摘要：錨桿支護(hù)是提高巖土工程穩(wěn)定性的一種最經(jīng)濟(jì)有效的方法。具有施工簡(jiǎn)便，成本低廉，安全迅速等顯著優(yōu)點(diǎn)，引起礦業(yè)和巖土工程界的廣泛關(guān)注，并且十分迅速地得到大范圍的推廣應(yīng)用。本文針對(duì)深基坑工程噴錨支護(hù)錨桿無(wú)損檢測(cè)進(jìn)行了探討。
錨桿無(wú)損檢測(cè)的理論基礎(chǔ)和方法更接近一維波動(dòng)方程的假設(shè)條件。應(yīng)力波檢測(cè)法不會(huì)對(duì)錨桿產(chǎn)生破壞作用，適宜對(duì)錨桿進(jìn)行大面積的質(zhì)量檢測(cè)，研究和應(yīng)用錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)十分必要和具有重要意義。
1工程試驗(yàn)概況
1.1工程概況
某博物館工程位于廣東江門(mén)，擬建物為1棟地上地下各2層的經(jīng)營(yíng)用房及博物館，擬采用框架結(jié)構(gòu)、獨(dú)立基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)地下室底標(biāo)高-6.7m，場(chǎng)地標(biāo)高3.40～6.03m，基坑周長(zhǎng)約326m，基坑開(kāi)挖深度約10.0m。
擬建場(chǎng)地地形平坦，地貌類型為剝蝕斜坡，后經(jīng)人工整平。基坑開(kāi)挖深度范圍內(nèi)地層共有4層：①雜填土：層厚0.6～3.0m；②中粗砂：層厚0.5～2.8m；③強(qiáng)風(fēng)化花崗巖：厚3.5～5.1m；④微風(fēng)化花崗巖：揭露層厚3.7～4.8m。
1.2錨桿無(wú)損檢測(cè)試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)
1.2.1檢測(cè)原理
在錨桿端部豎向激振，彈性波沿著桿體傳播，其周圍水泥漿存在明顯波阻抗界面時(shí)將產(chǎn)生反射波。因此，通過(guò)附在鋼筋孔口處或水泥漿上的加速度傳感器檢測(cè)彈性波的傳播和反射信號(hào)，經(jīng)接收、放大和數(shù)據(jù)處理，可識(shí)別來(lái)自不同部位的反射信息，據(jù)此分析缺陷位置，評(píng)價(jià)水泥漿的完整性以及施工錨桿的長(zhǎng)度。該理論及方法已廣泛地應(yīng)用于工程基樁測(cè)試，形成了較為完善的硬件和軟件系統(tǒng)。
1.2.2檢測(cè)儀器及設(shè)備
本工程采用成都工程檢測(cè)研究所研制的最新產(chǎn)品ZK7E便攜式智能測(cè)樁儀。該儀器為目前國(guó)內(nèi)較為先進(jìn)的樁基檢測(cè)小應(yīng)變儀器，它具有體積小、精度高、攜帶方便等特點(diǎn)，是目前較為理想的樁基檢測(cè)儀器。
1.2.3試驗(yàn)錨桿分類及儀器安裝
共制作4根試驗(yàn)錨桿，分別編號(hào)為1～4。
1.3錨桿無(wú)損檢測(cè)試驗(yàn)過(guò)程
(1)試驗(yàn)錨桿位置
試驗(yàn)錨桿設(shè)置選取在基坑南面邊坡，錨桿編號(hào)東側(cè)為1號(hào)，西側(cè)為2號(hào))及西面邊坡，錨桿編號(hào)北側(cè)為3號(hào)，南側(cè)為4號(hào))第2層，制作水泥漿完整錨桿、帶缺陷試驗(yàn)錨桿共4根(2-2斷面2層錨桿2根，4-4斷面2層錨桿2根)，灌注水泥漿1周待其凝固，采用應(yīng)力波反射法進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，測(cè)試其錨固體飽滿度及施工錨桿長(zhǎng)度，用于深基坑工程的信息施工。
(2)缺陷試驗(yàn)錨桿制作
