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锚杆锚固质量检测及应用
摘 要：针对瀑布沟地下厂房工程系统锚杆施长径大长径比为（200～400），在采用抗拉拔力不能检测锚杆水泥砂浆灌注饱满的情况下，应用声频应力波方法检测锚杆水泥砂浆灌注的饱满度和长度，对锚杆施工质量进行有效检测，取得了较好的效果。
关键词：锚杆 质量控制 注浆 水泥砂浆
1 前言
在地下洞室开挖施工过程中，随着开挖施工的进行，山体围岩整体性被破坏，围岩应力释放，加之围岩自身存在的破碎带，表面风化，夹泥层等缺陷，极其容易产生坍塌现象。因此在洞室施工中通常采用锚杆对围岩进行锚固，开挖岩石面喷射混凝土来抑制岩石表层继续风化。通过以上措施提高围岩整体承载力，抑制坍塌现象。但锚杆锚固质量的优劣对能否围提高岩整体承载力有着直接影响，是锚杆能否按设计要求起作用的重要指标。采用何种手段检测锚杆的锚固质量，国内外学者一直在进行研究。传统的测试方法是用抗拉拔力来检测锚杆的锚固质量，随着科学技术的发展，在三峡水电站和龙滩水电站开始应用声频应力波法来检测锚杆锚固质量。
采用抗拉拔力作为检测指标时，国内外试验研究表明：对于高强螺纹锚杆，当锚固长度达到锚杆直径的42倍时，握裹力不再随着锚杆长度的增加而增加，并且无法判断水泥砂浆灌注饱满与否。采用声频应力波法检测，能够判断水泥砂浆灌注饱满程度和锚杆长度。
在瀑布沟水电站地下厂房工程中，系统锚杆为全长黏结型，锚杆长度与直径比在200～400之间，水泥砂浆灌注的饱满度是检测锚杆质量的一项重要指标。因此，瀑布沟地下厂房工程中的锚杆质量检测使用应用声频应力波法原理生产LX-10E锚杆质量检测仪，该仪器能够判断锚杆长度和锚杆水泥砂浆灌注的饱满程度。
2 星火牌锚杆质量检测仪测试原理
当水泥砂浆灌注后，锚杆、砂浆和围岩组合为一个体系。对锚杆进行检测时，从锚杆端部发射的声波，经锚杆体向四周传播，在锚杆与砂浆及围岩的接触界面上发生入射、反射和透射。当杆中某一截面面积或材料性质发生改变时，入射波将在该截面处发生反射和透射，其反射和透射波的大小与截面面积和波阻抗相对变化的程度有关。锚杆、砂浆、和围岩三者之间浇灌均匀密实时，应力波的能量大部分透射到围岩体中，只有小部分能量反射回来，且反射信号极有规律。当砂浆浇灌不均匀、密实时，在砂浆中出现空穴，在空穴处将出现不同程度的波阻抗变化面。表现在原有的信号中迭加了强度不同的反射信号，或在不应出现反射波处有反射信号，根据反射波位置和反射信号的强弱，就可以确定锚杆锚固质量。
3 星火牌锚杆质量检测仪的组成
锚杆质量检测仪由大功率声波发射接收系统、数据采集系统和数据处理软件系统构成。采用新型超磁致伸缩材料发射换能器，保证每次发射信号的一致性好，发射功率可调节，可适应测量不同长度锚杆的要求。接收换能器结构精致，外形似指头细小，其灵敏度高，接收频带宽。数据采集系统的采样精度为24bit，接收带宽为400Hz～10kHz，采样长度为0.5k～64k，时间精度zui小可达0.1us，信号采用差分输入，可抑制交流干扰，zui多可选4个通道同时进行采集，可运用相关分析办法提取信号特征。自带数据处理系统，能对采集信号进行实时处理，进行频谱分析、数字滤波、微积分处理、能量均衡、波形平滑、指数放大和剔除直流分量等处理功能。
数据后处理软件是针对LX-10E锚杆质量检测仪专门开发的配套软件，软件界面友好，操作简洁，功能强大。主要功能有锚杆仪与微机间的数据传输，串行通信；坐标轴填充波形显示、锚杆长度标定；零相位滤波；归一化处理；砂浆饱和度（密实度）的计算；反褶积处理；时频小波多尺度分析；高阶统计量分析等。
4 星火牌锚杆质量检测仪的应用
在瀑布沟地下厂房工程中检测锚杆灌端，在其端部安放发射装置和接收换能器，测试方式为端发端收。因为螺纹钢的介质均匀，速度一定，对检测结果比较简单，且信号比较稳定，这大大提高了检测结果的精度和准确性。检测时如果端部表面有水泥浆，应将水泥浆液清除后再安放发射装置和接收换能器，保证发射装置和接收换能器表面与锚杆断面完全接触。否则将影响测试结果的准确性。
5 锚杆的模拟试验
为真实可靠的检测锚杆长度和水泥砂浆灌注的饱满程度，现场进行了模拟试验。模拟试验在地下厂房尾闸室顶拱进行，按照试验大纲要求，分别按灌注饱满度为100％，75％，50％制作试验锚杆，钻孔深度为8米，锚杆外露1米制做试验锚杆，锚杆端面应平整，不能有凹凸不平现象（锚杆制作要求见图1～图4）。待水泥砂浆达到龄期后采用LX-10E锚杆质量检测仪检测锚杆长度和注浆饱满度，从检测结果（图5～图8）分析得出：LX-10E锚杆质量检测仪能够反映锚杆长度和注浆饱满度，其误差在5％以内。
6 结语
在瀑布沟水电站地下厂房工程中，为了有效检测锚杆的锚固质量，使用LX-10E锚杆质量检测仪对锚杆质量进行检测。该仪器利用声频应力波在不同波阻抗面反射的能量和相位的变化原理，采用特殊的声波发射和接收装置，能够反映锚杆的真实质量情况。与传统的拉拔试验相比，能够快速检测锚杆质量，判断锚杆水泥砂浆的饱满程度，并且对锚杆不产生伤害。
作者简介：
张爱平（1983- ），男，甘肃民勤人，北京天地星火科技发展有限公司总，工程师，从事建筑、工程施工技术及仪器仪表的研发生产。
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