云天禹，劉 拓，崔欣月

（中水東北勘測設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，吉林長春 130062）

0 引言

抽水蓄能電站地下洞室單元體結(jié)構(gòu)眾多，地質(zhì)條件錯(cuò)綜復(fù)雜，在施工開挖過程中需要通過噴錨支護(hù)的手段加固洞室圍巖，提高其堅(jiān)固性和整體性。錨噴支護(hù)的質(zhì)量直接關(guān)系到施工人員、設(shè)備的安全及洞室的穩(wěn)定，而且錨噴支護(hù)屬于隱蔽工程，一旦電站開始運(yùn)行，很難再次進(jìn)行質(zhì)量缺陷檢測，如發(fā)生安全質(zhì)量問題，后果將是非常嚴(yán)重的。因此，在電站施工過程中，需要對錨桿的錨固質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確檢測，以保證電站施工及運(yùn)行期間的安全穩(wěn)定。

在水利水電工程領(lǐng)域，目前主要使用的錨桿施工質(zhì)量檢測方法有錨桿拉拔試驗(yàn)法和錨桿無損檢測法。錨桿拉拔試驗(yàn)法檢測流程：在錨桿非錨固段焊接帶有絲扣的加長桿，或?qū)⑼饴抖诬嚦山z扣，而后使用錨桿拉拔儀進(jìn)行拉拔力試驗(yàn)。該方法可能對錨桿桿體及附近圍巖產(chǎn)生破壞，且無法判斷錨桿長度和注漿飽滿度是否滿足規(guī)范要求，因此，該方法在現(xiàn)階段的抽水蓄能電站中的應(yīng)用有限。錨桿無損檢測方法根據(jù)聲波反射原理，能夠快速實(shí)現(xiàn)錨桿長度和注漿飽滿度的測定，具有高效、準(zhǔn)確及經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)[1]，目前已得到廣泛應(yīng)用。下文將重點(diǎn)介紹錨桿無損檢測方法的原理及其在抽水蓄能電站施工期的應(yīng)用。

1 方法原理

1.1 工作原理

當(dāng)使用震源在某物體表面觸發(fā)激震力時(shí)，該力會(huì)產(chǎn)生一個(gè)應(yīng)力波，向四周傳播。應(yīng)力波經(jīng)過波阻抗界面時(shí)，會(huì)產(chǎn)生反射波和透射波。當(dāng)界面兩側(cè)的波阻抗之差較小時(shí)，反射波能量較小，接收信號(hào)的反射波振幅較弱；當(dāng)界面的波阻抗之差較大時(shí)，反射波能量較大，接收信號(hào)的反射波振幅較強(qiáng)[2]。

錨桿的底端可視為一個(gè)波阻抗界面。使用小錘敲擊錨桿頂端時(shí)，會(huì)產(chǎn)生激震力，在錨桿頂端產(chǎn)生的應(yīng)力波會(huì)沿著桿體向下傳播。當(dāng)錨桿周圍注漿密實(shí)度或桿體材料發(fā)生變化的時(shí)候，應(yīng)力波就會(huì)在變化處發(fā)生反射和透射[3]。因此，錨桿桿體周圍的漿液密實(shí)度越高、桿體的材質(zhì)越堅(jiān)硬，波形就會(huì)越規(guī)則，波速衰減也較快；桿體周圍的漿液密實(shí)度越低、桿體的材質(zhì)較差，波形就會(huì)越復(fù)雜，波速衰減也會(huì)較慢。對現(xiàn)場采集得到的波形進(jìn)行時(shí)頻分析時(shí)，通過拾取桿體底端的反射波信號(hào)和異常波形區(qū)域的旅行時(shí)數(shù)據(jù)，即可計(jì)算錨桿長度，并確定桿體周圍漿液不密實(shí)的區(qū)域，從而定量判定錨桿的錨固質(zhì)量。

1.2 資料分析原則

在對錨桿無損檢測的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，應(yīng)主要分析其時(shí)域信號(hào)，并根據(jù)現(xiàn)場采集得到的應(yīng)力波波形圖，通過處理軟件將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)化為頻率域信號(hào)，在頻率域?qū)﹀^桿質(zhì)量進(jìn)行綜合判定。在錨桿檢測過程中，儀器測得的波速是桿體與周圍砂漿組合體的速度，而不是桿體材料的波速，錨桿規(guī)格不同，鋼筋與砂漿的比重就會(huì)不同，測得的波速也不相同。因此，在實(shí)際工程檢測中，一般選取3 根（或3 根以上）注漿飽滿度大于90%的相同材質(zhì)和規(guī)格的錨桿作為試驗(yàn)錨桿，計(jì)算錨桿的平均波速值，將計(jì)算結(jié)果作為計(jì)算待檢測錨桿長度的依據(jù)。確定注漿缺陷位置時(shí)，應(yīng)首先識(shí)別錨桿底部反射信號(hào)，當(dāng)接收到的反射信號(hào)旅行時(shí)小于桿底反射旅行時(shí)的時(shí)候，證明桿體周圍存在缺陷部位，進(jìn)而根據(jù)波形確定缺陷位置[4]。

