锚杆无损检测在水利水电工程中的应用探讨

毛卓良

（浙江华东建设工程有限公司，浙江 杭州 310014）

0 引言

锚杆无损检测技术凭借着自身的应用优势，至今已经在诸多工程中得到了广泛应用。但从目前来，其在实际应用的过程中仍然面临一定的不利因素，对于其实际应用质量的提升起到了一定的制约作用，基于此，有必要对其展开更加深层次的探索。

1 锚杆施工质量合格标准与规定

评判依据《水电水利工程锚杆无损检测规程（DL/T 5424—2009）》。

（1）单根锚杆施工质量合格评定标准，见表1。

（2）单项或单元工程锚杆施工质量合格评定标准，见表2。

表2 单项或单元工程锚杆施工质量合格评定标准

2 工程案例

锚杆是隧洞以及边坡支护工程中比较关键的部分，直接影响着工程整体的建设质量，笔者立足于某工程的实际情况对该水利水电工程中对于锚杆无损检测技术的应用进行了详细探索，该工程的输水线路总长度为2.34km，基本上都属于输水隧洞。该工程有着较长的输水隧洞线路，与此同时其工程地质还呈现出较为复杂的特点，其围岩大多都属于Ⅲ类，其中Ⅰ-Ⅱ类围岩在全洞长中有26%的占比，而Ⅲ类围岩在全洞长中有50%的占比，Ⅳ类围岩在全洞长中有16%的占比，Ⅴ类和不成洞段在全洞长中有8%的占比。本工程施工锚杆总数达到31567 根。在该工程中，其隧洞内有着相对较为复杂的环境条件，与此同时，其地下水系的情况还会呈现出极为多变的状态，锚杆处在这种较为复杂的环境条件中有极大的可能性会出现锈蚀问题，这便会使锚杆锚固体系本身所具有的锚固作用出现降低的现象，进而对于隧洞支护的安全性产生严重的不利影响。因此，相关工作人员要加强开展锚杆锚固质量控制工作。

3 锚杆无损检测的依据和方法

3.1 依据

在砂浆锚杆施工质量方面，砂浆灌注的饱满度对其有着直接的影响，在传统的检测工作中，大多会使用拉拔试验方法对锚杆施工质量进行检测，但拉拔试验在实际应用的过程中仍存在一定的不利因素，无法实现对于锚杆质量更加精确的评定，即便是锚杆本身的抗拔力比设计值要大，也无法实现对于锚杆注浆饱满程度以及锚杆长度的精确评定[1]。经过相关调查研究试验发现，对于高强螺纹锚杆来说，若是锚杆本身所具有的有效锚固长度与锚杆直径的42 倍相符，那么锚杆的抗拔力将不会随着锚杆长度的增加而得到加强。通常情况下，在水利水电工程中所涉及的锚杆长度都为直径的100~400 倍，所以相关工作人员应当采用在充分明确锚杆抗拔力试验和锚杆无损检测技术优势特点的基础上优化选择适当的方式，进而展开相应分析以及评价工作。

锚杆支护一般使用水泥砂浆、化学锚固剂或树脂作为锚杆锚固剂。当锚固剂凝固后，锚固剂与锚杆紧密握裹，可近似看作是嵌入围岩的一维杆状体。

表1 单根锚杆锚固质量无损检测分级评价

在一维弹性杆件体系中，应力波从一种介质向另一种介质传播时，其波阻抗比n 用式（1）计算：

式中：ρ-杆件材料密度，kg/m3；Vc-杆件中应力波传播速度，m/s；A-杆件的横截面积，m2。

从式（1）可知，在锚杆的顶端施加一个初始扰动时，就产生应力波并沿杆体传播。在锚杆底端和锚杆饱满度较差的部位，由于存在波阻抗界面，将产生反射波。通过分析所检测反射波的旅行时间、波幅、频率、相位和能量，可以判定锚杆的长度和饱满度及其不饱满位置。

3.2 方法

对于锚杆锚固质量检测方法来说，其主要涉及两部分内容，分别为锚杆无损检测以及锚杆拉拔试验检测。其中锚杆拉拔试验主要是为了能够实现对于锚杆拉拔力的检测，而锚杆无损检测方法的应用则是重点开展对于锚杆长度以及注浆密实度的检测工作。一般来说，锚杆拉拔试验会针对隧道拱腰附近的锚杆展开相应的检测工作，其本身对于锚固体系来说存在着一定的破坏性，与此同时，其所应用的检测仪器还存在着较为笨重以及操作困难等特点，所以在实际应用的过程中面临着较大的局限性，而相对于锚杆拉拔试验来说，锚杆无损检测方法在应用的过程中有着更加快速和方便的特点，能够更加高质量解决锚固质量相关问题，以便于能够对整个隧洞中所具有的锚杆锚固质量展开更加客观和全面的分析。

