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　　錨桿支護被廣泛應用在高邊坡護理、地下洞室及隧道支護等工程，錨桿的施工質(zhì)量直接影響著邊坡或洞室的安全穩(wěn)定。錨桿支護是通過錨入圍巖內(nèi)部的錨桿改變圍巖本身的力學狀態(tài)，將圍巖中一定范圍巖體的應力狀態(tài)由單向（或雙向）受壓轉(zhuǎn)變?yōu)槿蚴軌?，從而提高其環(huán)向抗壓強度，使壓縮帶既可承受其自身重量，又可承受一定的外部載荷，使其有效地控制圍巖變形。

 

　　錨桿施工屬于隱蔽工程，全長粘結(jié)砂漿錨桿握裹水泥砂漿的灌注飽滿與否是錨桿能否按設(shè)計要求起作用的重要指標。傳統(tǒng)的錨桿錨固質(zhì)量主要通過設(shè)計、施工、試驗和驗收等過程進行控制。試驗主要是進行材料試驗和錨桿抗拔力試驗。據(jù)有關(guān)研究結(jié)果表明，當錨桿握裹長度達到42倍錨桿直徑時，其握裹力已達到錨桿材質(zhì)極限抗拉強度，握裹力不再隨錨桿長度的增加而增加。金沙江溪洛渡水電站工程錨桿的長徑比達到了180~375，因此錨桿拉拔力試驗無法全面、客觀地反映錨桿整體施工質(zhì)量狀況，特別是難以反映錨桿的錨固密實度。采用聲頻應力波對錨桿的錨固質(zhì)量進行無損檢測，能夠?qū)﹀^桿的錨固質(zhì)量作出較全面的評價[1]。本文結(jié)合金沙江溪洛渡水電站天然邊坡處理工程錨桿錨固質(zhì)量無損檢測結(jié)果，探索了聲波錨桿無損檢測技術(shù)的可行性，同時也為如何應用無損檢測技術(shù)快速檢測錨桿錨固質(zhì)量，提供了可借鑒的方法與經(jīng)驗。

 

 

　　當工程錨桿構(gòu)件的尺寸為圓柱體且其直徑d遠遠小于其長度L時，即L﹥﹥d，加之錨固體中的彈性波傳播速度遠大于其圍巖（或土體）的波速，所以錨桿可以作為一維桿件的波動理論分析處理。錨桿中傳播的一維彈性波動方程可以表示為：

 

　　式中，u為截面的縱向位移；x、t為空間、時間坐標；γ為錨桿周圍介質(zhì)的阻尼系數(shù)；S、E分別表示錨桿的截面積及錨桿材料的彈性模量；C為錨桿的縱波波速；，ρ為錨桿材料的質(zhì)量密度。在小阻尼情況下，式（1）的解可近似簡化為：

 

　　式中，γ/2sρ為衰減因子，w為無阻尼條件下的圓頻率。由式（2）可見，波在傳播過程中幅值隨傳播時間的增加按指數(shù)規(guī)律衰減；當γ值不變時，S值或ρ值愈小則波幅值隨時間衰減愈快。在由錨桿、混凝土砂漿和圍巖組成的體系中，由錨桿端部發(fā)射的聲波經(jīng)桿體向四周傳播，在錨桿與砂漿、砂漿與圍巖等界面發(fā)生入射、反射和透射。入射波應力為σi反射波應力σr與透射波應力σt之間的關(guān)系分別為：

 

　　式中，波阻抗Z=ρcA，ρ、c、A分別為介質(zhì)的密度、聲速和截面積。

 

　　從上述可以看出，當桿中某一截面面面積或材料性質(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(guān)。與變截面桿相類似，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)量并為其分級。

 

 

　　檢測方法有很多種，最常用的檢測方法是利用錨桿的螺紋鋼外露端，在其端部安放發(fā)射裝制和接收換能器。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。溪洛渡水電站工程錨桿的質(zhì)量判斷是根據(jù)《水利水電物探規(guī)程》（SL326-2005）及《金沙江溪洛渡水電站錨桿無損檢測工作實施細則》（溪工建技【2008】107號）的要求：①抽檢比例：按作業(yè)區(qū)200根為1組（不足200根按1組計），由監(jiān)理工程師根據(jù)實際情況隨機指定抽查。抽查比例不得低于錨桿總量的3%，每組不得少于6根。②評判標準：單根錨桿注漿密實度大于80%，且錨桿桿體孔內(nèi)長度大于設(shè)計長度的95%為合格。當同一部位錨桿抽查合格率大于80%，且最低注漿密實度不低于70%，最低錨桿孔內(nèi)長度不低于90%時，認為抽查作業(yè)分區(qū)錨桿合格。當合格率小于80%時，將抽查比例增大至6%，如合格率仍小于80%時，對作業(yè)分區(qū)內(nèi)錨桿全部檢測，對不合格的錨桿重新施工。

 

 

　　必須指出，模型實驗是解決錨桿錨固質(zhì)量聲波檢測的不可缺少的一個環(huán)節(jié)。模型實驗的結(jié)果一方面可以檢驗理論正演結(jié)果的正確性，另一方面還可以補救理論研究工作的不足。更有益者，當模型實驗的工作量大到一定程度時，我們可以建立起標準圖庫，利用模式識別和神經(jīng)網(wǎng)絡技術(shù)來處理解釋實測資料，這種辦法也是解決錨桿錨固質(zhì)量無損檢測的一種途徑?？傊?，模型實驗會給錨桿錨固質(zhì)量的無損檢測工作帶來很多好處[5]。

 

 

　　溪洛渡水電站左岸天然邊坡總處理面積約95507m2，邊坡高陡，最大高度在110m左右，邊坡坡比基本在1：0.3~1：0.5之間，施工難度大，邊坡上危巖體、雜草、碎石和松動石塊分布較多。合同工程錨桿約5萬根，長度分別為4.5m、6.0m、9.0m和12.0m，工程系統(tǒng)錨桿呈梅花形布置，錨桿間排距為1.5m×1.5m，設(shè)計外露長度為15cm，砂漿強度等級M20。下面截取溪洛渡工程實際檢測中的一些典型波做以分析。當應力波在有缺陷的空漿錨桿中傳播時，空漿段反射波很弱，這是因為空漿段一般為空氣，介質(zhì)相對均勻；當砂漿有局部缺陷時，圍裹在鋼筋周圍的介質(zhì)不均勻，將產(chǎn)生強烈的反射波信號或者引起該部位波形畸變；在鋼筋底端，由于鋼筋、砂漿和巖石三者的波阻抗有明顯的差別，因此，反射波信號一般較明顯。一般施工中，下斜或者水平孔的孔底都存在少量的殘渣，朝天孔或者上斜孔孔底存在少量的空氣。

 

 

　　通過對模型錨桿和溪洛渡水電站工程錨桿進行大量的無損檢測試驗與研究，說明：利用聲頻應力波在不同波阻抗界面發(fā)生發(fā)射的原理檢測錨桿錨固質(zhì)量是有效和可行的。除其檢測試驗時間短，對錨桿無損傷等優(yōu)點外，還能夠?qū)﹀^桿長度、缺陷位置以及砂漿密實度等參數(shù)作出定量評價，為工程建設(shè)提供了更好的質(zhì)量保障，同時也為如何應用無損檢測技術(shù)快速檢測錨桿錨固質(zhì)量，提供了可借鑒的方法與經(jīng)驗。