錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)分析及應(yīng)用

楊 帆，宋偉健，郭 奇，郭智陽(yáng)

（中水東北勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林 長(zhǎng)春 130062）

近年來，隨著國(guó)家大力提倡新能源建設(shè)，水利水電行業(yè)得到了飛速發(fā)展，大量水電站已進(jìn)入工程建設(shè)期，由于各工程建設(shè)地點(diǎn)的地質(zhì)條件各不相同，且圍巖等級(jí)分類差異較大，會(huì)給施工造成了一定的影響，錨桿錨固施工質(zhì)量的好壞直接影響著基礎(chǔ)巖體的整體性和堅(jiān)固性，因此在保護(hù)圍巖穩(wěn)定性的施工過程中，利用錨桿支護(hù)是近些年水電施工中必不可少的一部分，錨桿不但支護(hù)效果好，且用料省、施工簡(jiǎn)單。對(duì)錨桿錨固質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)既能保證施工有序進(jìn)行，又能保證水工建筑物的安全，避免造成不必要的損失。

1 方法工作原理

錨桿錨固質(zhì)量在傳統(tǒng)彈性波反射法基礎(chǔ)上衍生出來的一種可以對(duì)砂漿飽和度進(jìn)行有效檢測(cè)的方法，在長(zhǎng)度測(cè)定合格時(shí)，從錨桿頂部發(fā)射的應(yīng)力波經(jīng)桿體向四周傳播，在錨桿與砂漿、砂漿與圍巖界面發(fā)生反射和投射。在錨固體系中，注漿均勻、密實(shí)時(shí)，由于波阻抗差異不大，大部分能量直接投射到圍巖體中，當(dāng)注漿不均勻、不密實(shí)時(shí)，砂漿中存在空隙，在空隙處將存在不同程度的波阻抗界面，疊加已有的反射信號(hào)，根據(jù)突變點(diǎn)位置和反射信號(hào)的強(qiáng)弱，可以確定錨桿錨固質(zhì)量，并進(jìn)行注漿飽滿度估算和分級(jí)。

2 檢測(cè)數(shù)據(jù)分析

錨桿檢測(cè)資料分析以時(shí)域分析為主，輔以頻域分析，并結(jié)合波形特征等因素進(jìn)行綜合分析判定。在砂漿錨桿中，錨桿速度是鋼筋與砂漿組合體的速度，不同規(guī)格的錨桿，由于鋼筋與砂漿所占的權(quán)重各不相同，其波速也不盡相同，在實(shí)際檢測(cè)過程中，應(yīng)首先選取不少于3根注漿飽滿度大于90%的相同材質(zhì)和規(guī)格同類型的錨桿計(jì)算平均值，用以計(jì)算檢測(cè)錨桿的長(zhǎng)度。

計(jì)算長(zhǎng)度時(shí)桿底反射諧振信號(hào)的識(shí)別,是以桿底諧振峰排列基本等間距，其相鄰頻差的相對(duì)誤差不大于5%為依據(jù)，桿底反射時(shí)間差采用多個(gè)桿底諧振峰的平均值計(jì)算。

計(jì)算缺陷時(shí)，時(shí)域缺陷反射信號(hào)到達(dá)時(shí)間應(yīng)小于桿底反射時(shí)間，幅頻域缺陷頻差值大于桿底頻差值，若缺陷界面的波阻抗差值為正，則缺陷反射波信號(hào)的相位與入射波信號(hào)反相，二次反射信號(hào)的相位與入射波同相，依次交替出現(xiàn)；若缺陷界面的波阻抗差值為負(fù)，則各次缺陷反射波信號(hào)均與桿端入射波同相。

3 工程概況

山東沂蒙抽水蓄能電站位于山東省臨沂市費(fèi)縣縣城東北方向約24 km處，距臨沂市公路里程69 km，距濟(jì)南市公路里程264 km，交通便利。

該工程屬一等大（1）型工程，規(guī)劃裝機(jī)容量1200 MW，裝機(jī)4臺(tái)，單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)，單機(jī)容量300 MW。電站建成后，在山東電網(wǎng)系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用及黑啟動(dòng)。

樞紐工程建筑物主要由上水庫(kù)、水道系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、下水庫(kù)、地面開關(guān)站及中控樓、補(bǔ)水系統(tǒng)等建筑物組成。

該工程涉及的錨桿均選用II級(jí)或III級(jí)高強(qiáng)度的螺紋鋼筋或精扎高強(qiáng)鋼筋，注漿錨桿的水泥砂漿中的水泥應(yīng)采用水泥強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5的普通硅酸鹽水泥，砂采用最大粒徑小于2.5 mm的中細(xì)砂。

