張 明，付 磊，黃 騰，高海峰

（浙江省水利河口研究院，浙江 杭州 310020）

1 問(wèn)題的提出

浙江省重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目杭州市第二水源千島湖配水工程從千島湖淳安縣境內(nèi)取水，通過(guò)輸水隧洞將水引至杭州市余杭區(qū)閑林水庫(kù)，輸水線路長(zhǎng)112.34 km，以輸水隧洞為主。該工程輸水隧洞線路長(zhǎng)，且工程地質(zhì)情況復(fù)雜，圍巖多以Ⅲ類(lèi)為主，Ⅰ～Ⅱ類(lèi)圍巖約占全洞長(zhǎng)的26%，Ⅲ類(lèi)圍巖約占全洞長(zhǎng)的50%，Ⅳ類(lèi)圍巖約占全洞長(zhǎng)的16%，Ⅴ類(lèi)及不成洞段約占全洞長(zhǎng)的8%。工程布置錨桿數(shù)量和種類(lèi)眾多，砂漿錨桿、藥卷錨桿、普通中空注漿錨桿、SD27N 中空注漿錨桿超前支護(hù)等各類(lèi)錨桿總數(shù)達(dá)80 多萬(wàn)根。隧洞內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，地下水系情況多變，錨桿在此復(fù)雜環(huán)境下，極易產(chǎn)生銹蝕，降低錨桿錨固體系的錨固作用，影響隧洞支護(hù)安全。因此，錨桿錨固質(zhì)量控制顯得尤為重要。

錨桿錨固質(zhì)量檢測(cè)方法主要包括錨桿拉拔試驗(yàn)檢測(cè)和錨桿無(wú)損檢測(cè)。錨桿拉拔試驗(yàn)檢測(cè)錨桿的拉拔力，錨桿無(wú)損檢測(cè)方法檢測(cè)錨桿的注漿密實(shí)度及錨桿長(zhǎng)度。錨桿拉拔試驗(yàn)通常對(duì)隧洞拱腰附近錨桿進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)錨固體系具有一定破壞性，并且檢測(cè)儀器笨重、操作繁瑣。與之相比，錨桿無(wú)損檢測(cè)操作簡(jiǎn)便、快速，解決拱頂位置錨桿錨固質(zhì)量的難題，能夠批量檢測(cè)隧洞錨桿的錨固質(zhì)量。為了對(duì)整個(gè)隧洞內(nèi)錨桿錨固質(zhì)量進(jìn)行全面、客觀地分析，本工程主要采用錨桿無(wú)損檢測(cè)方法檢測(cè)錨桿長(zhǎng)度及注漿密實(shí)度。

2 檢測(cè)儀器、方法及注意事項(xiàng)

本工程錨桿無(wú)損檢測(cè)采用的是武漢中巖科技的RSM-RBT 錨桿質(zhì)量檢測(cè)儀，該儀器配備專(zhuān)用的便攜式大功率超磁致伸縮發(fā)射震源，測(cè)試信號(hào)更佳。整套系統(tǒng)全防水設(shè)計(jì)，適用于隧道等多種高溫高濕等惡劣環(huán)境。其無(wú)損檢測(cè)具體做法是通過(guò)超磁致伸縮發(fā)射震源或小力錘向錨桿端面進(jìn)行激發(fā)，并通過(guò)帶有磁性的接收轉(zhuǎn)換器吸附在錨桿外露段端面對(duì)反射信號(hào)進(jìn)行接收，通過(guò)對(duì)所接收的反射信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，評(píng)價(jià)錨桿的錨固質(zhì)量。

檢測(cè)的注意事項(xiàng)：檢測(cè)前做好隧洞地質(zhì)情況、錨桿類(lèi)型、施工工藝等資料收集工作；檢測(cè)時(shí)應(yīng)清理錨桿外露段表面浮渣，錨桿端面要敲擊或磨平，傳感器軸心與錨桿軸線平行；小錘擊震時(shí)，應(yīng)快速敲擊。擊震時(shí)應(yīng)避免觸及接收傳感器，避免噪音振動(dòng)等干擾，測(cè)試通道采集波形應(yīng)大致一致，波形應(yīng)光滑無(wú)毛刺。

3 錨固質(zhì)量評(píng)價(jià)及模擬試驗(yàn)

