CN105865397B - 全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测方法及装置 - Google Patents

全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测方法及装置。本发明的目的是提供一种操作方便、不损坏锚杆且可测出锚杆锚固长度的全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测方法及装置，可在不损坏锚杆的前提下测量锚杆锚固长度。本发明的技术方案是：在锚杆伸出段端头利用多次的不同振幅冲击，使锚杆产生不同加速度；利用沿锚杆布置、不同深度的若干加速度传感器获取锚杆不同深度的加速度；观察加速度传感器获得的加速度值，若加速度值稳定，则判断相应加速度传感器所处位置锚杆与围岩粘结紧密，此处为锚杆的有效锚固长度；反之，若加速度值出现明显的振动，则判断相应加速度传感器所处位置粘结不够密实，锚杆松动，此处不是锚杆的有效锚固长度。

Description

全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测方法及装置
技术领域
本发明涉及一种全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测方法及装置。适用于岩土工程。
背景技术
在矿山、水电、交通等领域的地下工程中，锚杆已经得到了广泛的应用，特别是在大型地下洞室群及高边坡中利用锚杆配合混凝土作为永久支护，已在很多工程中得到采用。锚杆主要起到悬吊、挤压、加固等作用，是沿径向挤压的围岩压力转换成切向压力，发挥围岩自身的承载能力，加强围岩的自稳能力，防止围岩塑性区进一步扩展。锚杆注浆能够加固围岩，增加围岩的黏聚力和摩擦角，提高岩体强度，是围岩胶结成连续体加固圈，成为完整的支护结构体系。
锚杆按照锚固形式可以分为全长粘结型锚杆、端头锚固型锚杆、摩擦型锚杆等，其中全长粘结型锚杆应用最为普遍。全长粘结型锚杆即锚杆孔全长充填粘结材料，粘结材料主要有水泥浆、水泥砂浆、速凝水泥锚固剂、树脂(包括药卷式和树脂)等。全长粘结型锚杆的特点是安装时必须使锚杆孔充满粘结材料，使杆体和孔壁间的空隙用粘结材料填充密实，当其凝结、硬化后，杆体锚固在岩体中。全长粘结型锚杆是通过粘结材料和孔壁紧密粘结。在岩体发生变形时，其变形应力通过粘结材料传递给锚杆来承受，即锚杆给岩体提供一个约束变形的力，减小围岩变形。
在岩土工程的锚杆设计中，锚杆的长度一般为3～6m。按照全长粘结型锚杆的作用机理，其充填粘结材料后，理论上与岩体接触的部分都要发挥作用，但是由于粘结材料的流动性和安装工艺的限制，靠近孔口段的部分长度锚杆不能够完全发挥作用，意味着对于岩体的锚固长度没有达到原设计要求，因此在图1中将锚杆划分为伸出段、自由段和锚固段，其中伸出段通过垫板和螺母固定在岩壁上，自由段为由于粘结质量没有发挥锚杆作用的长度，而锚固段才是在工程中真实发挥作用的，而这部分也是工程设计者最关心的。
为了保证锚固质量，工程中已经出现了比较多的检测方法。最常用的锚杆锚固质量的检测方法是在锚杆孔中套钻取芯，这种方法可以很好地检测锚固质量，但是需要破坏已经安装的锚杆，测试完后需要重新替换安装。随后，无损检测方法开始出现，这些无损检测方法大多依赖于超声波、声发射等方法，通过搜集杆体传递的声光信号，判断锚杆的缺陷和安装质量，但上述方法只能定性判断锚杆的安装质量，无法准确测出锚杆的锚固长度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种操作方便、不损坏锚杆且可测出锚杆锚固长度的全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测方法。
本发明还提供一种结构简单、安装方便、成本较低的全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测装置，可在不损坏锚杆的前提下测量锚杆锚固长度。
本发明所采用的技术方案是：一种全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测方法，其特征在于：
在锚杆伸出段端头利用多次的不同振幅冲击，使锚杆产生不同加速度；
利用沿锚杆布置、不同深度的若干加速度传感器获取锚杆不同深度的加速度；
观察加速度传感器获得的加速度值，若加速度值稳定，则判断相应加速度传感器所处位置锚杆与围岩粘结紧密，此处为锚杆的有效锚固长度；反之，若加速度值出现明显的振动，则判断相应加速度传感器所处位置粘结不够密实，锚杆松动，此处不是锚杆的有效锚固长度。
步骤如下：
