锚杆锚固质量无损检测技术及应用

锚杆锚固质量无损检测技术及应用黄世强2010年3月27日目录二、锚杆的主要类型三、规程条文及说明交流提纲一、前言四、锚杆声波反射法检测原理五、模拟锚杆试验六、工程应用及总结七、结束语交流内容一、前言一、前言根据建设部建标[2006]77号文的要求，规程编制组在国内建筑、水利水电、交通、矿山等行业进行了广泛调查研究，认真地组织相关科研院所、高等学校、检测单位进行现场试验和研究，并在广泛征求各行业意见的基础上，编制了《锚杆锚固质量无损检测技术规程》。通过各有关方面的共同努力，住房和城乡建设部已批准发布《锚杆锚固质量无损检测技术规程》（JGJ/T182-2009），自2010年7月1日起开始实施。《锚杆锚固质量无损检测技术规程》的实施为锚杆无损检测工作提供了重要的依据与指导。一、前言锚杆支护广泛应用于地下洞室、隧道支护工程及高边坡治理工程。锚杆支护是通过锚入围岩内部的锚杆改变围岩本身的力学状态，将围岩中一定范围岩体的应力状态由单向（或双向）受压转变为三向受压，从而提高其环向抗压强度，使压缩带既可承受其自身重量，又可承受一定的外部载荷，使其有效地控制围岩变形。锚杆支护一般使用水泥砂浆、化学锚固剂或树脂作为锚杆粘结剂，或采用机械方式，将锚杆锚固在钻孔内。一、前言锚杆施工属于隐蔽工程，传统的锚杆锚固质量主要通过设计、施工、试验和验收等过程进行控制。试验主要是进行材料试验和锚杆抗拔力试验。锚杆抗拔力试验抽检频率一般为1~3%。据有关研究结果表明，当锚杆握裹长度达到42倍锚杆直径时，其握裹力已达到锚杆材质极限抗拉强度，而锚杆锚固长度一般远大于42倍的锚杆直径，因此锚杆拉拔力试验无法全面、客观地反映锚杆整体施工质量状况，特别是难以反映锚杆的锚固密实度。一、前言随着锚杆在工程中的大量使用，锚杆抗拔力试验已明显不能满足检验锚杆锚固质量的要求。根据《锚杆喷射混凝土支护技术规范》(GB50086-2001)的规定，对于全长粘结型锚杆，合格锚杆的长度应符合设计值，注浆密实度不得小于75%，锚杆入岩长度和注浆密实度是反映锚杆锚固质量的主要参数。近年来，一些大型工程（如水电工程、公路和铁路交通工程、矿山工程等）探索采用无损检测技术检测锚杆的长度和注浆密实度，以达到有效评价锚杆锚固质量的目的，但基本上处于一种杂乱、无序的状态，检测技术水平与成果质量难以保证。基于这种情况下，为了规范锚杆锚固质量无损检测方法与技术，使其符合技术先进、安全适用、经济合理、评价正确，特制定本规程。一、前言本规程适用于建筑、水利、水电、交通、矿山等各类建设工程的全长粘结锚杆的锚固质量无损检测。从调查结果看，工程中基本上以全长粘结型锚杆占绝大多数，其它类型的锚杆相对较少。本规程推荐使用声波反射法作为全长粘结锚杆的锚固质量无损检测方法，采用激振声波信号，实测加速度或速度响应曲线，依据波动理论进行分析，进而达到评价锚杆锚固质量的目的。对于其他类型的锚杆，可参照执行本规程。目录二、锚杆的主要类型交流内容二、锚杆的主要类型1、锚杆的分类锚杆的分类和定义缺少统一，各规程、规程也不相一致，一般锚杆可按以下分类：（1）按应用对象分：岩石锚杆、土层锚杆；（2）按施加应力分：预应力锚杆、非预应力锚杆；（3）按锚固机理分：粘结式锚杆、摩擦式锚杆、端头锚固式锚杆和混合式锚杆；（4）按锚杆杆体构造分：胀壳式锚杆、水胀式锚杆、自钻式锚杆和缝管式锚杆；（5）按锚固体传力方式分：压力型锚杆、拉力型锚杆和剪力型锚杆；（6）按锚固体形态分：端部扩大型锚杆、连续球型锚杆；（7）按锚固体材料分：砂浆锚杆、树脂锚杆、药卷锚杆；（8）按作用时段和服务年限分：永久锚杆、临时锚杆；（9）按布置形式分：系统锚杆、随机锚杆；（10）按锚固范围分：集中（端头）锚固类锚杆和全长锚固类锚杆；（11）按锚固方式分：机械锚固型锚杆和粘结锚固型锚杆；二、锚杆的主要类型2、锚杆的类型（1）全长粘结锚杆：锚杆孔全长填充粘结材料的锚杆。（2）预应力锚杆：施加预应力的锚杆。