公路隧道砂浆锚杆质量检测技术及应用.doc

公路隧道砂浆锚杆质量检测技术及应用l工程建设与设计Co.mtruction&DesignForProject公路隧道砂浆锚杆质量检测技术及应用TechnologyandApplicationoftheMortarAnchorQualityDetectioninHighwayTunnel雷坚强(贵州省交通科学研究院有限责任公司,贵阳550008)LEIJianqiang(GuizhouTransportScienceInstituteCo.Ltd.,Guiyang550008,China)【摘要16路隧道中锚杆的锚固质量评定,关系到整个锚喷支护系统的稳定性.论文介绍了锚杆拉拔力检测和锚杆质量检测仪两种锚杆性能评定方法的原理及优缺点,提出了相应的改进意见,列出了各自的评定标准.【Abstract】Theanchoragequalityassessmentaboutanchorinhighwaytunnelrelatetothestabilityoftheentireanchor-plateretainingsystem.Introducetheprinciplesandadvantagesordisadvantagesaboutanchordrawingforcetestandtheanchorboltdetectorperformanceevalumion,putforwardthecorrespondingimprovements,listtheirevaluationstandards.【关键词】隧道;锚杆;拉拔力:锚固质量:检测【Keywords】tunnel;anchor;drawingforce;anchoragequality;detection【中图分类号1U455.7+2【文献标志码】B【文章编号】10079467(2012)010150031引言随着新奥法在隧道施工技术的推广和普及,锚杆锚固技术在隧道工程中得到广泛应用.由于锚杆锚固工程是隐蔽工程,锚杆施工完成后,锚杆锚固施工质量如何,锚杆的长度是否与设计长度一致,其砂浆是否饱满等问题,对于锚固系统的稳定生是十分重要的,同时也将影响着整个隧道工程的质量.2锚杆质量要求在公路工程质量检验评定标准(JTGF80/12004)的10.8锚杆支护中对锚杆列出了明确的要求.主要从三方面做了规定:10.8.1基本要求:1)锚杆的材质,类型,质量,规格,数量和性能必须符合设计和规范的要求.2)锚杆插入孔内的长度不得短于设计长度的95%.3)砂浆锚杆和注浆锚杆的灌浆强度应不小于设计和规范要求,锚杆孔内灌浆密实饱满.4)锚杆垫板应满足设计要求,垫板应紧贴围岩,围岩不平时要用M10砂浆填平.5)锚杆应垂直于开挖轮廓线布设.对于沉积岩,锚杆应尽量垂直于岩层面.10.8.2实测项目有锚杆数量,锚杆拔力,孔位,钻孔深度,孔径及锚杆垫板分别对应的规定值或允许偏差.10.8.3外观鉴定中主要观测钻孔方向是否尽量与围岩和岩层主要结构面垂直,锚杆垫板与围岩是否紧贴.同样,在公路隧道设计规范(JTGD702004)8.2.6提到【作者简介】雷坚强(1979),男,山东潍坊人,工程师,从事桥梁隧道工程研究,(电子信箱)q_262127126.com.150永久支护的锚杆应为全长黏结型锚杆或预应力注浆锚杆.其它类型的锚杆不能作永久支护,当需要作永久支护时,锚孔内必须注满砂浆或树脂.公路隧道施工技术规范(JTGF602009)8.3及公路隧道施工技术细则(JTG/rF602009)7_3也对锚杆的施工要求作了规定.锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB500862001)4.2锚杆支护设计和7锚杆施工中对锚杆的设计和施工质量也给出了相应的要求和规定.3锚杆质量检测方法目前在锚杆材质,规格,加工质量和安装尺寸满足设计或有关规范要求的条件下,用来评价锚杆锚固效果的手段主要有两种:一是采用锚杆拉拔力检测,另一种是目前比较流行的无损检测方法.由于这些方法在实际应用中都存在一定的缺陷,所以很多工程都采用两种方法相结合的方式进行验收评价,即以锚杆拉拔力检测为验收评价依据,采用无损检测手段对锚固质量进行分类并辅助评价_1J.3.1锚杆拉拔力检测锚杆拉拔力指锚杆能够承受的最大拉力,它是锚杆材料,加工和施工安装质量的综合反映,是锚杆质量检测的一项基本内容.