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锚杆锚固质量无损检测技术探讨

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摘要:在地下工程中锚杆支护已经获得广泛应用,采用锚杆对围岩进行锚固,而锚杆锚固质量的优劣直接影响着洞室的安全。因此采用何种方法检测锚杆锚固的质量,确保工程质量,是近年来很多专家学者研究的课题。文章结合工程实例采用声波反射法对锚杆长度和锚固密实度进行检测,总结锚杆无损检测经验,探讨其今后发展方向。

关键词:锚杆;锚固质量;无损检测技术

1基本原理和工程概况

通过在锚杆端头施加一个激振力产生应力波,应力波沿杆体向锚杆底端传播,在传播过程中遇到波阻抗变化界面时就会产生反射和透射应力波。通常砂浆充填不均匀或不密实、杆体材质发生变化等均可产生波阻抗的变化,然后采集和分析反射波的传播时间、幅值和波形特征。通过对信号进行处理和分析,就能判断锚杆长度和注浆密实度的情况,从而评定锚杆的锚固质量。广东某抽水蓄能电站,枢纽工程主要由上水库、下水库、输水发电系统及地下厂房洞室群等辅助工程等组成。为确保大跨度地下厂房顶拱的施工安全,控制围岩变形,采用全长粘结性锚杆进行支护,工程锚杆总数约为8万根左右,锚杆设计直径主要有φ25mm、φ28mm两种,锚孔直径分别为42mm、50mm、54mm,锚固砂浆强度为M30,设计长度主要有3~11m。

2锚杆模拟试验

为积累工程锚杆的检测经验,获得真实可靠的对比数据,现场先选用该工程具有代表性的锚杆类型进行模拟试验,模拟试验分为室内锚杆试验和现场模拟锚杆试验:其中室内模拟锚杆试验3根,采用内径与锚杆孔径相同的PVC管,将外径略小于PVC管的内空软橡胶胶管套在设计不密实段的杆体上,两端用铁丝扎紧防止浆液渗入;现场模拟锚杆共11根,在通风洞风机室洞室侧壁施工,采用先注浆后安装锚杆方式进行,缺陷位置采用内空软橡胶管套在锚杆杆体上,两端用铁丝扎紧防止浆液渗入。模型锚杆试验分别在注浆后3天、7天、14天和28天龄期进行了测试试验,根据不同龄期实测的曲线和实际缺陷类型进行对比。

3工程锚杆

现场检测由于工程的特殊性,很多部位不允许进行抗拔试验,只能进行无损检测。现场检测时接收传感器的安装和激振是关键环节,直接影响到采集信号的质量好坏,应在工程检测初期通过现场试验来确定。经过大量的现场试验,本工程锚杆检测时传感器宜安装在锚杆杆头侧边,使用强磁和橡胶泥同时固定,并用扎带勒紧传感器,传感器轴心与锚杆轴线平行。在激振方式的选择上,推荐使用仪器自带的超磁致伸缩声波震源,激振点应选择在杆头靠近中心位置,端发侧收采集到的信号最佳。现场检测存在的问题主要有:

(1)杆底反射信号不清晰或难以测得,主要是受锚杆长度、激振波波长、周围岩体等多重因素的影响,应力波在锚杆锚固体系中传播时能量衰减较快。少数信号可以通过增加激振波波长和指数放大来找到杆底信号,对锚固密实度质量等级的评判带来较大难度。但这往往是锚杆锚固质量较好的体现,若杆底反射信号清晰可见反而说明锚杆锚固质量较差,在质量等级评判时应给予适当考虑。

(2)外露长度较长的岩锚梁锚杆检测问题。本工程岩锚梁锚杆总长度在10m以上,外露长度最长可达到2m左右,围岩岩性都比较好,受锚杆外露长度过长的影响,反射波无法传递到杆底,容易造成误判。结合本工程实例可将传感器安装在锚杆孔口位置,尽量减少外露段的影响,获取可分析的检测信号。

(3)锚杆缺陷位置可依据时域反射波法和幅频域频差法确定。但对于锚固不密实段长度的确定没有定量的分析方法,只能靠分析人员估算,人为因素较大,而其直接影响到锚固密实度的计算和质量评定。(4)目前锚杆无损检测无法对实测信号复杂、不能与标准图谱对应的锚杆进行锚固质量的评判,可根据锚杆和锚杆信号的类型进行分类,结合抗拔试验综合判定。

4结束语

总之,锚杆支护大量应用于地下工程,锚固质量的好坏对地下工程而言至关重要,而对锚杆无损检测提出了更高的要求。锚杆无损检测具有现场操作简单、检测效率高等优点,也存在一定的不足之处,在工程中如何扬长避短,在提高其检测质量的前提下充分发挥快速灵活的特点,其应用前景将十分广阔。

参考文献:

[1]王军民,陈义群,陈华.高速公路锚杆锚固质量无损检测技术研究[J].地球物理学进展,2004,(4):782-785.

[2]刘海峰,杨维武,李义.全长锚固锚杆早期锚固质量无损检测技术[J].煤炭学报,2007,32(10):60-63.

[3]王猛.应力波锚杆锚固质量无损检测技术实验研究[D].太原理工大学,2012.

[4]赵文婷,吴耀欢.钢结构工程焊缝无损检测技术研究[J].工程技术研究,2017,(3):60-61.

作者:郑伟文 单位:广东天信电力工程检测有限公司

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