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　　在水利水電工程的堤壩、邊坡、隧洞的建設過程中經常需要大量采用噴錨支護技術，錨桿的施工質量的好壞直接影響著洞室或邊坡的安全。然而錨桿的施工屬于隱蔽工程，它的有效長度、砂漿的密實度及砂漿的灌注缺陷越來越受到工程技術人員的關注。傳統的測試方法是用抗拔力來檢驗，但這種方法并不能完全確定其施工質量。試驗證明，當錨固長度達到錨桿直徑的42倍時，握裹力不再隨錨桿長度的增加而增加，工程錨桿的長與直徑比有時達到了200～500，僅用抗拔力來檢驗施工質量是不完善的，因此，必須采用聲頻應力波對錨桿的錨固質量進行無損檢測和抗拔力試驗，才能對錨桿的錨固質量進行很好地分析和評價。工程錨桿主要有錨固型、摩擦型及全長粘結型錨桿三種，《錨桿噴射混凝土支護技術規(guī)范》（GB50086-2001）要求對錨固型和摩擦型錨桿須進行一定數量的原位抗拔試驗，以檢驗錨桿的抗拔力，同時應對錨桿檢查砂漿密實度，且注漿密實度大于75%為合格。因此，在水利水電工程中何檢驗錨固型錨桿的有效錨固長度及注漿密實度是值得我們研究和完善的迫切課題。

 

　　2檢測方法的基本原理

 

　　2.1工作原理

 

　　在護邊坡上與隧洞內的錨桿、混凝土砂漿和圍巖組成的三合一系統中，密實狀態(tài)下的錨固劑凝固后，在錨桿孔中，其與錨桿桿體緊密握裹，可近似為一個組合桿件。又因錨桿與錨固劑的強度明顯大于護邊坡與遂洞的圍巖，故可把其密實組合體近似看作為嵌入圍巖的一維桿狀體。當工程的錨桿構件的尺寸為圓柱體且其直徑d遠遠小于其長度L時，則此錨桿完全可以作為彈性波中的一維桿件理論分析處理。由錨桿端部發(fā)射的聲頻應力波經桿體向里傳播，當遇到存在波阻抗差異的界面（如空洞、錨桿與砂漿等界面），將發(fā)生反射、透射或散射。在實際工程中透射波不易測得，但反射波可在其傳至錨桿頂時，通過固定在錨桿頂部的傳感器(加速度型或速度型)測得，由于反射波攜帶錨固系統內的信息，將其放大、濾波和數據處理，識別來自不同部位的反射信息根據這些反射信息，結合其他工程資料，可判斷錨固系統不同部位的質量類別。

 

　　2.2方法分析原理

 

　　在一維彈性桿件體系中，應力波法是基于一維桿件的波動理論，應力波從一種介質向另一種介質傳播時，根據波在錨桿中傳播的一維波動方程及波在上、下界面處質點位移的連續(xù)條件和力的平衡條件，得出計算公式：波阻抗比；反射系數

 

　　式中Z=ρVcA；ρ：桿件材料密度（kg/m3）；Vc：桿件中應力波傳播速度（m/s）；

 

　　A：桿件的橫截面積（m2），σr：反射波應力σt：透射波應力

 

　　1）當錨固系統沿錨桿軸向某處波阻抗Z減小，即Z1>Z2，則F>0，此時反射波相位與入射波相位相同。

 

　　2）當錨固系統沿錨桿軸向某處波阻抗Z增大，即Z1可以看出，在變截面桿的頂端施加一個初始擾動時，就產生應力波并沿桿體傳播桿中某一截面面積或材料性質發(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。與變截面桿相類似，在錨桿體系中 ，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，在砂漿中出現空穴，在空穴處將出現不同程度的波阻抗變化面。表現在原有的信號中迭加了強度不同的反射信號，或在不應出現反射波處有反射信號，根據反射波位置和反射信號的強弱，分析所檢測反射波的旅行時間、波幅、頻率、相位和能量，可以判定錨桿的長度和砂漿密實度及其位置，就可以確定錨桿錨固質量并為其分級。

 

　　(a)變截面桿中的入射波、反射波和透射波

 

　　(b)錨固體系模型示意圖

 

 

　　3.1儀器設備

 

　　某抽水蓄能電站上庫進出水口護邊坡及a#、b#隧洞的錨桿設計長度為3～6.0m，錨桿長度及砂漿密實度的無損檢測使用岳陽奧成科技公司的HX-GMM-S45C型超磁致聲波發(fā)射震源激發(fā)高能脈沖聲波，用RS-ST01C非金屬聲波檢測儀接收聲波信號，采取在外露鋼筋端部進行端發(fā)端收的觀測方式。超磁致聲波震源系統具有激發(fā)能量強、信號穩(wěn)定、一致性好、可控等優(yōu)點；RS—ST01C非金屬聲波檢測儀具有計時精度高、聲幅準確、分析處理功能全等特點且自帶數據處理系統，能對采集信號進行實時處理；試驗表明檢測錨桿長度在1.5～6.0m間，選擇l00Hz的加速度傳感器比較合適。

