不同工況下錨桿施工無(wú)損檢測(cè)精度研究與施工質(zhì)量評(píng)價(jià)

干 海 勇, 劉 武 超, 楊 俊 安, 雷 博

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 問(wèn)題的提出

錨噴支護(hù)是地下及邊坡工程的主要施工手段，錨桿施工規(guī)范規(guī)定：若采用“先注漿后安裝錨桿”的施工方法，其鉆頭直徑應(yīng)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(yīng)比錨桿直徑大25 mm以上。錨桿安裝應(yīng)根據(jù)錨桿的長(zhǎng)度、方向及粘接材料性能綜合選定以確保錨固的密實(shí)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(zhǎng)度是錨桿能否按設(shè)計(jì)要求起到錨固效果的重要指標(biāo)。對(duì)于錨桿施工的質(zhì)量檢測(cè)，傳統(tǒng)的方法為有損檢測(cè)，該檢測(cè)方法具有不完整性、破壞性、效率低、費(fèi)用高、適應(yīng)能力低等方面的局限性。近幾年，無(wú)損檢測(cè)由于其能夠?qū)崿F(xiàn)快速、全面和科學(xué)的檢測(cè)，且對(duì)結(jié)構(gòu)使用性能不會(huì)造成影響而得到廣泛的應(yīng)用。

兩河口水電站大壩工程標(biāo)錨桿按其規(guī)格及長(zhǎng)度可分為:φ22/L=3 m；φ25/L=4.5 m；φ28/L=6 m；φ28/L=9 m；依據(jù)錨桿安裝的選擇方法并結(jié)合該工程的錨桿規(guī)格型號(hào)，最終選擇的方法為：對(duì)于長(zhǎng)度小于6 m的錨桿，采用“先注漿后插錨桿”的方式；對(duì)于長(zhǎng)度大于6 m的錨桿，采用“先插錨桿后注漿”的方式。招標(biāo)文件規(guī)定該工程的砂漿錨桿注漿密實(shí)度和錨桿長(zhǎng)度采用無(wú)損檢測(cè)方法。兩種施工工藝能否滿足設(shè)計(jì)要求的各項(xiàng)指標(biāo)，無(wú)損檢測(cè)試驗(yàn)對(duì)砂漿密實(shí)度及錨桿長(zhǎng)度檢測(cè)的準(zhǔn)確性需進(jìn)一步根據(jù)模擬注漿試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

2 研究方法與思路

通過(guò)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(xiàn)場(chǎng)的模擬試驗(yàn)，研究了無(wú)損檢測(cè)砂漿密實(shí)度對(duì)比人工模擬缺陷的準(zhǔn)確性、錨桿檢測(cè)長(zhǎng)度對(duì)比實(shí)際安裝長(zhǎng)度的準(zhǔn)確性，同時(shí)對(duì)比分析和研究了不同工況下錨桿施工的實(shí)體質(zhì)量。結(jié)合分析結(jié)果，進(jìn)一步驗(yàn)證了無(wú)損檢測(cè)的可靠性、準(zhǔn)確性及不同工況條件下兩種施工工藝、施工質(zhì)量的對(duì)比分析，確定了兩種施工工藝滿足該工程施工的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

3 試驗(yàn)方案

3.1 技術(shù)指標(biāo)

使用人工砂，過(guò)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(yán)格按照M20配合比配制砂漿。

3.2 試驗(yàn)方法

采用搭設(shè)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(hào)：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(duì)邊坡錨桿試驗(yàn)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(hào)：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(duì)洞室錨桿試驗(yàn)采取“先注漿后插錨桿”的工藝。

每組錨桿隨機(jī)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(zhǎng)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(shí)后再用木板或鋼板進(jìn)行封堵。

采用YSB-2A型錨桿注漿機(jī)注漿?！跋茸{后插錨桿”時(shí)，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(nèi)填滿砂漿；“先插錨桿后注漿”時(shí)，先安裝注漿管，對(duì)仰角小于30°的錨桿安裝排氣管，注漿前先對(duì)錨桿孔孔口進(jìn)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(zhǎng)度不小于200 mm，注漿管內(nèi)徑為16～18 mm，排氣管內(nèi)徑為6～8 mm，注漿時(shí)等排氣管出漿或不再排氣時(shí)方可停止。

試驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)模擬缺陷位置進(jìn)行精確定位并記錄，對(duì)放置到位的PVC管進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)，無(wú)損檢測(cè)亦按此編號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，以保證試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)有序。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)錨桿進(jìn)行統(tǒng)一編號(hào)：1～48號(hào)。此編號(hào)與無(wú)損檢測(cè)編號(hào)一致。