3.1 錨固質(zhì)量評(píng)價(jià)

本工程錨桿無(wú)損檢測(cè)依據(jù)JGJ/T 182 — 2009《錨桿錨固質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》。

錨固密實(shí)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)錨桿空漿部位集中在底部或淺部時(shí)，應(yīng)降低1 個(gè)等級(jí)；當(dāng)錨固密實(shí)度達(dá)到C 級(jí)以上，且符合工程設(shè)計(jì)要求時(shí)，應(yīng)評(píng)定錨固密實(shí)度合格，否則為不合格。

錨桿桿體長(zhǎng)度評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：桿體長(zhǎng)度不小于設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的95%、且不足長(zhǎng)度不超過(guò)0.50 m 的錨桿，可評(píng)定錨桿長(zhǎng)度合格，否則為不合格[1]。

單根錨桿錨固質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)分級(jí)見(jiàn)表1。

表1 單根錨桿錨固質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)分級(jí)評(píng)價(jià)表

3.2 錨桿模擬試驗(yàn)

JGJ/T 182 — 2009《錨桿錨固質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定：錨桿錨固質(zhì)量無(wú)損檢測(cè)前宜進(jìn)行錨桿模擬試驗(yàn)，模擬試驗(yàn)宜進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。目的是通過(guò)與被檢工程相同類(lèi)型的錨桿室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)件和現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)錨桿的試驗(yàn)，確定錨桿桿系波速以及有效檢測(cè)長(zhǎng)度，對(duì)檢測(cè)儀器參數(shù)設(shè)置進(jìn)行率定，從而提高對(duì)錨桿缺陷位置及錨桿密實(shí)度判定的準(zhǔn)確性。本工程錨桿模擬試驗(yàn)參照同組成員高海峰《應(yīng)力波反射法在杭州市第二水源千島湖配水工程錨桿檢測(cè)中的運(yùn)用分析》中的結(jié)果[2]。

4 工程應(yīng)用分析

對(duì)本工程III 類(lèi)、IV 類(lèi)圍巖錨桿共210 根錨桿進(jìn)行錨桿無(wú)損檢測(cè)，其中砂漿（藥卷）錨桿182 根，空心注漿錨桿28 根。III 類(lèi)、IV 類(lèi)圍巖支護(hù)典型斷面見(jiàn)圖1 ～ 2。

圖1 Ⅲ類(lèi)圍巖支護(hù)典型斷面圖

圖2 Ⅳ類(lèi)圍巖支護(hù)典型斷面圖

4.1 典型錨桿波形

按照不同的錨固質(zhì)量等級(jí)和不同的錨桿類(lèi)型分類(lèi)，總結(jié)3 種典型錨桿的波形（見(jiàn)圖3 ～ 8），并分析概括其波形特征。

（1）砂漿（藥卷）錨桿。

圖3 I 級(jí)錨桿質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果圖

圖4 II 級(jí)錨桿質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果圖

圖5 III 級(jí)錨桿質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果圖

（2）空心注漿錨桿。

圖6 I 級(jí)錨桿質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果圖

圖7 II 級(jí)錨桿質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果圖

圖8 III 級(jí)錨桿質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果圖

從圖3、圖6 中可以得出，Ⅰ級(jí)錨桿桿體與漿液膠結(jié)良好，檢測(cè)波形均呈有規(guī)律的指數(shù)快速衰減，應(yīng)力波形規(guī)則并且桿底有微弱的反射波信號(hào)或無(wú)反射；從圖 4、圖 7 中可以得出，Ⅱ級(jí)錨桿桿體與漿液膠結(jié)較好，但存在部分注漿不密實(shí)情況，波應(yīng)力波形較為規(guī)則，不密實(shí)部位波形畸形或反射明顯，并且桿底有微弱的反射波信號(hào)；從圖 5、圖8可以得出，Ⅲ級(jí)錨桿桿體與漿液膠結(jié)較差，應(yīng)力波形不規(guī)則，不密實(shí)部位波形畸變，波峰波谷無(wú)明顯峰點(diǎn)，桿底有微弱的反射信號(hào)或者缺陷多次的反射信號(hào)；本工程檢測(cè)的210 根錨桿中，砂漿（藥卷）錨桿的注漿密實(shí)度總體上好于空心注漿錨桿的注漿密實(shí)度。

