水利工程中錨桿檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用探討

方海峰

（合肥市天秤水利工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司 安徽合肥 230000）

水利工程中錨桿檢測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用探討

方海峰

（合肥市天秤水利工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司 安徽合肥 230000）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的進(jìn)一步發(fā)展，水利工程也越來(lái)越多，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中扮演著越來(lái)越重要的角色。一般情況下，水利工程的規(guī)模普遍較大，在對(duì)工程施工的過(guò)程中，需要先進(jìn)技術(shù)為工程整體性的合理運(yùn)作提供有效支撐。在這種條件下，相關(guān)領(lǐng)域研發(fā)的錨桿檢測(cè)技術(shù)，在很大程度上解決了水利工程建設(shè)過(guò)程中存在的諸多問(wèn)題。本文便從錨桿檢測(cè)技術(shù)的原理入手，分析其在運(yùn)用過(guò)程中存在的問(wèn)題，重點(diǎn)研究該技術(shù)在水利工程中的應(yīng)用，最后論述相關(guān)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。

水利工程；錨桿檢測(cè)；應(yīng)用

前言

錨桿檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)前我國(guó)水利工程建設(shè)過(guò)程中不可或缺的一個(gè)主要支撐技術(shù)，在進(jìn)行邊坡支護(hù)時(shí)，該技術(shù)是非常重要的施工手段。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，錨桿施工質(zhì)量會(huì)在一定程度上受到工程現(xiàn)場(chǎng)以及技術(shù)管理等因素的影響，從而產(chǎn)生一些使用問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)錨桿的安全性能產(chǎn)生嚴(yán)重影響。而運(yùn)用錨桿檢測(cè)技術(shù)，便可以對(duì)錨桿進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)錨桿的使用問(wèn)題，便于及時(shí)對(duì)其進(jìn)行修正，從而避免安全事故的發(fā)生。

1 錨桿檢測(cè)技術(shù)的原理

在我國(guó)的水利工程建設(shè)中，錨桿檢測(cè)技術(shù)扮演著非常重要的角色，有著很高的應(yīng)用要求，不僅需要將檢測(cè)的結(jié)果準(zhǔn)確的反映出來(lái)，還需要反映出故障點(diǎn)。對(duì)錨桿進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)的過(guò)程中，主要運(yùn)用的方法是應(yīng)力波反射法，其原理為一維波動(dòng)，具體來(lái)講，就是將混凝土砂漿與錨桿相混合，即所謂的錨固，將其看成是嵌在巖石中的一個(gè)彈性桿件，可以將其定義成一維結(jié)構(gòu)，裝置的軸向位移主要由時(shí)間與錨桿縱向坐標(biāo)兩部分組成，也可以將其看成是一個(gè)二階方程：

式中：U表示的是位移函數(shù)；C表示的是縱波速度；T表示的是時(shí)間；Y表示的是縱向坐標(biāo)[1]。

錨桿會(huì)成為應(yīng)力波的傳播媒介，而應(yīng)力波一旦遇到波阻面便會(huì)發(fā)生反射與透射，在一維彈性桿波動(dòng)理論的支撐下，可以將反射系數(shù)與透射系數(shù)設(shè)為Kt。轉(zhuǎn)換公式如下所示：

式中：Z1是錨桿截面的上波阻力；Z2是錨桿截面的下波阻力。錨桿質(zhì)量檢測(cè)具體如圖1所示。

圖1 錨桿質(zhì)量檢測(cè)

2 錨桿檢測(cè)技術(shù)的問(wèn)題

現(xiàn)階段，錨桿檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于我國(guó)水利工程中，相關(guān)技術(shù)也已經(jīng)日臻完善，但在以下幾方面，仍然存在一些問(wèn)題：

（1）在錨桿抗拔檢測(cè)的過(guò)程中，其所檢測(cè)出來(lái)的結(jié)果實(shí)際上是錨桿整體能力，但無(wú)法檢測(cè)各段能夠承受的能力。另外，在錨固檢測(cè)時(shí)主要進(jìn)行的是基本、蠕動(dòng)、驗(yàn)收等三項(xiàng)測(cè)試，智能確定錨桿在工作過(guò)程中所能夠承受的最大承載力，對(duì)于其他方面的指數(shù)則無(wú)法有效檢測(cè)。