S01、锚杆安装，将加速度传感器安装在锚杆上，锚杆置于钻孔中央，将与加速度传感器相连的传输电缆引出，锚杆经粘结材料固定在钻孔内；
S02、加速度激发与监测装置安装，待钻孔内粘结材料强度达到设计强度，在锚杆的伸出段安装加速度激发装置和加速度监测装置，加速度监测装置经传输电缆与加速度传感器相连；
S03、有效锚固长度检测，利用加速度激发装置对锚杆轴向施加作用力；通过加速度监测装置观察加速度传感器获得的加速度值，如果锚杆与围岩粘结紧密，其加速度值稳定，且数值较小，此处是锚杆的有效锚固长度；如果传加速度值出现明显的振动，说明此处锚杆松动，此处不是锚杆的有效锚固长度。
步骤S03中加速度激发装置对锚杆轴向施加作用力大小为10N～50KN，作用力逐渐增大，每次增加10KN。
一种全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测装置，用于测出全长粘结型锚杆的锚固长度，锚杆置于全长充填粘结材料的钻孔内，锚杆经钻孔孔口的钢垫板固定于岩壁上，其特征在于：所述锚杆的伸出段上安装有可对锚杆施加轴向振动力的加速度激发装置，钻孔内的锚杆上沿其轴向安装有若干加速度传感器，加速度传感器经传输电缆与钻孔外的加速度监测装置电连接。
所述加速度激发装置和加速度监测装置安装在套筒内，并经套筒安装在锚杆伸出段的端头，所述加速度激发装置通过连接棒和加载环与锚杆固定连接。
所述钢垫板与所述套筒之间设置用于测量所述加速度激发装置振动力的压紧式测力计。
所述压紧式测力计两端与钢垫板和套筒之间均设有垫板。
所述套筒可沿锚杆轴向水平运动的连接于一竖直稳定杆的顶端，该稳定杆的另一端固定于地面。
所述加速度激发装置采用电磁振动器，所述加速度监测装置采用加速度拾振器。
本发明的有益效果是：本发明利用加速度来评价锚固质量，不会对锚杆产生破坏，检测效果更加准确，结构可靠度更高。当加速度传感器所处位置粘结不够密实时，加速度传感器会在锚杆受力时出现松动，从而导致其所测的的加速度值出现振动。
本发明专利为无损检测，不会对锚杆产生破坏。现场实施简单，不同于其它无损测试方法需要复杂准备工作和精密测试仪器。同时本专利在锚杆不同深度处都布置了加速度传感器，检测效果更加准确，结构可靠度更高。
附图说明
图1为现有技术中锚杆示意图。
图2为本发明实施例的结构示意图。
图3为本发明实施例中锚杆伸出段的安装结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本实施例为一种全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测装置，锚杆1置于全长充填粘结材料的钻孔内，锚杆1经钻孔孔口的钢垫板2固定于岩壁上。本例在钻孔内、沿锚杆1轴向安装有若干加速度传感器7，锚杆1的伸出段上设有加速度激发装置9(本例采用电磁振动器)和加速度监测装置10(本例采用加速度拾振器)，加速度监测装置10经传输电缆8与钻孔内的加速度传感器7电连接。其中加速度激发装置9和加速度监测装置10安装在套筒3内，并经套筒安装在锚杆1伸出段的端头，加速度激发装置9通过连接棒11和加载环12与锚杆1固定连接，加速度激发装置9有可对锚杆1施加轴向振动力。
本例中套筒3经一竖直的稳定杆4连接地面，套筒3可沿锚杆1轴向运动的安装于锚杆1伸出段的端头。本实施例通过增加稳定杆，以便套筒3与锚杆1构成一个整体，避免在冲击锚杆1时产生扭矩，特别是水平方向，容易对连接棒产生副作用，影响检测结果。
本实施例为了评价锚杆1的真实受力情况，钢垫板2与套筒3之间设置压紧式测力计5，对加速度激发装置9施加的力进行复核。压紧式测力计5两端与钢垫板2和套筒3之间均设有垫板6，以保证传力和受力均匀，也能够保证测力计的测试效果。
本实施例的操作步骤如下：
S01、锚杆安装
全长粘结型锚杆安装有两种方法，当采用先插杆后注浆方法时，应先将加速度传感器7固定在锚杆1上，将锚杆1置于钻孔中，将传输电缆8引出，做好孔口封闭，安装好注浆管和排气管，然后灌注粘结材料。
当采用先注浆后插锚杆方法时，应在灌浆完成后立即插杆，插杆时应慢速推入，不能采用冲击法插入，以保证加速度传感器7的测试效果。锚杆1安装后在48小时内不能受力。
S02、加速度激发与监测装置安装
锚杆安装完毕28天后，按照图3中所示结构进行安装，在锚杆1的伸出段安装加速度激发装置9和加速度监测装置10，加速度监测装置10与传输电缆8相连。
S03、有效锚固长度检测
利用加速度激发装置9对锚杆1轴向施加10N～50KN的作用力，作用力逐渐增大，每次增加10KN，以便对测试结果进行校核。通过加速度监测装置10观察加速度传感器7获得的加速度值，如果锚杆1与围岩粘结紧密，其加速度值稳定，且数值较小，此处是锚杆的有效锚固长度；如果传加速度值出现明显的振动，说明此处粘结不够密实，锚杆松动，此处不是锚杆的有效锚固长度。