4 試驗(yàn)取得的成果

主要檢測(cè)儀器為T(mén)S-ABC602型錨桿索無(wú)損檢測(cè)儀，依據(jù)《水電水利工程錨桿無(wú)損檢測(cè)規(guī)程》(DL/T5424—2009)規(guī)定錨桿合格的判斷標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 模擬邊坡地形

模擬邊坡不同坡比地形的錨桿設(shè)計(jì)直徑均為28 mm，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1～5。

表1 水平方向錨桿檢測(cè)結(jié)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(cè)結(jié)果為：Ⅱ類(lèi)錨桿為4根，Ⅲ類(lèi)錨桿為1根，Ⅳ類(lèi)錨桿為1根，其中兩組人為模擬3處缺陷，為Ⅲ類(lèi)及Ⅳ類(lèi)錨桿。

表2 傾斜17°錨桿檢測(cè)結(jié)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(cè)結(jié)果為：Ⅱ類(lèi)錨桿為4根，Ⅲ類(lèi)錨桿為2根，其中兩組人為模擬3處缺陷，為Ⅲ類(lèi)錨桿。

表3 傾斜27°錨桿檢測(cè)結(jié)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(cè)結(jié)果為：Ⅰ類(lèi)錨桿為1根，Ⅱ類(lèi)錨桿為4根，Ⅲ類(lèi)錨桿為1根，其中兩組人為模擬3處缺陷，出現(xiàn)1組Ⅱ類(lèi)錨桿，1組Ⅲ類(lèi)錨桿。

表4 傾斜45°錨桿檢測(cè)結(jié)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(cè)結(jié)果為：Ⅱ類(lèi)錨桿為3根，Ⅲ類(lèi)錨桿為3根，其中兩組人為模擬3處缺陷，為Ⅲ類(lèi)錨桿。

表5 傾斜56°錨桿檢測(cè)結(jié)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(cè)結(jié)果為：Ⅱ類(lèi)錨桿為3根，Ⅲ類(lèi)錨桿為3根，其中兩組人為模擬3處缺陷，出現(xiàn)1組Ⅲ類(lèi)，1組Ⅳ類(lèi)錨桿。

4.2 模擬洞室地形

模擬洞室不同地形單根錨桿檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6～8。

表6 水平方向錨桿檢測(cè)結(jié)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(cè)結(jié)果為：Ⅱ類(lèi)錨桿為6根，其中兩組人為模擬1～2處缺陷，為Ⅱ類(lèi)錨桿。

表7 仰角30°錨桿檢測(cè)結(jié)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(cè)結(jié)果為：Ⅱ類(lèi)錨桿為5根，Ⅲ類(lèi)錨桿為1根，其中兩組人為模擬1～2處缺陷，出現(xiàn)1組Ⅱ類(lèi)錨桿，1組Ⅲ類(lèi)錨桿。

表8 仰角90°錨桿檢測(cè)結(jié)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(cè)結(jié)果為：Ⅱ類(lèi)錨桿為5根，Ⅲ類(lèi)錨桿為1根，其中兩組人為模擬1～2處缺陷，出現(xiàn)1組Ⅱ類(lèi)錨桿，1組Ⅲ類(lèi)錨桿。

5 無(wú)損檢測(cè)精度評(píng)價(jià)

5.1 長(zhǎng) 度

由于在錨桿切割過(guò)程中造成錨桿的實(shí)際安裝長(zhǎng)度與設(shè)計(jì)長(zhǎng)度之間存在誤差，就錨桿的檢測(cè)長(zhǎng)度與實(shí)際安裝長(zhǎng)度進(jìn)行了對(duì)比分析，其結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 試驗(yàn)后長(zhǎng)度指標(biāo)統(tǒng)計(jì)表

依據(jù)對(duì)表9中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知：無(wú)損檢測(cè)得出的檢測(cè)長(zhǎng)度與實(shí)際長(zhǎng)度的相對(duì)誤差在0～3.23%之間，相對(duì)誤差為0的共12組，占總數(shù)的25%；相對(duì)誤差在0～1%之間的共32組，占總數(shù)的66.67%；相對(duì)誤差在1%～2%之間的共3組，占總數(shù)的6.25%；相對(duì)誤差大于2%的共1組，占總數(shù)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(zhǎng)度無(wú)損檢測(cè)準(zhǔn)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(jí)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(yàn)分別選取16組不同工況下的錨桿，在錨固體系中人為設(shè)置了1～3處缺陷，長(zhǎng)度約300 mm，在不告知檢測(cè)人員的情況下，對(duì)錨桿進(jìn)行了無(wú)損檢測(cè)，確認(rèn)檢測(cè)儀對(duì)缺陷處檢測(cè)的準(zhǔn)確性，其結(jié)果見(jiàn)表10。

