錨桿錨固質(zhì)量檢測及應(yīng)用
摘 要:針對瀑布溝地下廠房工程系統(tǒng)錨桿施長徑大長徑比為(200~400),在采用抗拉拔力不能檢測錨桿水泥砂漿灌注飽滿的情況下,應(yīng)用聲頻應(yīng)力波方法檢測錨桿水泥砂漿灌注的飽滿度和長度,對錨桿施工質(zhì)量進行有效檢測,取得了較好的效果。
關(guān)鍵詞:錨桿 質(zhì)量控制 注漿 水泥砂漿
1 前言
在地下洞室開挖施工過程中,隨著開挖施工的進行,山體圍巖整體性被破壞,圍巖應(yīng)力釋放,加之圍巖自身存在的破碎帶,表面風(fēng)化,夾泥層等缺陷,極其容易產(chǎn)生坍塌現(xiàn)象。因此在洞室施工中通常采用錨桿對圍巖進行錨固,開挖巖石面噴射混凝土來抑制巖石表層繼續(xù)風(fēng)化。通過以上措施提高圍巖整體承載力,抑制坍塌現(xiàn)象。但錨桿錨固質(zhì)量的優(yōu)劣對能否圍提高巖整體承載力有著直接影響,是錨桿能否按設(shè)計要求起作用的重要指標(biāo)。采用何種手段檢測錨桿的錨固質(zhì)量,國內(nèi)外學(xué)者一直在進行研究。傳統(tǒng)的測試方法是用抗拉拔力來檢測錨桿的錨固質(zhì)量,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在三峽水電站和龍灘水電站開始應(yīng)用聲頻應(yīng)力波法來檢測錨桿錨固質(zhì)量。
采用抗拉拔力作為檢測指標(biāo)時,國內(nèi)外試驗研究表明:對于高強螺紋錨桿,當(dāng)錨固長度達到錨桿直徑的42倍時,握裹力不再隨著錨桿長度的增加而增加,并且無法判斷水泥砂漿灌注飽滿與否。采用聲頻應(yīng)力波法檢測,能夠判斷水泥砂漿灌注飽滿程度和錨桿長度。
在瀑布溝水電站地下廠房工程中,系統(tǒng)錨桿為全長黏結(jié)型,錨桿長度與直徑比在200~400之間,水泥砂漿灌注的飽滿度是檢測錨桿質(zhì)量的一項重要指標(biāo)。因此,瀑布溝地下廠房工程中的錨桿質(zhì)量檢測使用應(yīng)用聲頻應(yīng)力波法原理生產(chǎn)LX-10E錨桿質(zhì)量檢測儀,該儀器能夠判斷錨桿長度和錨桿水泥砂漿灌注的飽滿程度。
2 星火牌錨桿質(zhì)量檢測儀測試原理
當(dāng)水泥砂漿灌注后,錨桿、砂漿和圍巖組合為一個體系。對錨桿進行檢測時,從錨桿端部發(fā)射的聲波,經(jīng)錨桿體向四周傳播,在錨桿與砂漿及圍巖的接觸界面上發(fā)生入射、反射和透射。當(dāng)桿中某一截面面積或材料性質(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)。錨桿、砂漿、和圍巖三者之間澆灌均勻密實時,應(yīng)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(dāng)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(yīng)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。
3 星火牌錨桿質(zhì)量檢測儀的組成
錨桿質(zhì)量檢測儀由大功率聲波發(fā)射接收系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理軟件系統(tǒng)構(gòu)成。采用新型超磁致伸縮材料發(fā)射換能器,保證每次發(fā)射信號的一致性好,發(fā)射功率可調(diào)節(jié),可適應(yīng)測量不同長度錨桿的要求。接收換能器結(jié)構(gòu)精致,外形似指頭細小,其靈敏度高,接收頻帶寬。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣精度為24bit,接收帶寬為400Hz~10kHz,采樣長度為0.5k~64k,時間精度zui小可達0.1us,信號采用差分輸入,可抑制交流干擾,zui多可選4個通道同時進行采集,可運用相關(guān)分析辦法提取信號特征。自帶數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),能對采集信號進行實時處理,進行頻譜分析、數(shù)字濾波、微積分處理、能量均衡、波形平滑、指數(shù)放大和剔除直流分量等處理功能。
數(shù)據(jù)后處理軟件是針對LX-10E錨桿質(zhì)量檢測儀專門開發(fā)的配套軟件,軟件界面友好,操作簡潔,功能強大。主要功能有錨桿儀與微機間的數(shù)據(jù)傳輸,串行通信;坐標(biāo)軸填充波形顯示、錨桿長度標(biāo)定;零相位濾波;歸一化處理;砂漿飽和度(密實度)的計算;反褶積處理;時頻小波多尺度分析;高階統(tǒng)計量分析等。
4 星火牌錨桿質(zhì)量檢測儀的應(yīng)用
在瀑布溝地下廠房工程中檢測錨桿灌端,在其端部安放發(fā)射裝置和接收換能器,測試方式為端發(fā)端收。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。檢測時如果端部表面有水泥漿,應(yīng)將水泥漿液清除后再安放發(fā)射裝置和接收換能器,保證發(fā)射裝置和接收換能器表面與錨桿斷面*接觸。否則將影響測試結(jié)果的準確性。
5 錨桿的模擬試驗
為真實可靠的檢測錨桿長度和水泥砂漿灌注的飽滿程度,現(xiàn)場進行了模擬試驗。模擬試驗在地下廠房尾閘室頂拱進行,按照試驗大綱要求,分別按灌注飽滿度為100%,75%,50%制作試驗錨桿,鉆孔深度為8米,錨桿外露1米制做試驗錨桿,錨桿端面應(yīng)平整,不能有凹凸不平現(xiàn)象(錨桿制作要求見圖1~圖4)。待水泥砂漿達到齡期后采用LX-10E錨桿質(zhì)量檢測儀檢測錨桿長度和注漿飽滿度,從檢測結(jié)果(圖5~圖8)分析得出:LX-10E錨桿質(zhì)量檢測儀能夠反映錨桿長度和注漿飽滿度,其誤差在5%以內(nèi)。
6 結(jié)語
在瀑布溝水電站地下廠房工程中,為了有效檢測錨桿的錨固質(zhì)量,使用LX-10E錨桿質(zhì)量檢測儀對錨桿質(zhì)量進行檢測。該儀器利用聲頻應(yīng)力波在不同波阻抗面反射的能量和相位的變化原理,采用特殊的聲波發(fā)射和接收裝置,能夠反映錨桿的真實質(zhì)量情況。與傳統(tǒng)的拉拔試驗相比,能夠快速檢測錨桿質(zhì)量,判斷錨桿水泥砂漿的飽滿程度,并且對錨桿不產(chǎn)生傷害。
作者簡介:
張愛平(1983- ),男,甘肅民勤人,北京天地星火科技發(fā)展有限公司總,工程師,從事建筑、工程施工技術(shù)及儀器儀表的研發(fā)生產(chǎn)。