（2）現(xiàn)階段通過(guò)質(zhì)量無(wú)損的方式對(duì)錨桿進(jìn)行檢測(cè)，雖然相對(duì)快速與科學(xué)，檢測(cè)結(jié)果也比較全面，但從我國(guó)當(dāng)前的發(fā)展情況看，這種技術(shù)還有待完善，無(wú)論在理論方面，還是在實(shí)踐方面，都存在一些問(wèn)題，需要進(jìn)一步研究才能真正投入使用。

（3）對(duì)于錨桿檢測(cè)來(lái)說(shuō)，雖然在進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)的過(guò)程中與基樁檢測(cè)類(lèi)似，在延邊過(guò)程中也逐漸完善起來(lái)，但仍然存在一些技術(shù)上的缺陷，如果不能得到有效解決，必然會(huì)為未來(lái)的錨桿檢測(cè)工作帶來(lái)很多問(wèn)題。

3 錨桿檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

本文以某水電站為例，通過(guò)對(duì)其地下洞室和邊部支護(hù)的分析，研究錨桿檢測(cè)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用。

在該水電站工程的建設(shè)過(guò)程中，工程周邊巖石的挖掘便充分利用的錨桿支護(hù)技術(shù)，確保了工程施工的穩(wěn)定性與安全性，因此，錨桿質(zhì)量會(huì)對(duì)工程的施工安全產(chǎn)生很大程度上的影響。對(duì)于該工程來(lái)說(shuō)，因其所在區(qū)域的地勢(shì)存在一定的局限性，在這種情況下，如果運(yùn)用拉拔檢測(cè)，雖然可以提升檢測(cè)速度，但無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)到每一個(gè)局部區(qū)域。所以，需要運(yùn)用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)來(lái)完成。

在對(duì)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用之前，先要測(cè)量砂漿錨桿。運(yùn)用模擬錨桿技術(shù)，在巖體上有針對(duì)性的制作出相應(yīng)的錨桿模型，并對(duì)其進(jìn)行一一測(cè)量研究，最后確定出與工程施工相符合的檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，在這個(gè)過(guò)程中，還需要對(duì)技術(shù)本身進(jìn)行安全評(píng)估，確保施工過(guò)程中的安全，提升施工質(zhì)量[2]。

在運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，先要測(cè)量錨桿的振幅與波速，由于錨桿彈性應(yīng)力波在介質(zhì)不同的情況下，其所產(chǎn)生的速度也會(huì)有所差異，所以，通過(guò)對(duì)振幅與波速的測(cè)量，便能夠判斷錨桿反射出來(lái)的波形來(lái)確定注漿質(zhì)量的高低。

實(shí)驗(yàn)時(shí)可以選取一根長(zhǎng)度為7m，直徑為2.5cm的錨桿，將其放在空氣中，運(yùn)用具有隔音效果的材質(zhì)隔離錨桿與其他介質(zhì)，之后在錨桿附近裝置震源與波速檢測(cè)設(shè)備。通過(guò)對(duì)錨桿錘擊的方式得到彈性波，觀(guān)察鋼筋中波速的傳播規(guī)律，另外，在檢測(cè)過(guò)程中，鋼筋端部還會(huì)對(duì)彈性波產(chǎn)生一些反射波，其與首波在傳播方式方面的相位一致。而其他方位在檢測(cè)過(guò)程中所呈現(xiàn)出來(lái)的波形基本上為直線(xiàn)，這表明鋼筋附近的介質(zhì)是相對(duì)均勻的，并不會(huì)產(chǎn)生于首波相對(duì)應(yīng)的反射波，具體如圖2所示。

圖2 波傳播形式

上述實(shí)驗(yàn)所選用的鋼筋長(zhǎng)為7m，但在測(cè)量過(guò)程中所顯示出來(lái)的鋼筋長(zhǎng)度為7.03m，這說(shuō)明鋼筋在空氣中對(duì)于一維桿件的波速為每秒5185m，對(duì)于橫行錨桿來(lái)說(shuō)，該工程有針對(duì)性的對(duì)兩根巖石錨桿與一根砂漿錨桿進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，以其所反映出來(lái)的反射波為基礎(chǔ)，將砂漿與巖石的傳播速度計(jì)算出來(lái)，分別為每秒5224m與5395m[3]。以此為基礎(chǔ)，便能夠得到比較準(zhǔn)確客觀(guān)的波速

