固質(zhì)量，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在三峽水電站和龍灘水電站開始應(yīng)用聲頻應(yīng)力波法來檢測(cè)錨桿錨固質(zhì)量。

采用抗拉拔力作為檢測(cè)指標(biāo)時(shí)，國內(nèi)外試驗(yàn)研究表明：對(duì)于高強(qiáng)螺紋錨桿，當(dāng)錨固長度達(dá)到錨桿直徑的42倍時(shí)，握裹力不再隨著錨桿長度的增加而增加，并且無法判斷水泥砂漿灌注飽滿與否。采用聲頻應(yīng)力波法檢測(cè)，能夠判斷水泥砂漿灌注飽滿程度和錨桿長度。

在瀑布溝水電站地下廠房工程中，系統(tǒng)錨桿為全長黏結(jié)型，錨桿長度與直徑比在200～400之間，水泥砂漿灌注的飽滿度是檢測(cè)錨桿質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。因此，瀑布溝地下廠房工程中的錨桿質(zhì)量檢測(cè)使用應(yīng)用聲頻應(yīng)力波法原理生產(chǎn)LX-10E錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀，該儀器能夠判斷錨桿長度和錨桿水泥砂漿灌注的飽滿程度。

2 星火牌錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀測(cè)試原理

當(dāng)水泥砂漿灌注后，錨桿、砂漿和圍巖組合為一個(gè)體系。對(duì)錨桿進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，從錨桿端部發(fā)射的聲波，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。當(dāng)桿中某一截面面積或材料性質(zhì)發(fā)生改變時(shí)，入射波將在該截面處發(fā)生反射和透射，其反射和透射波的大小與截面面積和波阻抗相對(duì)變化的程度有關(guān)。錨桿、砂漿、和圍巖三者之間澆灌均勻密實(shí)時(shí)，應(yīng)力波的能量大部分透射到圍巖體中，只有小部分能量反射回來，且反射信號(hào)極有規(guī)律。當(dāng)砂漿澆灌不均勻、密實(shí)時(shí)，在砂漿中出現(xiàn)空穴，在空穴處將出現(xiàn)不同程度的波阻抗變化面。表現(xiàn)在原有的信號(hào)中迭加了強(qiáng)度不同的反射信號(hào)，或在不應(yīng)出現(xiàn)反射波處有反射信號(hào)，根據(jù)反射波位置和反射信號(hào)的強(qiáng)弱，就可以確定錨桿錨固質(zhì)量。

3 星火牌錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀的組成

錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀由大功率聲波發(fā)射接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)構(gòu)成。采用新型超磁致伸縮材料發(fā)射換能器，保證每次發(fā)射信號(hào)的一致性好，發(fā)射功率可調(diào)節(jié)，可適應(yīng)測(cè)量不同長度錨桿的要求。接收換能器結(jié)構(gòu)精致，外形似指頭細(xì)小，其靈敏度高，接收頻帶寬。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣精度為24bit，接收帶寬為400Hz～10kHz，采樣長度為0.5k～64k，時(shí)間精度zui小可達(dá)0.1us，信號(hào)采用差分輸入，可抑制交流干擾，zui多可選4個(gè)通道同時(shí)進(jìn)行采集，可運(yùn)用相關(guān)分析辦法提取信號(hào)特征。自帶數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，進(jìn)行頻譜分析、數(shù)字濾波、微積分處理、能量均衡、波形平滑、指數(shù)放大和剔除直流分量等處理功能。

數(shù)據(jù)后處理軟件是針對(duì)LX-10E錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀專門開發(fā)的配套軟件，軟件界面友好，操作簡潔，功能強(qiáng)大。主要功能有錨桿儀與微機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸，串行通信；坐標(biāo)軸填充波形顯示、錨桿長度標(biāo)定；零相位濾波；歸一化處理；砂漿飽和度（密實(shí)度）的計(jì)算；反褶積處理；時(shí)頻小波多尺度分析；高階統(tǒng)計(jì)量分析等。

4 星火牌錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀的應(yīng)用

在瀑布溝地下廠房工程中檢測(cè)錨桿灌端，在其端部安放發(fā)射裝置和接收換能器，測(cè)試方式為端發(fā)端收。因?yàn)槁菁y鋼的介質(zhì)均勻，速度一定，對(duì)檢測(cè)結(jié)果比較簡單，且信號(hào)比較穩(wěn)定，這大大提高了檢測(cè)結(jié)果的精度和準(zhǔn)確性。檢測(cè)時(shí)如果端部表面有水泥漿，應(yīng)將水泥漿液清除后再安放發(fā)射裝置和接收換能器，保證發(fā)射裝置和接收換能器表面與錨桿斷面*接觸。否則將影響測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

5 錨桿的模擬試驗(yàn)

為真實(shí)可靠的檢測(cè)錨桿長度和水泥砂漿灌注的飽滿程度，現(xiàn)場進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。模擬試驗(yàn)在地下廠房尾閘室頂拱進(jìn)行，按照試驗(yàn)大綱要求，分別按灌注飽滿度為100％，75％，50％制作試驗(yàn)錨桿，鉆孔深度為8米，錨桿外露1米制做試驗(yàn)錨桿，錨桿端面應(yīng)平整，不能有凹凸不平現(xiàn)象（錨桿制作要求見圖1～圖4）。待水泥砂漿達(dá)到齡期后采用LX-10E錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀檢測(cè)錨桿長度和注漿飽滿度，從檢測(cè)結(jié)果（圖5～圖8）分析得出：LX-10E錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀能夠反映錨桿長度和注漿飽滿度，其誤差在5％以內(nèi)。

6 結(jié)語

在瀑布溝水電站地下廠房工程中，為了有效檢測(cè)錨桿的錨固質(zhì)量，使用LX-10E錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀對(duì)錨桿質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。該儀器利用聲頻應(yīng)力波在不同波阻抗面反射的能量和相位的變化原理，采用特殊的聲波發(fā)射和接收裝置，能夠反映錨桿的真實(shí)質(zhì)量情況。與傳統(tǒng)的拉拔試驗(yàn)相比，能夠快速檢測(cè)錨桿質(zhì)量，判斷錨桿水泥砂漿的飽滿程度，并且對(duì)錨桿不產(chǎn)生傷害。

作者簡介：

張愛平（1983-  ），男，甘肅民勤人，北京天地星火科技發(fā)展有限公司總，工程師，從事建筑、工程施工技術(shù)及儀器儀表的研發(fā)生產(chǎn)。