公路隧道锚杆施工及超声波无损检测

王慧峰

（山西省高速公路管理局，山西 太原 030006）

随着我国改革开放不断深化、国民经济实力的日益增强，昔日在山岭重丘地区修建高等级公路“尽量绕着走”的做法，已逐步被公路隧道代替。

1 锚杆施工一般规定

隧道工程坑道开挖后，应尽快安设锚杆；一般宜先喷射混凝土，再钻孔安设锚杆；锚杆的孔位、孔径及布置形式应符合设计要求；锚杆杆体露出岩面长度，不应大于喷层的厚度；应确保隧道工程辅助稳定措施中的锚杆施工质量符合设计要求。

2 水泥砂浆锚杆施工前的准备工作

检查锚杆的规格、品种、各部件质量及技术性能是否符合设计要求；锚杆杆体应调平直、除锈和除油；应优先使用普通硅酸盐水泥；宜采用清洁、坚硬的中细砂，粒径不宜大于3mm，使用前要过筛。

3 锚杆孔的施工要求

孔位允许偏差：孔位应根据设计要求和围岩情况作出标记，孔位允许偏差为±15mm～50mm。钻孔方向：宜沿隧道周边径向钻孔，但钻孔不宜平行于岩层层面。砂浆锚杆钻孔深度误差不宜大于±50mm。砂浆锚杆孔径应大于杆体直径15mm。

4 水泥砂浆锚杆施工要点

（1）砂浆标号不低于C20；砂浆配合比一般为水泥∶砂∶水=1∶（1～15）∶（0.45～0.5）。水灰比宜为 0.45～0.50，砂的粒径不宜小于3mm。

（2）杆体材料宜用20MnSi钢筋，亦可采用A3钢筋；直径14mm～22mm为宜，长度2m～3.5m，为增加锚固力，杆体内端可以劈口叉开。

（3）钻孔方向宜尽量与岩层主要结构面垂直。孔钻好后用高压水将孔眼冲洗干净（若是向下钻孔，须用高压风吹净水），并用塞子塞紧孔口，以防止石渣或泥土掉入钻孔内。

（4）锚杆应按设计要求的尺寸截取，外端不用垫板的锚杆应先弯制弯头。

（5）水泥砂浆应拌和均匀，并调整其和易性，随拌随用，一次拌和的砂浆应在初凝前用完。

（6）注浆作业应遵守以下规定：①先注浆后插杆体时，注浆管应先插到钻孔底；开始注浆后，均匀地将注浆管往外抽出，并始终保持注浆管口埋在砂浆内，以免浆中出现空洞。②注浆开始或中途停止超过30min时，应用水润滑注浆灌及其管路。注浆孔口的压力不得大于0.4MPa。③注浆时应先堵塞孔口，注浆管应插至距孔底5 cm～10 cm处，随水泥砂浆的注入缓慢匀速拔出，随即迅速将杆体插入，若孔口无水泥砂浆溢出，应将杆体拔出重新注浆。④注浆体积应略多于需要体积，将注浆管全部抽出后迅速插入杆体，锚杆杆体宜对中插入，并可锤击或通过套筒用风钻冲击，使杆体强行插入钻孔。⑤杆体插入孔内的长度即实际黏结长度不得短于设计长度的95%，注浆是否饱满，可根据孔口是否有砂浆挤出来判断。⑥杆体到位后要用木楔或小石子在孔口卡住，防止杆体滑出。砂浆未达到设计强度的70%时，不得随意碰撞、敲击以及悬挂重物。

（7）如采用早强水泥砂浆，在注浆作业中停止30min时，应测定坍落度，其值小于10mm时不得使用。

5 锚杆锚固质量检测

锚杆属隐蔽工程，质量检测难度较大，传统的锚杆锚固质量的检测手段,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对于未预埋测力计的锚杆则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。这种方法属于一种破坏性检测,检测过程对隧道围岩产生较强扰动，降低了锚杆对围岩的加固作用，因此仅限于个别抽检，并且抗拔力并不能完全反映锚杆的锚固状态。

近年来，随着对岩石动力学的深入研究和在岩土工程中的应用开展，使得采用超声波无损检测及时确定锚杆锚固质量的方法逐步替代了传统方法。其原理是根据一维杆件的弹性波反射理论，采有应力波反射法进行测试的。实际中，所采用的锚杆直径d一般都在35mm以下，而其长度L通常都在3m以上，即L＞d，则锚杆完全可以作为一维杆件处理。在检测时，嵌入岩石中的锚杆，相当于一根在阻尼介质中上端自由、下端弹性连接的弹性杆。当在锚杆顶部激发应力波后，应力波的一部分将沿着锚杆传播到锚杆末端，并反射回锚杆顶部，另一部分则向锚杆周围的砂浆及岩石中传播。现场检测时，用砂轮或锉刀将锚杆顶端磨平，涂上耦合剂，将加速度传感器置于锚杆顶端，当在锚杆顶部激发应力波后，应力波的一部分将沿着锚杆传播到锚杆末端，并反射回锚杆顶部，另一部分则向锚杆周围的砂浆及岩石中传播。通过接收、存贮，应用波动进行分析反射波的初至、振幅、相位等参数，可以较精确地确定锚杆长度及锚固质量，从而达到无损检测的目的。

锚杆锚固质量波形分析及评价标准见表1。

表1 锚杆锚固质量波形分析及评价标准

6 结束语

锚杆设计的主要目的是希望通过锚杆将破碎或不稳定岩体（块）与牢固稳定的岩体连接在一起以提高整体的稳定性。锚杆的施工质量，直接关系到洞室围岩和边坡的稳定。锚杆不同部段的功能和所发挥作用是不同的。要想锚杆能正常发挥作用，应该保证锚杆的固定段、被锚固段都能均匀而有效地跟岩体锚固在一起。因此，加强锚杆施工过程的工艺控制及试验检测，确保隧道工程的整体施工质量水平创优，是公路隧道建设者的一项重要工作，必须得到充分重视，以保证施工计划的顺利完成。