4.2 錨桿長(zhǎng)度不確定波形

圖9 ～ 10 為錨桿長(zhǎng)度不確定檢測(cè)結(jié)果。由圖9 ～ 10 可見(jiàn)，波形逐漸接近基線，呈指數(shù)衰減，注漿密實(shí)度良好。此類(lèi)錨桿注漿后錨桿底部與巖體接觸較好，與周?chē)鷩鷰r形成一個(gè)整體，幾乎沒(méi)有桿底反射信號(hào)，無(wú)法準(zhǔn)確判定桿底位置。所以錨桿長(zhǎng)度的質(zhì)量控制主要依靠施工過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)施工單位嚴(yán)格把控和監(jiān)理單位的嚴(yán)格旁站監(jiān)督，不能完全依賴(lài)檢測(cè)。

圖9 錨桿長(zhǎng)度不確定檢測(cè)結(jié)果圖

圖10 錨桿長(zhǎng)度不確定檢測(cè)結(jié)果圖

4.3 錨桿外露段過(guò)長(zhǎng)波形

圖11 ～ 12 為錨桿外露長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)檢測(cè)結(jié)果圖。由圖11 ～12 可見(jiàn)，波形呈有規(guī)律的多次重復(fù)出現(xiàn)，錨桿外露段過(guò)長(zhǎng)易形成多次強(qiáng)反射，極大地干擾有效信號(hào)，導(dǎo)致分析困難，甚至無(wú)法檢測(cè)。因此，現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)時(shí)盡量選擇外露段長(zhǎng)度較短的錨桿，以免干擾信號(hào)造成誤判。

圖11 錨桿外露長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)檢測(cè)結(jié)果圖

圖12 錨桿外露長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)檢測(cè)結(jié)果圖

4.4 波形分析

4.4.1 濾波頻率

現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)獲得錨桿的波形后，數(shù)據(jù)分析時(shí)，首先應(yīng)頻譜分析查看其分布情況。由于外界的干擾對(duì)測(cè)試信號(hào)影響較大，濾波時(shí)要選擇一個(gè)與其錨固主頻相近、有主頻特征的峰值作為中心頻率，然后在兩邊合適的位置對(duì)應(yīng)頻率最為高、低通濾波，濾波后的波形因與原波形相似。如果波形有因缺陷引起的多個(gè)主頻，應(yīng)保留這些信號(hào)，作為判定缺陷位置的依據(jù)。

4.4.2 反射波信號(hào)的性質(zhì)分析

錨桿長(zhǎng)度是桿體底部的反射信號(hào)計(jì)算的桿長(zhǎng)，缺陷位置是用桿體中的反射信號(hào)計(jì)算，因此判斷反射波信號(hào)的性質(zhì)對(duì)于檢測(cè)錨桿長(zhǎng)度非常重要。具體方法如下：當(dāng)反射信號(hào)與入射波反相位（第1 次反射）時(shí)，是桿體中的反射信號(hào)，其反射界面兩側(cè)的密實(shí)度是由不密實(shí)至密實(shí)；當(dāng)反射信號(hào)與入射波同相位時(shí)，無(wú)法直接判定是桿體底部的反射信號(hào)還是桿體中的反射信號(hào)，須結(jié)合頻譜分析、相位分析等綜合判定；當(dāng)多次出現(xiàn)強(qiáng)同相反射的信號(hào)時(shí)，是桿體底部反射信號(hào)；桿體中的同相反射界面兩側(cè)的密實(shí)度是從密實(shí)至不密實(shí)。

4.4.3 錨桿長(zhǎng)度檢測(cè)誤差

值得注意的是，當(dāng)錨桿各部分密實(shí)度差異較大時(shí)，錨桿不同部分的波速也會(huì)存在差異，用平均聲速來(lái)計(jì)算桿長(zhǎng)可能會(huì)產(chǎn)生一定誤差，進(jìn)而造成計(jì)算出的錨桿長(zhǎng)度有誤差。

5 結(jié) 語(yǔ)

錨桿無(wú)損檢測(cè)具有快速、經(jīng)濟(jì)和非破壞性特點(diǎn)，但由于其自身檢測(cè)方法的限制，檢測(cè)時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素的影響，檢測(cè)人員應(yīng)多積累典型錨桿的波形特征，以免造成誤判。