錨桿錨固質(zhì)量檢測及應用

摘  要：針對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錨桿水泥砂漿灌注飽滿的情況下，應用聲頻應力波方法檢測錨桿水泥砂漿灌注的飽滿度和長度，對錨桿施工質(zhì)量進行有效檢測，取得了較好的效果。

關鍵詞：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，隨著開挖施工的進行，山體圍巖整體性被破壞，圍巖應力釋放，加之圍巖自身存在的破碎帶，表面風化，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圍巖進行錨固，開挖巖石面噴射混凝土來抑制巖石表層繼續(xù)風化。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)劣對能否圍提高巖整體承載力有著直接影響，是錨桿能否按設計要求起作用的重要指標。采用何種手段檢測錨桿的錨固質(zhì)量，國內(nèi)外學者一直在進行研究。傳統(tǒng)的測試方法是用抗拉拔力來檢測錨桿的錨固質(zhì)量，隨著科學技術(shù)的發(fā)展，在三峽水電站和龍灘水電站開始應用聲頻應力波法來檢測錨桿錨固質(zhì)量。

采用抗拉拔力作為檢測指標時，國內(nèi)外試驗研究表明：對于高強螺紋錨桿，當錨固長度達到錨桿直徑的42倍時，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。采用聲頻應力波法檢測，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錨桿質(zhì)量的一項重要指標。因此，瀑布溝地下廠房工程中的錨桿質(zhì)量檢測使用應用聲頻應力波法原理生產(chǎn)LX-10E錨桿質(zhì)量檢測儀，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)量檢測儀測試原理

當水泥砂漿灌注后，錨桿、砂漿和圍巖組合為一個體系。對錨桿進行檢測時，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。當桿中某一截面面積或材料性質(zhì)發(fā)生改變時，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變化的程度有關。錨桿、砂漿、和圍巖三者之間澆灌均勻密實時，應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，且反射信號極有規(guī)律。當砂漿澆灌不均勻、密實時，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)在原有的信號中迭加了強度不同的反射信號，或在不應出現(xiàn)反射波處有反射信號，根據(jù)反射波位置和反射信號的強弱，就可以確定錨桿錨固質(zhì)量。

3 星火牌錨桿質(zhì)量檢測儀的組成

錨桿質(zhì)量檢測儀由大功率聲波發(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)射信號的一致性好，發(fā)射功率可調(diào)節(jié)，可適應測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，時間精度zui小可達0.1us，信號采用差分輸入，可抑制交流干擾，zui多可選4個通道同時進行采集，可運用相關分析辦法提取信號特征。自帶數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，能對采集信號進行實時處理，進行頻譜分析、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LX-10E錨桿質(zhì)量檢測儀專門開發(fā)的配套軟件，軟件界面友好，操作簡潔，功能強大。主要功能有錨桿儀與微機間的數(shù)據(jù)傳輸，串行通信；坐標軸填充波形顯示、錨桿長度標定；零相位濾波；歸一化處理；砂漿飽和度（密實度）的計算；反褶積處理；時頻小波多尺度分析；高階統(tǒng)計量分析等。

4 星火牌錨桿質(zhì)量檢測儀的應用

在瀑布溝地下廠房工程中檢測錨桿灌端，在其端部安放發(fā)射裝置和接收換能器，測試方式為端發(fā)端收。因為螺紋鋼的介質(zhì)均勻，速度一定，對檢測結(jié)果比較簡單，且信號比較穩(wěn)定，這大大提高了檢測結(jié)果的精度和準確性。檢測時如果端部表面有水泥漿，應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。否則將影響測試結(jié)果的準確性。

5 錨桿的模擬試驗

為真實可靠的檢測錨桿長度和水泥砂漿灌注的飽滿程度，現(xiàn)場進行了模擬試驗。模擬試驗在地下廠房尾閘室頂拱進行，按照試驗大綱要求，分別按灌注飽滿度為100％，75％，50％制作試驗錨桿，鉆孔深度為8米，錨桿外露1米制做試驗錨桿，錨桿端面應平整，不能有凹凸不平現(xiàn)象（錨桿制作要求見圖1～圖4）。待水泥砂漿達到齡期后采用LX-10E錨桿質(zhì)量檢測儀檢測錨桿長度和注漿飽滿度，從檢測結(jié)果（圖5～圖8）分析得出：LX-10E錨桿質(zhì)量檢測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，為了有效檢測錨桿的錨固質(zhì)量，使用LX-10E錨桿質(zhì)量檢測儀對錨桿質(zhì)量進行檢測。該儀器利用聲頻應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質(zhì)量情況。與傳統(tǒng)的拉拔試驗相比，能夠快速檢測錨桿質(zhì)量，判斷錨桿水泥砂漿的飽滿程度，并且對錨桿不產(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)。