選取長(zhǎng)12m(2號(hào)錨桿)、15m(4號(hào)錨桿)各1根錨桿鋼筋，在錨固端綁扎長(zhǎng)度10cm、厚度10cm的塑料泡沫來(lái)模擬空腔缺陷，綁扎位置提前設(shè)計(jì)好，為防止在插筋過(guò)程中被孔壁卡住或摩擦掉落，用水泥編織袋碎片包裹，成孔、插筋后，用白油漆標(biāo)注編號(hào)，以便于識(shí)別。
(3)現(xiàn)場(chǎng)錨桿測(cè)試
試驗(yàn)錨桿制作養(yǎng)護(hù)1周后，安裝儀器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。測(cè)試中應(yīng)注意的問(wèn)題：
?、偌铀俣葌鞲衅鞯陌惭b。加速度傳感器與錨桿的耦合是非常重要的。若安裝方式不當(dāng)，將會(huì)引起寄生振動(dòng)；粘結(jié)狀態(tài)不好，將會(huì)降低傳感器的安裝諧振頻率，嚴(yán)重的還制約加速度傳感器的有效使用頻率，使測(cè)試失敗。本試驗(yàn)在鋼筋或水泥漿表面打磨成平面，去除浮漿膜、灰塵，用101高強(qiáng)膠體粘結(jié)，安裝實(shí)踐證明效果良好。
?、谑酌}沖的沖擊。首脈沖的好壞對(duì)錨桿錨固質(zhì)量的評(píng)價(jià)有著直接的影響。理想的首脈沖應(yīng)為半正弦波，且無(wú)反沖現(xiàn)象。要獲得這一理想的首脈沖，可以從以下幾個(gè)方面著手：一是傳感器的安裝位置一定要適合，以獲得最小反沖甚至無(wú)反沖；二是傳感器的耦合質(zhì)量一定要高，不能降低其工作頻范；三是敲擊時(shí)落錘要落到實(shí)處，動(dòng)作干脆利落，以盡量使首脈沖狹窄且符合半正弦規(guī)律。
③每根錨桿反復(fù)測(cè)試多次，直至3個(gè)波形大致重復(fù)為止。
2試驗(yàn)曲線分析
2.1試驗(yàn)時(shí)域曲線采集及分析
(1)1號(hào)錨桿，完整性好，水泥漿飽滿無(wú)缺陷，長(zhǎng)度12m，實(shí)測(cè)波形。
測(cè)試結(jié)果可以看出，實(shí)測(cè)樁長(zhǎng)12.299m，長(zhǎng)度測(cè)試誤差為+2.49%。在錨固體的底端，錨桿軸向廣義波阻抗減小，故反射系數(shù)小于0，底端反射與初始波反相。由于反射波被傳感器接受的方向是反射波再一次在桿頂?shù)姆瓷洌时粋鞲衅饔涗浀腻^桿底反射波與入射波同相。波形規(guī)則，振幅能量呈指數(shù)衰減，應(yīng)力波在錨桿全長(zhǎng)內(nèi)基本無(wú)反射。應(yīng)力波在錨固體中的雙程走時(shí)t=2L/C=0.03155s。入射波、巖層阻力及錨桿底反射波特征均與實(shí)際情形較好地吻合。
(2)3號(hào)錨桿，完整性好，水泥漿飽滿無(wú)缺陷，長(zhǎng)度15m。
可以看出，測(cè)試長(zhǎng)度15.153m，長(zhǎng)度測(cè)試誤差+1.0%。由于使用了鐵錘敲擊，提高了荷載力，波速有所提高，應(yīng)力波在錨固體中的雙程走時(shí)t=2L/C=0.0168s，雖然比1號(hào)錨桿長(zhǎng)度增加，但耗時(shí)卻減少，波形規(guī)則，錨桿內(nèi)端反射波易于判斷。
(3)2號(hào)錨桿，完整性差，水泥漿缺陷距離桿端5.6m，泡沫長(zhǎng)度約10cm，錨桿長(zhǎng)度15m。
可以看出，在錨桿底部反射信號(hào)到達(dá)之前，響應(yīng)曲線的幅值衰減存在畸變(不符合衰減規(guī)律)，存在反射波的疊加，錨固體內(nèi)必存在缺陷。缺陷的性質(zhì)或波阻抗分界面的性質(zhì)決定了反射的極性。
奇次反射信號(hào)和偶次反射信號(hào)均為同相反射，說(shuō)明該處的波阻抗減小，可能由錨固體中水泥漿的空腔原因引起。2號(hào)錨桿缺陷的位置χ0=5.64m，位置誤差±0.04m.從圖3中可以讀出實(shí)測(cè)樁11.78m，測(cè)試誤差為-1.83%.應(yīng)力波在錨固體中的雙程走時(shí)t=2L/C=0.0092s.