 

　　3.2現場檢測條件

 

　?、佻F場檢測可選擇端發(fā)端收、側發(fā)側收或端發(fā)側收，錨桿外露長度宜為0.3m左右，桿頭宜平整、無浮漿。有掛網或噴射混凝土層時，宜將其與檢測的錨桿分開。

 

　　②每一錨桿應重復測試3次，3次信號應基本一致。

 

　　3.3成果分析的評判依據

 

　　根據檢測數據的反射波旅行時間、波幅、頻率、相位和能量的變化特征，結合各種錨桿施工工藝的特點，把錨桿的質量分為四個等級。具體分級評判標準見下表（一）。

 

　　表（一）錨桿無損檢測質量分級評判標準

 

　　錨桿質量等級 評判標準

 

　?、?span id="rflxfbf" class="Apple-tab-span" style="white-space:pre"> 優(yōu) 砂漿密實度≥90%，長度符合

 

　?、?span id="djxdxlb" class="Apple-tab-span" style="white-space:pre"> 良 90%＞砂漿密實度≥80%，長度符合

 

　　Ⅲ 合格 80%＞砂漿密實度≥75%，長度符合

 

　?、?span id="drhlb5b" class="Apple-tab-span" style="white-space:pre"> 不合格 砂漿密實度<75%或錨桿長度比設計值短5%以上

 

　　3.4不同錨固質量類型的錨桿檢測數據曲線分析

 

　　在室內通過彈性波波動理論對錨桿的錨固質量的數據進行處理和分析，根據接收到的彈性波波形特征，對錨桿的錨固質量作出分類評價，其評價標準見上表(一)。 本次測試中各種不同錨固質量類型的錨桿檢測數據代表曲線。

 

　　1檢測波形所對應的的錨桿實際長度為4.51m，測量長度約為4.49m，從圖中可以看出波在錨固系統中衰減較快，且錨桿底端反射微弱，波形最后回歸基線，總密實度>90%，證明該錨桿錨固質量很好。

 

　　2檢測波形所對應的錨桿實際長度為6.92m，測量長度約為6.90m，從圖中可知波在該錨固系統中衰減變慢，且錨桿底端反射明顯，波形最后趨近基線，密實度一般（2.6～5.2m內局部缺漿），證明該錨桿錨固質量一般。

 

　　3檢測波形所對應的錨桿實際長度為5.31m，測量長度約為5.29m，從記錄波形來看，錨桿底端反射不明顯，中間存一個異常信號，缺陷位置在2.8m左右，密實度較好，說明該錨桿錨固質量良好。

 

　　4檢測波形所對應的錨桿實際長度為6.0m，測量長度約為5.99m，從該錨桿的實測記錄波形來看，波在錨桿的錨固體系中衰減很慢，且錨桿底端反射十分明顯，波形難以回歸基線，波形變化規(guī)律與自由錨桿類同。經現場拉拔試驗驗證，抗拔力不符合設計要求，綜合判定該系統錨固質量差。

 

　　4結論

 

　　水利水電工程中的護邊坡與隧洞工程常大量采用錨桿對圍巖進行加固處理，加固好的錨桿質量檢測迫切需要得到很好的解決。通過本工程實驗檢測結果說明聲頻應力波法無損檢測作為一種工程質量檢測手段，不管從原理上和還是從方法上都是可行的，且現場操作簡單，所需人力少、時間短，不影響工程進度，同時能夠定量反映工程錨桿注漿質量，從而為水利水電隧洞和邊坡工程建設提供更好的質量保障。在實際數據采集過程中，影響數據質量的因素較多，應注意如下幾方面：

 

　　1）測試前錨桿端頭是否清理干凈，檢測時盡量減少噪音干擾，還有安裝傳感器的粘接劑不要彈性太好或太厚，同時用扎帶綁牢，以免影響測試信號。

 

　　2）采集信號時選取效果較好的信號存取，所采集的較好信號應該是：a、多次采集的波形重復性好；b、波形光滑，不應含毛刺或振蕩波形；c、波形最后趨近于基線。

 

　　3）對于錨桿灌漿體內部孔洞、裂隙、“蜂窩”等缺陷的探測，可用聲時、幅值、波形、頻譜等參數綜合起來作為判斷的依據；把信號的能量特征與相位特征結合起來考慮，可使判斷更為可靠，從而對錨桿長度及錨固狀態(tài)作出綜合而準確的評判。