云天禹，劉 拓，崔欣月

（中水東北勘測設(shè)計研究有限責(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)條件錯綜復(fù)雜，在施工開挖過程中需要通過噴錨支護的手段加固洞室圍巖，提高其堅固性和整體性。錨噴支護的質(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，而且錨噴支護屬于隱蔽工程，一旦電站開始運行，很難再次進行質(zhì)量缺陷檢測，如發(fā)生安全質(zhì)量問題，后果將是非常嚴重的。因此，在電站施工過程中，需要對錨桿的錨固質(zhì)量進行準確檢測，以保證電站施工及運行期間的安全穩(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法和錨桿無損檢測法。錨桿拉拔試驗法檢測流程：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行拉拔力試驗。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，能夠快速實現(xiàn)錨桿長度和注漿飽滿度的測定，具有高效、準確及經(jīng)濟等特點[1]，目前已得到廣泛應(yīng)用。下文將重點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

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

錨桿的底端可視為一個波阻抗界面。使用小錘敲擊錨桿頂端時，會產(chǎn)生激震力，在錨桿頂端產(chǎn)生的應(yīng)力波會沿著桿體向下傳播。當錨桿周圍注漿密實度或桿體材料發(fā)生變化的時候，應(yīng)力波就會在變化處發(fā)生反射和透射[3]。因此，錨桿桿體周圍的漿液密實度越高、桿體的材質(zhì)越堅硬，波形就會越規(guī)則，波速衰減也較快；桿體周圍的漿液密實度越低、桿體的材質(zhì)較差，波形就會越復(fù)雜，波速衰減也會較慢。對現(xiàn)場采集得到的波形進行時頻分析時，通過拾取桿體底端的反射波信號和異常波形區(qū)域的旅行時數(shù)據(jù)，即可計算錨桿長度，并確定桿體周圍漿液不密實的區(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)進行分析時，應(yīng)主要分析其時域信號，并根據(jù)現(xiàn)場采集得到的應(yīng)力波波形圖，通過處理軟件將時域信號轉(zhuǎn)化為頻率域信號，在頻率域?qū)﹀^桿質(zhì)量進行綜合判定。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不同，測得的波速也不相同。因此，在實際工程檢測中，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)格的錨桿作為試驗錨桿，計算錨桿的平均波速值，將計算結(jié)果作為計算待檢測錨桿長度的依據(jù)。確定注漿缺陷位置時，應(yīng)首先識別錨桿底部反射信號，當接收到的反射信號旅行時小于桿底反射旅行時的時候，證明桿體周圍存在缺陷部位，進而根據(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4 臺機組，采用單機容量為300 MW 的單級混流可逆式水泵水輪機。該電站目前已投入使用，在電網(wǎng)系統(tǒng)中承擔填谷、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 級或III 級高強度的精扎高強鋼筋或螺紋鋼筋，桿體周圍的砂漿混合了強度等級不低于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。在進行現(xiàn)場資料采集時，需要先使用砂紙對錨桿露頭部分進行磨平處理。通過處理軟件對試驗結(jié)果進行分析，可以確定所有錨桿的長度及注漿飽滿度，并標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)計長度為4.50 m，實測長度為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。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)計長度為6.00 m，實測長度為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，可見微弱的桿底反射波信號。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)計長度為6.00 m，實測長度為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，可見微弱的桿底反射波或缺陷多次發(fā)射信號。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)計長度為3.00 m，實測長度為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后衰減形態(tài)，持續(xù)時間長，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例驗證，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錨桿的長度及注漿飽滿度進行定量計算。進行錨桿無損檢測之前，應(yīng)提前對待檢測錨桿的型號、砂漿配比及施工工藝進行跟蹤了解，通過檢測支護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)錨桿的支護能力。在進行錨桿無損檢測時，為排除誤差影響，應(yīng)對同一根錨桿進行連續(xù)多次的采集，結(jié)果一致后方可認為數(shù)據(jù)有效。

利用錨桿無損檢測方法檢測支護錨桿質(zhì)量具有無損、簡便、快速的特點。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。