2 工程概況

某抽水蓄能電站位于山東省臨沂市，屬于大（1）型工程，裝機(jī)4 臺(tái)機(jī)組，采用單機(jī)容量為300 MW 的單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)。該電站目前已投入使用，在電網(wǎng)系統(tǒng)中承擔(dān)填谷、調(diào)峰、調(diào)相、調(diào)頻等工作。該電站樞紐建筑物主要由上水庫、下水庫、地下廠房系統(tǒng)、水道系統(tǒng)等建筑物組成。地下廠房系統(tǒng)使用的所有錨桿均為II 級(jí)或III 級(jí)高強(qiáng)度的精扎高強(qiáng)鋼筋或螺紋鋼筋，桿體周圍的砂漿混合了強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5 的普通硅酸鹽水泥和最大粒徑不超過2.5 mm 的中細(xì)砂。

3 成果分析

對上述抽水蓄能電站廠房已施工完成的某單元全部260 根錨桿進(jìn)行現(xiàn)場錨桿無損檢測，檢測流程符合DL/T 5429—2009《水電水利工程錨桿無損檢測規(guī)程》[5]的要求。在進(jìn)行現(xiàn)場資料采集時(shí)，需要先使用砂紙對錨桿露頭部分進(jìn)行磨平處理。通過處理軟件對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，可以確定所有錨桿的長度及注漿飽滿度，并標(biāo)注每根錨桿的缺陷位置。

圖1 為Ⅰ類錨桿檢測成果圖。該錨桿為全長砂漿錨桿，圍巖類別為Ⅲ類。錨桿設(shè)計(jì)長度為4.50 m，實(shí)測長度為4.51 m，外露長度為0.12 m，錨固長度為4.39 m。該類錨桿波形規(guī)則，無缺陷反射波，可見微弱的桿底反射波信號(hào)。檢測結(jié)果：錨桿注漿飽滿度為96%，為合格錨桿。

圖1 Ⅰ類錨桿檢測成果圖

圖2 為Ⅱ類錨桿檢測成果圖。該錨桿為全長砂漿錨桿，圍巖類別為Ⅲ類。錨桿設(shè)計(jì)長度為6.00 m，實(shí)測長度為5.94 m，外露長度為1.03 m，錨固長度為4.91 m。該類錨桿波形較規(guī)則，有輕微的缺陷反射波信號(hào)，可見微弱的桿底反射波信號(hào)。檢測結(jié)果：錨桿注漿飽滿度為82%，為合格錨桿。

圖2 Ⅱ類錨桿檢測成果圖

圖3 為Ⅲ類錨桿檢測成果圖。該錨桿為全長砂漿錨桿，圍巖類別為Ⅲ類。錨桿設(shè)計(jì)長度為6.00 m，實(shí)測長度為5.99 m，外露長度為0.99 m，錨固長度為5.01 m。該類錨桿波形不太規(guī)則，有明顯的缺陷反射波信號(hào)，可見微弱的桿底反射波或缺陷多次發(fā)射信號(hào)。檢測結(jié)果：錨桿注漿飽滿度為78%，為不合格錨桿。

圖3 Ⅲ類錨桿檢測成果圖

圖4 為Ⅳ類錨桿檢測成果圖。該錨桿為全長砂漿錨桿，圍巖類別為Ⅲ類。錨桿設(shè)計(jì)長度為3.00 m，實(shí)測長度為2.99 m，外露長度為0.13 m，錨固長度為2.85 m。該類錨桿波形呈慢速衰減或間歇增強(qiáng)后衰減形態(tài)，持續(xù)時(shí)間長，可見明顯的缺陷反射波及多次反射波，桿底反射波信號(hào)難以分辨。檢測結(jié)果：錨桿注漿飽滿度為50%，為不合格錨桿。

圖4 Ⅳ類錨桿檢測成果圖

4 結(jié)語

通過上文的論述及工程實(shí)例驗(yàn)證，錨桿無損檢測方法可以在不破壞原有應(yīng)力體系的基礎(chǔ)上，快速有效地完成錨固質(zhì)量檢測。在工程施工過程中，可以通過該方法對支護(hù)錨桿的長度及注漿飽滿度進(jìn)行定量計(jì)算。進(jìn)行錨桿無損檢測之前，應(yīng)提前對待檢測錨桿的型號(hào)、砂漿配比及施工工藝進(jìn)行跟蹤了解，通過檢測支護(hù)錨桿的長度和注漿飽滿度等數(shù)據(jù)綜合分析某區(qū)域內(nèi)錨桿的支護(hù)能力。在進(jìn)行錨桿無損檢測時(shí)，為排除誤差影響，應(yīng)對同一根錨桿進(jìn)行連續(xù)多次的采集，結(jié)果一致后方可認(rèn)為數(shù)據(jù)有效。

利用錨桿無損檢測方法檢測支護(hù)錨桿質(zhì)量具有無損、簡便、快速的特點(diǎn)。但該方法仍存在一些局限性，如該方法一旦受到檢測現(xiàn)場環(huán)境的干擾，檢測精度就會(huì)下降，應(yīng)配合其他檢測方法共同開展以提高檢測精度。隨著工程物探方法技術(shù)的不斷發(fā)展、科技水平的不斷進(jìn)步，相信該方法的缺陷和不足將逐漸得到解決，并在抽水蓄能電站施工期檢測中發(fā)揮更多的作用。