不同工況下錨桿施工無損檢測精度研究與施工質量評價

干 海 勇, 劉 武 超, 楊 俊 安, 雷 博

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 問題的提出

錨噴支護是地下及邊坡工程的主要施工手段，錨桿施工規范規定：若采用“先注漿后安裝錨桿”的施工方法，其鉆頭直徑應大于錨桿直徑15 cm以上；若采用“先安裝錨桿后注漿”的施工方法，其鉆頭直徑應比錨桿直徑大25 mm以上。錨桿安裝應根據錨桿的長度、方向及粘接材料性能綜合選定以確保錨固的密實度，保證錨桿工作的耐久性。

錨桿的砂漿飽滿度及錨桿的錨固長度是錨桿能否按設計要求起到錨固效果的重要指標。對于錨桿施工的質量檢測，傳統的方法為有損檢測，該檢測方法具有不完整性、破壞性、效率低、費用高、適應能力低等方面的局限性。近幾年，無損檢測由于其能夠實現快速、全面和科學的檢測，且對結構使用性能不會造成影響而得到廣泛的應用。

兩河口水電站大壩工程標錨桿按其規格及長度可分為:φ22/L=3 m；φ25/L=4.5 m；φ28/L=6 m；φ28/L=9 m；依據錨桿安裝的選擇方法并結合該工程的錨桿規格型號，最終選擇的方法為：對于長度小于6 m的錨桿，采用“先注漿后插錨桿”的方式；對于長度大于6 m的錨桿，采用“先插錨桿后注漿”的方式。招標文件規定該工程的砂漿錨桿注漿密實度和錨桿長度采用無損檢測方法。兩種施工工藝能否滿足設計要求的各項指標，無損檢測試驗對砂漿密實度及錨桿長度檢測的準確性需進一步根據模擬注漿試驗進行驗證。

2 研究方法與思路

通過模擬不同工況條件下(即洞室及巖石邊坡不同傾斜角度)錨桿現場的模擬試驗，研究了無損檢測砂漿密實度對比人工模擬缺陷的準確性、錨桿檢測長度對比實際安裝長度的準確性，同時對比分析和研究了不同工況下錨桿施工的實體質量。結合分析結果，進一步驗證了無損檢測的可靠性、準確性及不同工況條件下兩種施工工藝、施工質量的對比分析，確定了兩種施工工藝滿足該工程施工的設計標準。

3 試驗方案

3.1 技術指標

使用人工砂，過直徑2.5 mm的篩，保證人工砂顆粒直徑不大于2.5 mm；水泥采用P.O42.5水泥，高效減水劑，嚴格按照M20配合比配制砂漿。

3.2 試驗方法

采用搭設排架、安裝PVC塑料管的方式模擬洞室錨桿孔及邊坡錨桿孔，模擬邊坡不同坡比地形：傾斜56°、傾斜45°、傾斜27°、傾斜17°及水平0°；錨桿選取型號：φ28/L=6 m，φ28/L=9 m，共10組，每組3根錨桿；采用PVC塑料管φ80模擬邊坡錨桿孔，對邊坡錨桿試驗采取“先插錨桿后注漿”的工藝。模擬洞室地形：仰角90°、仰角30°及水平0°；錨桿選取型號：φ22/L=3 m；φ25/L=4.5 m，共6組，每組3根錨桿；采用PVC塑料管φ50模擬洞室錨桿孔，對洞室錨桿試驗采取“先注漿后插錨桿”的工藝。

每組錨桿隨機選擇一根，在其中部或端部分別用泡沫或塑料膠帶緊密纏繞，長度約300 mm，透明膠帶固定，用于模擬1～3處缺陷，注漿前將PVC塑料管的一端用棉紗封閉密實后再用木板或鋼板進行封堵。

采用YSB-2A型錨桿注漿機注漿。“先注漿后插錨桿”時，注漿管先插入孔底后再退出50～100 mm，隨砂漿的注入緩慢勻速拔出。錨桿安裝后管內填滿砂漿；“先插錨桿后注漿”時，先安裝注漿管，對仰角小于30°的錨桿安裝排氣管，注漿前先對錨桿孔孔口進行封堵，注漿管或排氣管距孔底50～100 mm，注漿管插入錨桿孔的長度不小于200 mm，注漿管內徑為16～18 mm，排氣管內徑為6～8 mm，注漿時等排氣管出漿或不再排氣時方可停止。