(4)4號(hào)錨桿，完整性差，第一個(gè)水泥漿缺陷距離桿端10.0m，第二個(gè)水泥漿缺陷距離桿端12.0m，泡沫長(zhǎng)度約10cm，錨桿長(zhǎng)度15m。
可以看出，缺陷1的位置χ1=10.13m，與預(yù)先綁扎的泡沫位置誤差±0.13m.缺陷2的位置χ2=12.06m，與預(yù)先綁扎的泡沫位置誤差±0.06m，實(shí)測(cè)結(jié)果與預(yù)先設(shè)置方案完全吻合.從結(jié)果可以看出實(shí)測(cè)樁長(zhǎng)14.954m，測(cè)試誤差為-0.31%.應(yīng)力波在錨固體中的雙程走時(shí)t=2L/C=0.0229s.
2.2錨桿無(wú)損檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果分析
(1)注漿密實(shí)無(wú)缺陷的錨桿波形規(guī)則，錨桿桿端反射波易于判斷.彈性波在鋼筋的端部有十分明顯的反射波，且與首波同相位，而在鋼筋的其他部位，波的傳播基本為直線，說(shuō)明當(dāng)鋼筋周圍為均勻介質(zhì)時(shí)，不產(chǎn)生反射波，傳播速度均勻.從圖中可以讀出錨桿長(zhǎng)度、應(yīng)力波到達(dá)頂端、底端時(shí)間、反射處的瞬時(shí)波速以及復(fù)合桿體中的平均波速，波速的大小和變化能夠反映水泥漿的密實(shí)程度情況.
(2)水泥漿存在缺陷的錨桿，波形在缺陷位置存在明顯反射，或出現(xiàn)不規(guī)律波形.砂漿缺陷是指砂漿在鉆孔中某處存在如空漿、不飽滿或欠密實(shí)或輕微離析等.當(dāng)曲線中某段的波形出現(xiàn)嚴(yán)重的衰減時(shí)，則判斷為空漿，是因?yàn)榭諠{段一般為空氣，介質(zhì)相對(duì)均勻，空漿段反射波很弱；當(dāng)波形某段反射波振幅時(shí)大時(shí)小時(shí)，則判斷為該段有少量砂漿或者一半漿；當(dāng)砂漿有局部缺陷時(shí)，圍裹在鋼筋周圍的介質(zhì)不均勻，將產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射波信號(hào)或者引起該部位波形畸變，這時(shí)可判斷為局部砂漿不飽滿或者欠密實(shí)或者輕微離析，由于鋼筋、水泥漿和巖石三者的波阻抗有明顯的差別，因此反射波信號(hào)一般較明顯.
(3)將錨桿1號(hào)與2號(hào)、3號(hào)與4號(hào)分別對(duì)比，可以得出結(jié)論：完整性好的錨桿，波形規(guī)則，有規(guī)律，桿頂、桿底反射信號(hào)明顯，與首波信號(hào)同相；水泥漿不飽滿、完整性差或存在缺陷的錨桿，桿體內(nèi)波速時(shí)大時(shí)小，不規(guī)律，嚴(yán)重缺陷處反射明顯，波形產(chǎn)生畸變，幅值衰減嚴(yán)重，由此可以判斷注漿的飽滿程度和缺陷位置.
3結(jié)束語(yǔ)
總之，應(yīng)力波反射法檢測(cè)樁身完整性具有省時(shí)、快捷、簡(jiǎn)便及經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)其現(xiàn)有技術(shù)普及和推廣在保證樁基工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度等方面起到積極的作用。
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