可测深注浆管在锚固工程检测中的应用

赵 杰

（北京全路通信信号研究设计院集团有限公司，北京100070）

随着我国经济的快速发展，基础工程建设不断向山区推进。锚固工程由于能充分发挥岩土的自承能力、提高岩土自身强度和协调岩土的自稳能力，达到快速承载、节省材料的效果，并能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，被越来越多的应用到实际工程中。

岩土锚固工程主要为预应力锚索（杆）工程，其复杂性和隐蔽性导致在工程质量监督方面的难道较大。如果锚固工程施工过程中由于施工或塌孔原因导致下索深度不到位，仍然注浆张拉，就会不同程度影响锚固工程的有效性，也会降低工程的安全性和可靠性。所以预应力锚索（杆）工程施工质量检测工作非常重要，只有保证预应力锚索（杆）工程检测工作的质量，提高检测评定结果的可靠性，才能真正地确保锚固工程的质量和安全。

1 目前锚固工程质量检测的主要方法

目前锚固工程质量检测的方法主要有机械式扭矩测力、千斤顶拉拔和钻孔取芯的传统检测方法以及根据应力波探测和应力波传播的耦合原理的应力波反射法、超声波法和超声导波法等。

传统的检测方法属于破坏性检测，不适合于大规模应用。无损检测方法存在检测最大长度受限、底端反射无法准确识别、受激发信号影响明显、可检测率低等问题；此外工程界普遍把锚索作为锚杆的特殊结构形式之一，但锚索自身结构复杂，应力波在其内部的传播机理与锚杆是否一致还未明确，而且锚杆的无损检测理论还未成熟，沿用锚杆的检测方法，增加了锚索质量检测的不确定性。

一般认为无粘结锚索（杆）便于检测，有粘结锚索（杆）可测率低，预应力锚索（杆）长度超过30m都将带来检测困难。特别是锚孔灌浆完成质量的问题，其检测结果具有更多的不确定性，当前尚无有效的解决方案。在这种形势下，我们急需一种既经济又简便可靠的预应力锚索（杆）质量检测的方法，为施工质量控制和工程可靠性检测提供关键技术。

2 可测深注浆管的基本原理

近年来，伴随着光纤通信技术的迅猛发展，光纤传感技术在岩土工程中也得到了大量推广和应用。光纤传感技术是以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术，具有一系列独特的、其他载体和媒质难以相比的优点，普遍认为是解决锚固工程质量实际困难和现实要求的重要突破口。

2.1 锚固理论长度分析

按规定要求，锚固工程施工中锚孔注浆的过程是通过锚索（杆）内的注浆管向孔内压浆，并通过孔底返浆的形式来完成的[1]，注浆管的长度与锚索（杆）的长度基本一致。因此，可以通过检测注浆管的长度来间接检测锚索（杆）的长度及锚孔注浆质量。

2.2 OTDR原理

OTDR的工作原理就类似于一个雷达。对光纤发出一束光脉冲，当光脉冲在光纤内传输时,会由于光纤本身的性质、连接器、接头、弯曲或其他类似的事件而产生瑞利散射和菲涅尔反射,其中一部分的散射光和反射光经过同样的路径延时返回到OTDR中。OTDR根据入射信号与其返回信号的时间差τ，利用下式就可计算出上述事件点与OTDR的距离：

d：光纤起终点的距离；

c:光在真空中的速度；

t:信号发射后到接收到信号（双程）的总时间；

n:光纤纤芯的有效折射率。

由此设计出一种可测深注浆管，即在普通注浆管中内置一根光纤，通过测量光纤的长度确定注浆管的长度，进而间接判断预应力锚索（杆）的实施长度及锚孔注浆完成质量是否满足设计要求。

3 工程应用

为验证可测深注浆管的工作性能，选取某高速公路MK107+580～EK0+000左侧边坡锚固工程作为依托进行实践检验，图1为边坡现场图。

图1 MK107+580～EK0+040段边坡现场图

变更后各级锚固加固工程锚固参数见表1：

MK107+580～EK0+000段左侧路堑边坡场区属于丘陵地貌，该边坡最高约42.6m，为类土质边坡：上覆坡积黏土，厚度约2.2m，其下为残积黏性土，厚度约4.8m；全风化凝灰熔岩，厚度约2.3m；砂土状强风化凝灰熔岩，厚度约11.9m；碎块状强风化凝灰熔岩，厚度不小于4.2m；下伏中风化凝灰熔岩。现场开挖后坡面稍湿，未见地下水明显出露(如图1所示)。

该边坡在锚固工程施工过程中发现该边坡地层极为破碎，锚孔钻凿过程中经常出现卡钻、塌孔现象，持续降雨后二级平台局部产生裂缝。经设计变更在一级增加加厚护面墙，三级增加锚索框架，并加大锚索长度及锚固段长度，变更后具体加固措施为：第一级1∶1.0，加厚护面墙、A型半挡墙，坡角布置仰斜排水孔；第二级 1∶1.0～1∶1.25，预应力锚索框架、客土喷播植草，坡角布置仰斜排水孔；第三级1∶25～1∶1.5，预应力锚索框架、客土喷播植草；第四级1∶25～1∶1.5，预应力锚索框架与拱形骨架植草灌交错布置；第五级1∶1.5，拱形骨架植草灌[2]。变更后边坡防护加固工程立面图如图2所示。

图2 MK107+580～EK0+040段左侧边坡变设计更后加固工程立面

表1 设计变更后锚固加固工程锚固参数表

为验证可测深注浆测可靠性与使用性，分别抽取3-X-15锚孔及2-S-14锚孔用可测深注浆管替代传统注浆管。并在锚筋体编制、下孔及注浆过程中全程跟踪检测，过程中测试数据持续稳定。锚孔内水泥浆龄期满足要求后通过测量检测长度、对尾纤长度及注浆管外漏光纤的长度换算锚索孔的孔深。典型检测数据如下。

3-X-15锚孔及2-S-14锚孔可测深注浆管长度检测典型曲线如图3、图4所示。

图3 3-X-15锚孔检测典型曲线

图4 2-S-41锚孔检测典型曲线

表2 锚孔深度检测表

表2锚孔深度检测结果显示，锚索孔的锚索实施长度与设计值误差在5%以内[3]。反映了锚孔钻凿深度满足要求，同时间接反映了注浆管管身无爆裂、水泥浆为孔底返浆，注浆质量满足要求。

4 结语

通过测量可测深注浆管的长度间接测试锚孔深度及注浆质量的间接测试的方法能够解决目前锚固工程质量检测中遇到的瓶颈问题，通过工点的实际应用也验证了这种间接的测试方法是一种切实可行的、能够客观、准确评估锚固工程质量的无损检测新技术。目前可测深注浆管已在福建、广东等地区的高速公路边坡加固工作中展开应用，这种可测深注浆管的应用可以为锚固工程施工质量控制和工程可靠性检测提供关键技术从而促进锚固技术的进步，具有重要的工程意义和广泛的应用价值。