試驗過程中，對模擬缺陷位置進行精確定位并記錄，對放置到位的PVC管進行統一編號，無損檢測亦按此編號進行檢測，以保證試驗數據對應有序。對現場錨桿進行統一編號：1～48號。此編號與無損檢測編號一致。

4 試驗取得的成果

主要檢測儀器為TS-ABC602型錨桿索無損檢測儀，依據《水電水利工程錨桿無損檢測規程》(DL/T5424—2009)規定錨桿合格的判斷標準。

4.1 模擬邊坡地形

模擬邊坡不同坡比地形的錨桿設計直徑均為28 mm，檢測結果見表1～5。

表1 水平方向錨桿檢測結果表

模擬水平邊坡地形共6組，采用“先插錨桿后注漿”工藝施工，檢測結果為：Ⅱ類錨桿為4根，Ⅲ類錨桿為1根，Ⅳ類錨桿為1根，其中兩組人為模擬3處缺陷，為Ⅲ類及Ⅳ類錨桿。

表2 傾斜17°錨桿檢測結果表

模擬傾斜17°邊坡地形共6組，采用“先插錨桿后注漿”工藝施工，檢測結果為：Ⅱ類錨桿為4根，Ⅲ類錨桿為2根，其中兩組人為模擬3處缺陷，為Ⅲ類錨桿。

表3 傾斜27°錨桿檢測結果表

模擬傾斜27°邊坡地形共6組，采用“先插錨桿后注漿”工藝施工，檢測結果為：Ⅰ類錨桿為1根，Ⅱ類錨桿為4根，Ⅲ類錨桿為1根，其中兩組人為模擬3處缺陷，出現1組Ⅱ類錨桿，1組Ⅲ類錨桿。

表4 傾斜45°錨桿檢測結果表

模擬傾斜45°邊坡地形共6組，采用“先插錨桿后注漿”工藝施工，檢測結果為：Ⅱ類錨桿為3根，Ⅲ類錨桿為3根，其中兩組人為模擬3處缺陷，為Ⅲ類錨桿。

表5 傾斜56°錨桿檢測結果表

模擬傾斜56°邊坡地形共6組，采用“先插錨桿后注漿”工藝施工，檢測結果為：Ⅱ類錨桿為3根，Ⅲ類錨桿為3根，其中兩組人為模擬3處缺陷，出現1組Ⅲ類，1組Ⅳ類錨桿。

4.2 模擬洞室地形

模擬洞室不同地形單根錨桿檢測結果見表6～8。

表6 水平方向錨桿檢測結果表

模擬水平方向洞室地形共6組，均采用“先注漿后插錨桿”工藝施工，檢測結果為：Ⅱ類錨桿為6根，其中兩組人為模擬1～2處缺陷，為Ⅱ類錨桿。

表7 仰角30°錨桿檢測結果表

模擬仰角30°洞室地形共6組，均采用“先注漿后插錨桿”工藝施工，檢測結果為：Ⅱ類錨桿為5根，Ⅲ類錨桿為1根，其中兩組人為模擬1～2處缺陷，出現1組Ⅱ類錨桿，1組Ⅲ類錨桿。

表8 仰角90°錨桿檢測結果表

模擬仰角90°洞室地形共6組，均采用“先注漿后插錨桿”工藝施工，檢測結果為：Ⅱ類錨桿為5根，Ⅲ類錨桿為1根，其中兩組人為模擬1～2處缺陷，出現1組Ⅱ類錨桿，1組Ⅲ類錨桿。

5 無損檢測精度評價

5.1 長 度

由于在錨桿切割過程中造成錨桿的實際安裝長度與設計長度之間存在誤差，就錨桿的檢測長度與實際安裝長度進行了對比分析，其結果見表9。

表9 試驗后長度指標統計表

依據對表9中的統計數據進行分析得知：無損檢測得出的檢測長度與實際長度的相對誤差在0～3.23%之間，相對誤差為0的共12組，占總數的25%；相對誤差在0～1%之間的共32組，占總數的66.67%；相對誤差在1%～2%之間的共3組，占總數的6.25%；相對誤差大于2%的共1組，占總數的2.08%，由此證明：不同工況條件及采用不同工藝安裝的錨桿，其錨桿長度無損檢測準確度較高。