施工過程中對(duì)于上傾角大于45°且長(zhǎng)度不小于7m的砂漿錨桿采用先插錨桿、后注漿的方式施工，其余砂漿錨桿則先注漿后插錨桿。灌漿壓力以回漿管口壓力為準(zhǔn)。壓力暫定為0.2～0.3 MPa，以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為準(zhǔn)。當(dāng)回漿管出漿連續(xù)，且比重大于或等于進(jìn)漿比重時(shí)，并漿至壓力下降不大于25%時(shí)結(jié)束。錨桿注漿后，在砂漿凝固前，不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。

4 成果分析

這次針對(duì)性對(duì)常見的黏結(jié)型砂漿錨桿注漿飽滿度進(jìn)行檢測(cè)，砂漿錨桿采用先注漿后插入錨桿的原則，待砂漿凝固7天后檢測(cè)，檢測(cè)時(shí)用角磨機(jī)打磨錨桿頭，除去砂漿、鐵銹等，保證桿頭平整光滑。采集的反射波波列圖橫向顯示為反射波在錨固界面運(yùn)行的時(shí)間，利用其走時(shí)與界面?zhèn)鞑ニ俣鹊某朔e計(jì)算錨桿的長(zhǎng)度，縱向?yàn)榉瓷洳ㄐ握穹跋辔粓D，注漿飽滿的錨桿振幅會(huì)均勻衰減，且相位一致，當(dāng)出現(xiàn)空洞時(shí)，缺陷位置會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)反射波，振幅增強(qiáng)，相位不一致。

首先對(duì)已知工藝性試驗(yàn)的砂漿錨桿進(jìn)行檢測(cè)，工藝性試驗(yàn)采用的砂漿錨桿為直徑為28 mm，長(zhǎng)度5.0 m，入巖4.85 m。然后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)泄洪洞實(shí)際施工的砂漿錨桿進(jìn)行隨機(jī)檢測(cè)。

工藝性試驗(yàn)錨桿：

通過圖1波形可知錨桿反射波型連續(xù)、能量逐漸降低，無(wú)異常反射波出現(xiàn)，且相位基本一致，錨桿錨固質(zhì)量較好。經(jīng)實(shí)際計(jì)算該全長(zhǎng)砂漿錨桿，實(shí)測(cè)長(zhǎng)度5.0 m，外漏0.16 m，錨固長(zhǎng)度4.85 m，注漿飽滿度93.0%，錨固質(zhì)量Ⅰ級(jí)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)剖開處理，檢測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況相吻合。

圖1 工藝性錨桿砂漿檢驗(yàn)波形

已施工錨桿：該錨桿為泄洪洞內(nèi)隨機(jī)抽選設(shè)計(jì)長(zhǎng)為3.0 m全長(zhǎng)砂漿錨桿。

由圖2可知，實(shí)際檢測(cè)的反射波有明顯的疊加，呈強(qiáng)反射形態(tài)，且波形不均勻，相位不一致，均為注漿效果不好產(chǎn)生的空洞所致。經(jīng)實(shí)際處理得知錨桿長(zhǎng)度為3.0 m，外漏0.1 m，錨固長(zhǎng)度2.9 m注漿飽滿度為77.0%，錨固質(zhì)量為Ⅲ級(jí)，為不合格錨桿。

圖2 泄洪洞隨機(jī)錨桿砂漿檢測(cè)波形

5 結(jié)語(yǔ)

1）經(jīng)過實(shí)際工程驗(yàn)證，錨桿的無(wú)損檢測(cè)是較好的一種以不破壞原有的應(yīng)力體系的檢測(cè)方法，工作中可以通過大量的對(duì)比試驗(yàn)及計(jì)算過程，對(duì)錨桿的長(zhǎng)度及注漿飽滿度進(jìn)行準(zhǔn)確的檢測(cè)。

2）在進(jìn)行錨桿注漿檢測(cè)時(shí)，對(duì)同一根錨桿需多次采集，在波形一致時(shí)方可進(jìn)行評(píng)判，對(duì)于波形不一致或現(xiàn)場(chǎng)干擾大等因素造成的可能影響判別時(shí)，需用拉拔試驗(yàn)等其他方法加以輔助。

3）錨桿無(wú)損檢測(cè)是一種檢測(cè)注漿飽滿度的方法，對(duì)于實(shí)際材料的使用、錨固力能否滿足設(shè)計(jì)要求無(wú)法判斷，因此在檢測(cè)過程中需時(shí)刻對(duì)鋼筋的型號(hào)、砂漿的配比及施工工藝進(jìn)行詳細(xì)的了解與跟蹤。