4 水利水电工程建设中锚杆无损检测的应用要点及注意事项

4.1 注意事项

在实际开展锚杆无损检测工作之前，相关工作人员应当对工程隧洞所具有的地质情况、锚杆类型以及所应用的施工工艺等资料展开更加全面的收集工作，在正式进行检测工作的时候，则应当对锚杆外露段表面浮渣进行仔细清理，锚杆断面应当进行有效敲击或者是磨平，并保障传感器轴心能够同锚杆轴线之间呈现出平行的状态。在进行小锤击震的时候，应当采用快速敲击的形式。技术人员在进行击震的过程中应当尽可能避免同接收传感器相接触，有效减少噪声振动等干扰现象，其测试通道采集波形应当能够展现出大概一致的特点，与此同时其波形需要光滑并且不存在毛刺[2]。

4.2 应用要点

对于水利工程建设来说，锚杆无损检测技术作为一种高效的检测手段，是其中不可或缺的组成部分，与此同时，其在实际应用过程中也面临着较高的要求，不仅要求其检测结果的精确性，同时还需要体现出其在进行问题检测方面的及时性。所以，为了能够切实展现出锚杆无损检测技术的科学性和实效性，则要对其应用的要点展开更加详细的了解和分析。针对锚杆的无损检测技术应用主要指的是在正式进行锚杆施工的时候对其所开展的实时动态的跟踪检测工作，这样一来便能够帮助工作人员对于锚杆当下所存在的各方面问题产生更加明确的认识，以便于第一时间采取妥善的处理措施，对其进行针对性的完善和修正。

除此以外，对于锚杆的注浆的实际情况来说，其实际情况会受到诸多种因素的影响，其中黏结程度，也会对其产生一定程度的影响。若是波振的种类以及振波的接收方式存在不同，那么其在波形特征、衰减度以及频率方面也会呈现出一定的差异性，对相关数据展开深入研究之后便能够在此基础上对锚杆内部实际的注浆饱满情况产生更加明确的了解。一般情况下来说，若是锚本身的饱满度较高，那么其所检测出来的波形将会体现出一定的规则性，与此同时还有这反射杂波小、频率高、衰减较快以及相对振幅小的特点。但若是锚杆内注浆饱满度存在欠缺，便能够对反射时展开具体的测量和计算工作，最终获取锚杆内具体的缺陷位置以及缺陷的实际长度，进而对锚杆内部具体的注浆状况产生更加具体和明确的认识[3]。

在经过现场试验得到锚杆的具体波形之后，在对其展开具体的数据分析工作时，应当先运用频谱分析对其具体的分布情况进行查看。因为外界的干扰将会对测试信号本身产生较为严重的影响，所以在滤波的时候应当选择具有主频特征以及与其锚固主频相近的峰值作为中心频率，接下来在两边适当的位置出对应频率最为高、低通滤波，经过滤波之后的波形基本上同原波形相一致，若是波形因缺陷引起的多个主频，需要对这些信号进行保留，同时将其作为重要的依据，对相应的缺陷位置进行判断。锚杆的长度主要指的是杆体底部所具有的反射信号计算的杆长，主要采用干体中的反射信号精确开展对于缺陷位置的合理计算工作，基于此，务必要合理开展对于反射波信号性质的判断工作，这样一来便能够为更加精确检测锚杆长度奠定坚实的基础。要注意的是，在实际检测的过程中，若是锚杆各部分的密实度之间存在较大的差异性，那么锚杆不同部分所具有的波速也会存在较大的不同，如果采用平均声速对杆长进行计算势必会出现较大的误差，最终也会导致其所计算出的锚杆长度存在误差现象。

5 结论

综上所述，优化采用锚杆无损检测技术，能够高质量完成对于锚杆长度以及注浆密实度等的高效检测工作，并且可以切实保障检测结果的精确性，对于水利工程整体质量的提升有积极的促进作用。因此，相关工作人员要加强对于该方面内容的重视，进而切实提升其应用的实效性。