數(shù)據(jù)，砂漿錨桿與巖石錨桿在傳播過(guò)程中的波速分別為每秒5200m/s與5300m/s。

4 相關(guān)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

錨桿檢測(cè)技術(shù)對(duì)于整個(gè)水利工程來(lái)說(shuō)都是非常重要的，因此，在質(zhì)量方面的要求與控制也非常嚴(yán)格。在進(jìn)行巖石注漿的過(guò)程中，如果砂漿密度沒(méi)有達(dá)到75%以上，便視為不合格。在施工以前，還需要以相關(guān)規(guī)定為基礎(chǔ)，對(duì)無(wú)損檢測(cè)方式進(jìn)行必要的檢測(cè)試驗(yàn)，另外，砂漿注漿的飽滿(mǎn)度大體上分為四級(jí)，具體如下：

A級(jí)，密度在90%以上。其所檢測(cè)出來(lái)的砂漿波形呈現(xiàn)出比較規(guī)則的狀態(tài)，振幅能量也隨著指數(shù)的增加而不斷衰減，錨桿中的應(yīng)力波不會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，且反映出錨桿長(zhǎng)度的反射波非常規(guī)律，在檢測(cè)過(guò)程中所反映出來(lái)干涉點(diǎn)后方的振幅相對(duì)較小。

B級(jí)，密度在75～90%之間。其所檢測(cè)出來(lái)的砂漿波形相比于C級(jí)與D級(jí)比較規(guī)則，振幅能量也會(huì)隨著指數(shù)的增加而呈現(xiàn)出衰減態(tài)勢(shì)，錨桿中的應(yīng)力波在一定范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，尤其是錨桿底端，其所形成的反射波形相對(duì)明顯，在檢測(cè)過(guò)程中反映出來(lái)干涉點(diǎn)后方的振幅與A級(jí)相比較大。

C級(jí)，密度在50～75%之間。其所檢測(cè)出來(lái)砂漿波形雖然也呈現(xiàn)出衰減狀態(tài)，但不存在任何規(guī)律，且衰減速度比較慢，在錨桿中段，應(yīng)力波會(huì)出現(xiàn)比較強(qiáng)烈的反射現(xiàn)象，而且會(huì)出現(xiàn)很大的波形變化，與此同時(shí)，錨桿底端的反射波波形較小，在檢測(cè)過(guò)程中所反映出來(lái)干涉點(diǎn)后方的振幅更大。

D級(jí)，密度在50%以下。其所檢測(cè)出來(lái)的波形與C級(jí)一樣，也呈現(xiàn)出衰減狀態(tài)，但并沒(méi)有規(guī)律，在錨桿內(nèi)部的很多地方都會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力波反射，振幅能量在這種狀態(tài)下的衰減速度是非常慢的，另外，錨桿全長(zhǎng)很多地方的波形都會(huì)呈現(xiàn)出比較強(qiáng)烈的變形，錨桿底部反射波形非常小，在檢測(cè)過(guò)程中所反映出來(lái)干涉點(diǎn)后方的振幅最大。

5 結(jié)論

總之，在現(xiàn)階段的水利工程建設(shè)中，錨桿檢測(cè)技術(shù)的作用是非常關(guān)鍵的。想要將這項(xiàng)技術(shù)全面科學(xué)的融入到整個(gè)施工過(guò)程中，就需要嚴(yán)格掌握錨桿檢測(cè)技術(shù)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在進(jìn)行正式施工以前，還需要對(duì)工程進(jìn)行全面的工程試驗(yàn)，只有這樣，才能夠在確保工程順利進(jìn)行的基礎(chǔ)上，將錨桿檢測(cè)技術(shù)充分利用起來(lái)，達(dá)到提升工程整體質(zhì)量的目的。

[1]費(fèi)發(fā)櫻，唐黎黎.錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在積石峽水電站支護(hù)工程中的應(yīng)用[J].西北水電，2012，04：95～98.

[2]蘇智光，錢(qián)東宏，廖建軍，等.兩河口水電站錨桿錨固質(zhì)量控制與無(wú)損檢測(cè)總結(jié)[J].云南水力發(fā)電，2011，05：23～27+60.

[3]曾源.新疆哈德布特水電站錨桿無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用[J].中國(guó)水能及電氣化，2014，06：54～56.

TV551.4

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1673-0038（2015）46-0041-02

2015-11-2

方海峰（1989-），男，大專(zhuān)。