锚杆拉拔试验的常用设备为中空千斤顶,手动油压泵,油压表,千分表2】.具体的测试方法及注意事项可以参考相关的试验检测书籍或手册.锚杆拉拔力检测作为一种传统的锚杆性能检测方法,它主要依据拉拔试验测定的拉拔力来评价锚固质量,一方面其判断锚杆拉拔力相对准确,另一方面其试验过程需要的设备多,时间长,有可能对已加固的岩体产生较强的扰动,甚至降低了锚杆对围岩的加固作用,不便于大量锚杆的检测,同时也无法测得锚杆的长度,因此该方法运用的频率较,J,目前主要用于个别锚杆的抽检或特殊要求的锚杆检测l3J.锚杆拉拔力试验要求及评定:每安装300根锚杆至少随时抽样一组(3根),设计变更或材料变更时另做一组拉拔力测试.同组锚杆锚固力或拉拔力的平均值,应大于等于设计值.同组单根锚杆的锚固拔力,f蜀十值的90%.虽然锚杆拉拔力检测方法传统,有些不足,但与目前的一些其它方法比较还是有其自身无法完全被取代的优点,其中有些不足也可以进行适当的改进,降低对结构物的破坏或自身锚固性的降低.目前隧道中锚杆的应用主要还是通过锚杆联合钢筋网,钢架,超前支护及喷射混凝土等组成锚喷支护,形成隧道的初期支护系统.按照隧道相关设计资料来看一般要求锚杆与钢筋网或钢架之间进行焊接,才能起到锚杆的应有作用.如果拉拔力检测的是通过焊接后的锚杆,其结果将无法真实反映锚杆的锚固质量,因此可以通过在施工过程中施工一定数量同条件的并未与任何钢筋网或钢架焊接的锚杆作为拉拔力的测试对象,这样可以极大降低锚杆拉拔过程对锚喷支护系统的破坏,同时也较真实的测得锚杆的锚固力.目前其它仪器设备及测试方法还无法检测到可与设计及规范要求比较的锚杆拉拔力,因此,其重要性还不能完全被忽视.3.2锚杆长度,砂浆密实度检测由于认识,习惯和经济等方面的原因,我国公路隧道支护中用量最多的锚杆为砂浆锚杆.施工中若钻孔呈水平或向下,则锚杆孔的砂浆密实度容易保证;若钻孔上仰,特别是垂直向上,则锚杆孔较难用砂浆注满.因此,对于砂浆锚杆,施工检测中应重点注意砂浆饱满度或密实度.砂浆锚杆的砂浆灌注质量,以前多以锚杆的拉拔力来检验3.但在一般情况下,许多拉拔力合格的锚杆,其灌注质量并不好.理论上讲,只要锚固的水泥砂浆长度大于杆体钢筋直径的40倍,则直至拉拔到锚杆径缩也不会丧失锚固力,但砂浆对锚杆的包裹情况好坏,对锚杆的锚固质量将产生较大的影响,若砂浆对锚杆的包裹不好,锚杆可能会因腐蚀而失去锚固作用.因此,人们希望能够有一种陕速,准确的锚杆质量评价方法,可保证工程质量,确保工程安全的运行.早在上个世纪80年代开始,国内外一些科研部1相继进行了一些科技攻关,并生产出不同类型的专用锚杆质量检测仪,国内的儿.MG(c)锚杆质量检测仪是比较典型的专用锚杆质量(锚杆长度及注浆密实度)检测仪器,目前应用比较广泛.市政?交通?水gc,J_T_程设计lMunlcipd?7WaterResources?wneeringDesl1)检测原理:目前锚杆质量检测设备的理论依据是波在杆中传播的运动学特性,检测注浆密实度和锚杆长度的理论依据是波在杆中传播的动力学特征,即声波法.具体做法是在锚杆顶端施加一瞬态击振力,由布设在锚杆顶端的一个传感器接收反射信号,通过对所接收的反射信号进行时域,频域分析,获得锚杆的有效锚固长度,注浆密实度,并据此对锚杆的锚固质量进行评价.锚杆锚固质量检测原理如图1.图1锚杆检测原理2)检测设备:儿一MG(c)锚杆质量检测仪由采集仪,发射震源,检波器和分析处理软件组成.采集仪具有采样精度高,连续工作时间长,存储量大,对比性好,便携J生,界面美观等特点.与之相对应的分析处理软件功能强大,能够建立锚杆模型及各种分析参数,有各种辅助分析功能(如滤波,积分,微分,频谱,小波分析)及独有的相位分析和反射波自动提取功能,并且可直接将检测结果导入到Excel,打印检测结果图表.此设备主要适用于新近安装锚杆的质量检测(锚杆长度和注浆密实度)及长期运行锚杆的状态评价.检测前应首先将采集仪中的文件名称,采样方式,估计波速,采样间隔等相关名称及参数进行设置,同时锚杆应具有满足声波检测条件要求(直径均匀,外露端面平整等)嘲.