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1、岩土工程锚杆检测技术发展现状[摘要]在岩土工程中,锚杆支护技术应用较广。因此,对于锚杆施工质量检测要求较高。本文综述了目前国内外锚杆施工质量检测技术,为进一步研究更为先进的锚杆无损检测技术打下一定基础。[关键词]锚杆;检测;岩土工程[中图分类号]TU753.1 [文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2007)S0-0344-03 岩土工程锚固技术是以锚杆-喷射混凝土支护为主要技术措施的,在岩土体的利用、整治和改造中,有效控制岩土体的稳定性,使之具有服务功能的加固技术的总称[1]。岩土锚固能充分发挥岩土能量,调用和提高岩土的自身强度和自稳能力,大
2、大减轻结构物自重,节约工程材料,并确保施工安全与工程稳定,具有显著的经济效益和社会效益,因而世界各国都大力发展岩土锚固技术[2]。 在岩土锚固工程中,锚杆支护占有重要地位。锚杆加固技术具有安全快速、低成本等特点,一开始就得到人们的广泛关注和高度重视。1911年,美国首先用岩石锚杆支护矿山巷道,1934年阿尔及利亚的舍尔法坝加高工程使用预应力锚杆。现在,锚杆支护已经发展成为地下工程的一种主要支护形式。例如,美国、澳大利亚的地下工程支护中,锚杆支护占90%以上。西欧、中欧及日本等国,经过近20多年的发展,锚杆支护也已成为地下工程的主要支护形式。 我国锚杆加固技术早在2
3、0世纪50年代中期就已经起步。近年来,随着经济的加强,锚杆支护技术在我国也得到了迅猛的发展,支护量成倍增加,新的科研成果不断涌现。从硬岩发展到松软、破碎围岩;从小断面发展到大断面硐室、交叉点、马头门等;从一般条件发展到大冒顶、大淋水、底鼓和地质构造带等复杂条件;从地下工程支护发展到地上工程维修;从仅受静压作用的地下工程发展到受动压影响的地下工程。在矿山、交通、建筑、水利水电、军事人防等工程中得到越来越广泛的应用。目前,仅三峡船闸各类锚杆数量就共达180276根,其中直立墙高强锚杆92657根、普通锚杆8985根、锁口锚杆8153根。 由此可见,锚杆已经在岩土工程和地下工
4、程中占有不可缺少的地位。因此,对锚杆结构健康状况检测的研究也就具有很强的经济意义和社会意义。 传统的锚杆锚固状态的检测手段,主要有两种: 1)对锚杆荷载变化进行长期或短期观测,可采用按机械、液压、振动、电气和光弹原理制作的各种不同类型的测力计。但这些测力计一般需要预埋,受电磁场干扰大,在潮湿、温差大的条件下灵敏度大大降低更不能适应在偏载和爆破震动、坍落岩石的冲击下长期正常工作。 2)对于工程界广泛使用的未预埋测力计的锚杆过去没有可靠的监测设备,主要依靠对锚杆的抗拔力测试。其张拉荷载是靠张拉千斤顶的活塞面积和油泵压力换算的。这种方法虽然适用于这些场合,但却存在着许
5、多不足,如方法是一种破坏性检测,抗拔力并不能完全反映锚杆的锚固状态等。 这种形势下,我们迫切需要一种既简便经济又迅速可靠的锚杆质量检测方法,为施工质量控制和工程可靠性检测提供可靠的手段。因此,研究和应用新的方法来弥补静载荷试验法是十分必要和具有重要意义的。 1)国外锚杆检测研究现状 国外,锚杆锚固质量无损检测的研究工作最早始于1987年,瑞典提出用超声波能量损耗的原理来检测锚杆灌注质量,并由Geodynamik公司据此于1990年推出了锚杆质量检测仪Boltometer(见图1)。此方法的原理为:当锚杆与岩石锚固质量很好时,超声波的能量基本都被散射,只有极小的反
6、射信号甚至没有反射信号;而当锚固质量较差时,则会产生明显的反射信号。检测范围随灌浆材料不同而变化:当灌浆材料为水灰比0.5的水泥砂浆时,检测长度可达到5m;当材料为水灰比0.28的水泥砂浆时,检测长度仅达1m;当灌浆材料为环氧树脂或热塑性塑料时,检测长度也仅为1m。但该检测方法存在检测时要求激发条件非常苛刻(必须保证安放传感器的锚杆端部平整)、无法检测锚杆长度等缺点。检测结果也只能推断锚杆的相对抗拔力,不能对锚杆锚固质量的完整性进行评价。此外,这种方法最大的问题就是将无反射信号作为评判锚固质量好的标准,而没有考虑握裹层与锚杆界面结合状态、锚杆终端角度等因素而引起的反射信号较
7、小带来的影响。图1 Boltometer锚杆检测仪 90年代,美国矿业管理局开发出能检测锚杆应变和延伸率的超声波仪器,但它无法评价锚杆的施工质量。I.Vrkljan等人提出利用锚杆的频率响应决定锚固质量。他们采用锤击锚杆顶部,利用加速度仪测量锚杆轴向反射信号,目的为建立锚杆主频与锚固质量之间的关系。这种方法存在很大的局限性,它要求水泥砂浆必须紧靠锚杆端部,并且这种方法无法测量锚杆的长度。 Queensland大学矿物研究中心宣称可以基于频率响应函数的方法测定锚杆的锚固质量和锚杆的长度,并且研制了一套检测设备