（3）摩擦型锚杆：靠锚杆体与孔壁之间的摩擦力起锚固作用的锚杆。（4）砂浆锚杆：以水泥砂浆、快硬水泥砂浆为锚固剂的粘结型锚杆。（5）水泥药卷锚杆：以水泥药卷为锚固剂的粘结型锚杆。（6）树脂锚杆：以树脂为锚固剂的粘结型锚杆。（7）自钻式锚杆：锚杆本身兼有造孔钻杆功能，将造孔、注浆和锚固结合为一体的锚杆，亦称自进式锚杆。二、锚杆的主要类型（8）缝管式锚杆：将沿纵向开缝的薄壁钢管强行推入比其外径小的钻孔中，借助钢管对孔壁的径向压力产生阻力而起锚固作用的锚杆。（9）花管注浆锚杆：以在管壁布置一定数量小孔的钢管为杆体插入钻孔后，通过杆体空腔的小孔向锚杆孔注浆的砂浆锚杆。（10）水胀式锚杆：将用薄壁钢管加工成的异型空腔杆件，送入比其略大的钻孔中，通过向该杆件空腔高压注水，使杆件膨胀与孔壁产生摩阻力而起到锚固作用的锚杆。（11）永久性锚杆：与主体工程使用年限相符，在工程有效运行期内能够保持性能稳定和质量标准，或具备检修更换条件，可持续发挥作用的锚杆。二、锚杆的主要类型（12）临时锚杆：达不到主体工程同等使用年限标准，只要求在工程施工期间或特定阶段起作用的锚杆，工程正常运用工况条件下一般不考虑其作用。（13）系统锚杆：根据岩（土）体整体稳定要求，在整个开挖面上，按一定间距、一定规律布置的锚杆。（14）随机锚杆：为防止岩（土）体塌落或滑动，在局部布设的锚杆二、锚杆的主要类型目录交流内容三、规程条文及说明1、总则1.0.1为了规范锚杆锚固质量无损检测方法与技术，使其符合技术先进、安全适用、经济合理、评价正确，制定本规程。1.0.2本规程适用于建筑工程全长粘结锚杆的锚固质量无损检测。(其他类型锚杆的锚固质量无损检测可参照执行)1.0.3锚杆锚固质量无损检测方法应根据检测条件、适用范围、施工工艺等合理使用。1.0.4现场作业时，应遵守现行安全和劳动保护的有关规定。(由于锚杆一般位于边坡、洞室等地质条件差、施工环境复杂、风险源较集中的部位，故现场检测作业时应遵守现行安全和劳动保护的有关规定，确保安全)1.0.5本规程规定了全长粘结锚杆锚固质量无损检测的基本技术要求。当本规程与国家法律、行政法规的规定相抵触时，应按国家法律、行政法规的规定执行。1.0.6锚杆锚固质量无损检测除应执行本规程外，尚应符合国家现行有关强制性标准的规定。三、规程条文及说明3、基本规定3.1一般规定3.1.1锚杆锚固质量无损检测内容应包括锚杆杆体长度检测和锚固密实度检测。（全长粘结型锚杆检测的内容包括锚杆杆体长度、锚固密实度，摩擦型、膨胀型、管楔型等非粘结型锚杆可采用声波反射方法检测杆体长度）3.1.2锚杆锚固质量无损检测应委托有检测资质的单位承担。（为了保证检测数据的准确、公证，根据中华人民共和国建设部第141号令建设工程质量检测管理办法的规定，试验和检测均应由有相应资质的单位进行）3.1.3锚杆锚固质量无损检测前宜进行锚杆模拟试验。（模拟锚杆对于检测人员来讲是“盲杆”，通过锚杆模拟试验获得不同缺陷锚杆的波形，同时对检测人员的检测水平和检测仪器的测试精度进行考核）三、规程条文及说明3.1.4锚杆锚固质量宜分项目或单元进行抽样检测。（大型工程包含的项目较多，有些项目的施工周期较长，分单元进行施工与验收，可按项目和单元检测，以便与施工、验收相对应）3.1.5锚杆锚固质量无损检测资料分析，宜对照所检测工程锚杆模拟试验成果或类似工程锚杆锚固质量无损检测资料进行。（对于大型工程一般应进行锚杆模拟试验，但不可能所有型号、所有地质条件下的均进行锚杆模拟试验，还应通过在检测过程中总结规律，逐步建立工程的锚杆检测图库。为了保证检测成果质量，在内业资料整理前，应对所检测的每根锚杆的检测数据进行检查验收，锚杆检测数据合格的方可进行资料分析处理。单项工程可对检测过的锚杆进行系统抽样检查，通过抽样检查控制一个工程单元的检测数据质量是否合格）三、规程条文规定及说明3.2检测数量3.2.1单项或单元工程的整体锚杆检测抽样率应不低于总锚杆数的10%，且每批宜不少于20根。