5.2 缺 陷

在錨桿的錨固體系中，缺陷的形式有多種，因施工工藝、施工人員的操作及圍巖級別較差等原因造成在錨桿的錨固體系中存在多種缺陷。本次模擬注漿試驗分別選取16組不同工況下的錨桿，在錨固體系中人為設置了1～3處缺陷，長度約300 mm，在不告知檢測人員的情況下，對錨桿進行了無損檢測，確認檢測儀對缺陷處檢測的準確性，其結果見表10。

表10 錨桿注漿工藝試驗桿體設置缺陷統計匯總表

說明：缺陷處的距離從錨桿安裝的孔口位置算起。

依據對表10中的統計數據進行分析得知：人為模擬設置的缺陷共39處，無損檢測出缺陷的位置共31處，比例為79.5%；其中對于長度為3 m、4.5 m的錨桿人為模擬設置的缺陷共9處，無損檢測出的缺陷位置共8處，比例為88.9%；對于長度為6 m、9 m的錨桿，人為模擬設置的缺陷共30處，無損檢測出的缺陷位置共23處，比例為76.7%。由此可見：隨著錨桿長度的增長，無損檢測對缺陷的探測靈敏度相對降低，與錨桿的直徑大小無關。

5.3 砂漿飽滿度

錨桿注漿工藝試驗共48根，通過無損檢測分析評價得知：按砂漿飽和度統計分析Ⅰ類錨桿為1根，占總數量的2.08%；Ⅱ類錨桿為33根，占總數量的68.75%；Ⅲ類錨桿為12根，占總數量的25%；Ⅳ類錨桿為2根，占總數量的4.17%，統計分析結果見圖1。

人為模擬缺陷共16根，剔除人為模擬缺陷后無損檢測分析評價按砂漿飽和度統計分析Ⅰ類錨桿為1根，占總數量的3.125%；Ⅱ類錨桿為29根，占總數量的90.625%；Ⅲ類錨桿為2根，占總數量的6.25%，統計分析結果見圖2。

6 工藝質量評價

“先注漿后插錨桿”與“先插錨桿后注漿”兩種工藝試驗密實度結果對比情況見表11。

圖1 砂漿飽滿度質量等級統計圖

圖2 剔除缺陷后砂漿飽滿度質量等級統計圖

測試分組先注漿后插錨桿先插錨桿后注漿3 m錨桿(共9根)4.5 m錨桿(共9根)6 m錨桿(共15根)9 m錨桿(共15根)Ⅰ0根0根0根1根Ⅱ8根8根10根8根Ⅲ1根1根5根4根Ⅳ0根0根0根2根密實度加權平均值81.984.483.381.583.282.4

依據對表11的統計數據進行分析得知：“先注漿后插錨桿”與“先插錨桿后注漿”兩種施工工藝試驗密實度相差不大，密實度均較好，同時，兩種錨桿安裝施工工藝均滿足設計指標要求及現場施工要求。

通過模擬試驗分析，剔除了模擬設置缺陷后達到Ⅱ級及以上標準的錨桿為93.75%，Ⅰ類錨桿所占總數量的比例為2.08%。模擬試驗錨桿砂漿可泵性較差，試驗過程中存在多處堵管現象。由于人工砂粒型不好，人工砂顆粒呈現出針、片狀居多可能是造成本次試驗Ⅰ類錨桿比例偏少的主要原因，同時，試驗人員的現場施工操作水平低及模擬PVC塑料管固定不牢固等缺陷造成Ⅰ類錨桿比例偏少。為提高砂漿強度及施工的可操作性、可泵性，提高施工功效，筆者建議：在實際施工中采用摻一定比例的天然砂。

7 結 語

本次通過模擬注漿試驗對比分析與研究不同工況下錨桿施工無損檢測精度與施工質量，其結果達到了預期效果，兩種施工工藝均滿足兩河口水電站洞室及邊坡不同角度的錨桿安裝指標，同時無損檢測針對砂漿密實度及錨桿長度檢測的符合度較高；由于條件有限，本次試驗未考慮巖石類別對兩種施工工藝的影響以及不同巖石類型對無損檢測的影響。