表10 錨桿注漿工藝試驗(yàn)桿體設(shè)置缺陷統(tǒng)計(jì)匯總表

說(shuō)明：缺陷處的距離從錨桿安裝的孔口位置算起。

依據(jù)對(duì)表10中的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知：人為模擬設(shè)置的缺陷共39處，無(wú)損檢測(cè)出缺陷的位置共31處，比例為79.5%；其中對(duì)于長(zhǎng)度為3 m、4.5 m的錨桿人為模擬設(shè)置的缺陷共9處，無(wú)損檢測(cè)出的缺陷位置共8處，比例為88.9%；對(duì)于長(zhǎng)度為6 m、9 m的錨桿，人為模擬設(shè)置的缺陷共30處，無(wú)損檢測(cè)出的缺陷位置共23處，比例為76.7%。由此可見(jiàn)：隨著錨桿長(zhǎng)度的增長(zhǎng)，無(wú)損檢測(cè)對(duì)缺陷的探測(cè)靈敏度相對(duì)降低，與錨桿的直徑大小無(wú)關(guān)。

5.3 砂漿飽滿度

錨桿注漿工藝試驗(yàn)共48根，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)分析評(píng)價(jià)得知：按砂漿飽和度統(tǒng)計(jì)分析Ⅰ類(lèi)錨桿為1根，占總數(shù)量的2.08%；Ⅱ類(lèi)錨桿為33根，占總數(shù)量的68.75%；Ⅲ類(lèi)錨桿為12根，占總數(shù)量的25%；Ⅳ類(lèi)錨桿為2根，占總數(shù)量的4.17%，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)圖1。

人為模擬缺陷共16根，剔除人為模擬缺陷后無(wú)損檢測(cè)分析評(píng)價(jià)按砂漿飽和度統(tǒng)計(jì)分析Ⅰ類(lèi)錨桿為1根，占總數(shù)量的3.125%；Ⅱ類(lèi)錨桿為29根，占總數(shù)量的90.625%；Ⅲ類(lèi)錨桿為2根，占總數(shù)量的6.25%，統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果見(jiàn)圖2。

6 工藝質(zhì)量評(píng)價(jià)

“先注漿后插錨桿”與“先插錨桿后注漿”兩種工藝試驗(yàn)密實(shí)度結(jié)果對(duì)比情況見(jiàn)表11。

圖1 砂漿飽滿度質(zhì)量等級(jí)統(tǒng)計(jì)圖

圖2 剔除缺陷后砂漿飽滿度質(zhì)量等級(jí)統(tǒng)計(jì)圖

測(cè)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(shí)度加權(quán)平均值81.984.483.381.583.282.4

依據(jù)對(duì)表11的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(yàn)密實(shí)度相差不大，密實(shí)度均較好，同時(shí)，兩種錨桿安裝施工工藝均滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求及現(xiàn)場(chǎng)施工要求。

通過(guò)模擬試驗(yàn)分析，剔除了模擬設(shè)置缺陷后達(dá)到Ⅱ級(jí)及以上標(biāo)準(zhǔn)的錨桿為93.75%，Ⅰ類(lèi)錨桿所占總數(shù)量的比例為2.08%。模擬試驗(yàn)錨桿砂漿可泵性較差，試驗(yàn)過(guò)程中存在多處堵管現(xiàn)象。由于人工砂粒型不好，人工砂顆粒呈現(xiàn)出針、片狀居多可能是造成本次試驗(yàn)Ⅰ類(lèi)錨桿比例偏少的主要原因，同時(shí)，試驗(yàn)人員的現(xiàn)場(chǎng)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(lèi)錨桿比例偏少。為提高砂漿強(qiáng)度及施工的可操作性、可泵性，提高施工功效，筆者建議：在實(shí)際施工中采用摻一定比例的天然砂。

7 結(jié) 語(yǔ)

本次通過(guò)模擬注漿試驗(yàn)對(duì)比分析與研究不同工況下錨桿施工無(wú)損檢測(cè)精度與施工質(zhì)量，其結(jié)果達(dá)到了預(yù)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(biāo)，同時(shí)無(wú)損檢測(cè)針對(duì)砂漿密實(shí)度及錨桿長(zhǎng)度檢測(cè)的符合度較高；由于條件有限，本次試驗(yàn)未考慮巖石類(lèi)別對(duì)兩種施工工藝的影響以及不同巖石類(lèi)型對(duì)無(wú)損檢測(cè)的影響。