重要部位或重要功能的锚杆宜全部检测。（重要部位如岩锚吊车梁、起重机锚固墩、地下厂房顶拱等等）3.2.2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。三、规程条文及说明3.3检测成果3.3.1锚杆检测成果应以简报、单项或单元工程检测报告的方式提交。（有些零星检测项目或小工程一般不设检测机构，一次进场完成，检测工期短、检测数量少，可采取直接提交成果报告的方式）3.3.2简报应包括锚杆布置图、检测成果表。3.3.3单项或单元工程检测报告宜在各期简报的基础上综合整理分析后编制。三、规程条文及说明3.3.3单项或单元工程检测报告宜在各期简报的基础上综合整理分析后编制。3.3.4检测报告宜包含以下主要内容：1）工程项目及检测概况；2）检测依据；3）检测方法及仪器设备；4)检测资料分析；5）检测成果综述；6）检测结论；7）附图和附表。三、规程条文及说明3.4检测机构和检测人员3.4.1检测机构应通过计量认证，并具有相关资质。3.4.2检测人员应经上岗培训合格，并持证上岗。(根据中华人民共和国建设部第141号令建设工程质量检测管理办法的规定)三、规程条文及说明4检测仪器4.1一般规定4.1.1检测设备应经国家质量技术监督部门授权的检定机构检定或校准合格。（当前锚杆无损检测的仪器大多在基桩低应变检测仪器的基础上开发出来的，甚至直接使用测桩仪进行锚杆检测，但近年来已有一些厂商开发出了专门的锚杆检测仪。锚杆检测仪其原理与桩基低应变仪类同，但在传感器、激振、频率响应等方面充分考虑了锚杆的特性，更加适用于锚杆无损检测，所以规定使用经技术监督部门批准生产的专用锚杆无损检测仪）三、规程条文及说明4.1.2检测设备应每年检定或校准一次。4.1.3检测设备应配套齐全、功能完整、主要技术参数符合本规程要求。三、规程条文及说明4.2采集仪器4.2.1检测仪器的采集器应具有现场显示、输入、保存实测波形信号、检测参数的功能，宜有对现场检测信号进行分析处理、与计算机进行数据通信的功能，一屏应能显示不少于三条波形。（便于检测人员在现场检测时，能识别、判断信号的有效性，保持检测数据的质量，同时也保证资料分析评判人员能完整地使用现场检测数据，从而保证了“现场检测—数据检查—成果分析”的连续性）4.2.2采集器模拟放大的频率带宽不窄于10Hz~50kHz，具有滤波频率可调，A/D不低于16位，最小采样间隔不大于1µs。（主要考虑锚杆的振动特性和声波传播特征，一般锚杆的激振频率和固有频率均较高（10Hz~100kHz），所以规定数据采集的采样率和A/D转换精度等参数，以保证所采集的信号质量）三、规程条文及说明4.2采集仪器4.2.3采集器应能与超磁致伸缩声波震源或其他瞬态冲击震源匹配工作。（为了检测各种类型的锚杆，配备多种震源是必须的。如短锚杆和长锚杆，硬质围岩和软质围岩等，所采用的检测震源及激振频率会有所区别）4.2.4检测资料的分析软件宜具有数字滤波、幅频谱分析、瞬时相位谱分析、能量计算等信号处理功能，及锚杆杆长计算、缺陷位置计算和密实度分析功能，可将检测波形、计算参数、分析结果导入Excel、Word等文档。（便于数据处理、成果分析和报告编制）三、规程条文及说明4.3激发与接收设备4.3.1激振器激振频率范围应在10Hz~50kHz，宜使用超磁致伸缩声波震源。（声波接收传感器使用速度或加速度传感器，一般加速度传感器体积小、高频响应较好，速度传感器一般体积大、低频响应较好。由于锚杆直径小，激振频率高，故推荐使用加速度传感器）4.3.2接收传感器感应面直径应小于锚杆直径，可通过强力磁座或其它方式与杆头耦合。三、规程条文及说明4.3.3接收传感器频率响应范围宜在10Hz~50kHz，当响应频率为160Hz时，加速度传感器的电荷灵敏度宜为10pc/m/s2~20pc/m/s2；当响应频率为50Hz时，加速度传感器的电压灵敏度宜为50mV/cm/s~300mV/cm/s。（采集仪器和接收传感器、激振设