通过激发震源产生的弹性波,沿着锚杆传播并向锚杆周围辐射能量,传感器检测到反射回波,并由检测仪对信号进行初步分析与存储.反射信号的能量强度和到达时间取决于锚杆周围或端部的注浆状况.通过对信号进行处理和分析,可以确定锚杆长度以及注浆的整体质量.通过专用数据分析软件得到的波形及结果评价如图2所示.嬲髋十帝串巾峰气臣蛰.Igl口IIII目lI?l1%0lf珊f5】TI一/.极T钕lrl1_,0|嚣:器.图2锚杆检测信号波形及结果评价1513)锚杆检测数量:单项或单位工程的整体锚杆检测抽样率不应低于总锚杆数的10%,且每批不宜少于20根.重要部位或重要功能的锚杆宜全部检测;当单项或单元工程抽检锚杆的不合格率大于10%时,应对未检测的锚杆进行加倍抽检;对于隧道工程的锚杆检测建议可以采取批量或随机抽检某级围岩段20m内的锚杆进行锚固质量的检测评定,其中隧道拱顶部位锚杆必要时进行重点检测.4)检测结果评定:声波法检测锚杆锚固质量的评定指标主要分为注浆密实度(见表1)和锚杆长度(见表2)两个指标来进行综合评定.表1注浆密实度评定量等级一遮丝.波形规则,呈指数快速衰减持续时间短,只有较微弱的底部反射波或没有底部反射波密实J身%9O表2锚杆锚固质量评定锚固质量等级评价标准III1II密实度为A级,且长度合格密实度为B级,且长度合格密实度为C级,且长度合格密实度为D级,或长度不合格锚杆的长度评定:锚杆插入孔内的长度不得短于设计长度的95%t6,;对于杆体长度不小于设计长度的95%,且不足长度不超过0.5m的锚杆,可评定锚杆长度合格网.锚杆长度评定指标建议按照与指标中的要求高者选取,满足要求者评定为合格,否则不合格.r单根锚杆的锚固质量检测分级评价按表2进行.声波法锚杆质量检测具有快速,方便,工作效率高,属于无损检测方法,样本的抽样率理论上可以达到100%等优点.但由于实际锚杆的锚固情况比较复杂,影响因素较多,有些方面还有待进一步的完善,提高.相关规范规定了注浆密实度和锚杆实际长度的下限,实际工程中,需要确定锚杆的锚固长度是否大于设计占镀的95%,注浆密实叟是.大于75%.实际操作过程中,工程检测人员对锚杆的长度判断不可能很准确,对没有反射波的锚杆则无法判断其长度;根据测得的波形,没有一个可行的公式能够计算出密实度,因此要准确提供注浆密实度是不太现实的,目前通行的做法是根据大量的模型锚杆试验按能量损耗来进行计算,但由于岩石地质条件的差异和反射波的复杂眭导致计算的密实度误差较大甚至不能应用.实际砂浆锚杆的锚固质量除了与砂浆密实度和锚杆的长度有关】52外,砂浆的强度,锚杆杆体是否居中也影响到锚杆的锚固质量,锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB500862001)4.2及公路隧道施工技术细.IJ(JTG/TF602009)的7_3都规定锚杆砂浆的强度不应低于M20;公路隧道设计细JJ)(JTG/TD702010)的13.3.9也提到全长粘结型锚杆水泥砂浆的强度等级不应低于M20,直径大于32mm的锚杆,应采取杆体居中的构造措施.在目前的声波法检测锚杆质量中还没有涉及到与砂浆强度及锚杆是否居中的相关分旁科,f芒州对于砂浆强度和杆体是否居中对锚杆锚固质量影响程度的相关研究文献资料还比较少,因此还需要进行大量的试验分析研究.同时声波法检测的锚杆质量结果也无法与锚杆拉拔试验的抗拔力形成对应关系,所以吐.无法完全取代锚杆拉拔力的项目测试.4结论1)锚杆的质量检测技术中,锚杆的拉拔力测试虽然有一定的不足,但对个别锚杆的质量抽检具有其它方法不可替代性,而且可以通过适当的措施改进,弥补其自身的一些不足.2)声波法作为锚杆质量检测评定的方法具有快速,无损检测等许多优点,对于锚杆的质量检测技术是一个很大的进步,但锚杆锚固质量的影响因素居多,在工程实践应用时可能造成检测结论的不确定性,还需要理论和实践的进一步验证,同时工程建设中过程的监控及监督也很有必要.3)锚杆质量检测项目应需经专业培训的操作人员执行.参数的设置,数据的采集及后续资料的整理,如果操作不规范,都有可能影响到检测结果的准确性.4)锚杆拉拔测试与声波法锚杆质量检测综合评价锚杆锚固质量是目前一种相对准确和全面的评价方法.【参考文献】【1】杨勇,张东方,王运生.锚杆锚固质量无损检测理论研究与应用J】.工