錨桿錨固質量無損檢測技術與應用

潘楊

（深圳市港嘉工程檢測有限公司）

0 前言

錨桿工程施工環境復雜，各種因素均會對錨桿質量造成影響，目前國內基本使用抗拔試驗為唯一檢測方法，然而因為抗拔試驗檢測效率低、對場地要求高且檢測周期長，單一抗拔試驗并不能全面地揭露錨桿質量問題。此時引入錨固質量無損檢測尤為必要。錨桿錨固質量無損檢測試驗周期較短、對場地條件要求低、試驗簡單方便，且可快速大面積普查錨桿長度及注漿密實度。工程中先通過錨固質量試驗普查定位較差的錨桿，再針對錨固質量較差的錨桿進行抗拔試驗，就可全面準確地揭露錨桿質量問題。

1 工程概況

2 試驗

2.1 試驗設備

錨固質量無損檢測所需設備包括錨桿無損檢測儀、超磁致震源及加速度傳感器。錨桿抗拔試驗所需設備包括靜載儀、千斤頂、油泵、鋼梁及支墩等設備。

2.2 錨固質量試驗原理及方法

2.2.1 錨固質量試驗原理

在錨桿、注漿體及巖土體組成的體系，由于在錨固體中直徑遠遠大于錨桿長度時，可將錨固體作為一維勻質彈性桿件，錨固結構中錨桿、注漿體及巖土體膠結在一起，桿體、注漿體及巖土體之間存在較大的彈性波阻抗差別，基于一維彈性波反射原理，通過彈性波在錨固體中傳播、散射、反射和衰減特性來檢測分析錨桿的有效錨固長度及密實度等數據,并以此分析和判定錨桿的錨固質量類別。

2.2.2 錨固質量試驗方法

在保證加速度傳感器軸心與錨桿桿體軸線平行的前提下將加速度傳感器用強磁固定在錨頭位置，并預留激振位置。激振時應保持激振器激振點與錨頭緊密接觸的狀態，選擇瞬態激振方式激振及適度的沖擊以采集有效的檢測波形。單根錨桿錨固質量無損檢測應記錄不少3 個一致性較好且滿足分析判斷使用的有效波形[1]。

2.3 抗拔試驗原理及方法

2.3.1 抗拔試驗原理

在錨桿注漿后與巖土體結合后產生抵抗外力的能力稱為抗拔力。通過千斤頂施加外力作用于錨桿使錨桿與注漿體或注漿體與巖土體產生相對位移，通過測量不同荷載錨頭隨時間產生的軸向位移，標準要求繪制分析曲線并確定錨桿抗拔承載力特征值。

2.3.2 抗拔試驗方法

本次試驗根據場地條件及試驗荷載選擇支墩橫梁反力裝置，并在反力裝置之上放置墊板并在其上放置千斤頂。采用液壓千斤頂加卸載。在錨桿頂部或非受力錨桿桿體上架設位移測量設備。錨桿抗拔承載力試驗均應根據相應規范要求進行荷載分級，采用分級維持荷載法，逐級等量加載，每級荷載達到相對穩定標準后施加下一級荷載，直到終止試驗條件或達到最大試驗荷載，然后分級卸載至零，并記錄位移數據[2]。

3 試驗結果及分析

3.1 錨桿錨固質量試驗波形分析評判

采集的波形通過分析軟件進行必要的數字濾波、時域頻域信號分析、能量處理，并分析缺陷范圍及嚴重程度、判斷錨長長度是否滿足設計要求和計算密實度。根據輸出的波形特征、時域信號特征、幅頻信號特征及密實度綜合分析判斷錨桿錨固的密實度質量等級。單根錨桿錨固質量無損檢測分級評判應結合密實度質量等級及錨桿長度評價[3]。錨固質量等級為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ類波形分別有以下特征：Ⅰ類錨桿波形規則，無缺陷反射波，飽滿度好；Ⅱ類錨桿波形較規則，輕微缺陷反射波，飽滿度較好；Ⅲ類錨桿波形欠規則，較嚴重缺陷反射波，飽滿度差；Ⅳ類錨桿波形不規則，嚴重缺陷反射波，飽滿度很差。本次錨桿錨固質量試驗數量為366 根，錨固質量等級為Ⅰ類254 根、Ⅱ類65 根、Ⅲ類32 根及Ⅳ類15 根。因試驗波形較多不一一列舉，本文挑選了錨固質量等級為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ類的典型試驗波形，見圖1。

圖1 錨桿錨固質量試驗典型波形

3.2 錨桿抗拔試驗數據分析

選取錨固質量等級為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類及Ⅳ類的錨桿各15 根進行錨桿抗拔試驗。繪制各試驗的錨桿Q-S曲線、S-Lgt 曲線，根據以上曲線結合相應標準確定錨桿承載力特征值。根據錨桿抗拔試驗結果繪制不同錨固質量等級下各錨桿抗拔試驗承載力特征值圖，見圖2。由圖2 可知：Ⅰ類錨桿抗拔試驗合格率100.0%，承載力特征值平均值350kN；Ⅱ錨桿抗拔試驗合格率80.0%，承載力特征值平均值340.7kN；Ⅲ類錨桿抗拔試驗合格率13.3%，承載力特征值平均值284.7kN；Ⅳ類錨桿抗拔試驗合格率0，承載力特征值平均值231.0kN。隨錨固質量等級降低，抗拔試驗合格率及承載力特征值平均值均呈下降趨勢。

圖2 不同錨固等級下的抗拔試驗承載力特征值

4 結論及建議

通過錨固質量檢測快速地普查錨桿錨固質量情況，并以此選擇不同錨固質量等級的錨桿進行抗拔試驗。由錨桿抗拔試驗結果可知，隨著錨固質量等級降低，抗拔試驗合格率及抗拔承載力特征值平均值均呈下降趨勢。

錨固質量試驗可以準確地定位質量較差的錨桿。而目前國內錨桿工程驗收時基本只對錨桿抗拔試驗作硬性要求，為了全面準確地發現錨桿質量問題，應鼓勵做錨固質量無損檢測普查，在錨固質量試驗結果的基礎上選擇抗拔試驗的錨桿點位，并且抗拔試驗應重點檢測錨固質量等級為Ⅲ類及Ⅳ類的錨桿。