Claims (2)

1.一种全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测方法，其特征在于：
在锚杆(1)伸出段端头利用多次的不同振幅冲击，使锚杆(1)产生不同加速度；
利用沿锚杆(1)布置、不同深度的若干加速度传感器(7)获取锚杆(1)不同深度的加速度；
观察加速度传感器(7)获得的加速度值，若加速度值稳定，则判断相应加速度传感器(7)所处位置锚杆(1)与围岩粘结紧密，此处为锚杆的有效锚固长度；反之，若加速度值出现明显的振动，则判断相应加速度传感器(7)所处位置粘结不够密实，锚杆松动，此处不是锚杆的有效锚固长度；
本方法施工步骤如下：
S01、锚杆(1)安装，将加速度传感器(7)安装在锚杆上，锚杆(1)置于钻孔中央，将与加速度传感器(7)相连的传输电缆(8)引出，锚杆(1)经粘结材料固定在钻孔内；
S02、加速度激发与监测装置安装，待钻孔内粘结材料强度达到设计强度，在锚杆(1)的伸出段安装加速度激发装置(9)和加速度监测装置(10)，加速度监测装置(10)经传输电缆(8)与加速度传感器(7)相连；
S03、有效锚固长度检测，利用加速度激发装置(9)对锚杆(1)轴向施加作用力；通过加速度监测装置(10)观察加速度传感器(7)获得的加速度值，如果锚杆(1)与围岩粘结紧密，其加速度值稳定，且数值较小，此处是锚杆的有效锚固长度；如果传加速度值出现明显的振动，说明此处锚杆松动，此处不是锚杆的有效锚固长度。
2.根据权利要求1所述的全长粘结型锚杆有效锚固深度无损检测方法，其特征在于：步骤S03中加速度激发装置(9)对锚杆(1)轴向施加作用力大小为10N～50KN，作用力逐渐增大，每次增加10KN。
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