溪洛渡水電站左岸泄洪洞錨桿注漿新技術及應用

唐杰偉，韓進奇

(中國水利水電第七工程局有限公司第一分局，四川 彭山 620860)

1 工程概況

溪洛渡水電站是金沙江下游規劃開發的第三個梯級電站，主要由攔河大壩、引水發電建筑物、泄水消能建筑物組成，壩高278 m，總裝機容量為13860 MW。電站泄洪建筑物依據“分散泄洪、分區消能”的原則，在壩身布設了7個表孔和8個深孔，在兩岸布設了4條泄洪洞共同泄洪。其中左岸布置了1#、2#兩條泄洪洞，其中1#泄 洪 洞 長1789.571 m，2#泄洪洞長 1583.304 m。泄洪洞均采用有壓接無壓，中段設置閘門室，出口采用龍落尾方式設計。

泄洪洞有壓段斷面為全圓洞型，根據不同圍巖類別設計有E1～E4型四種開挖支護斷面，開挖洞徑為16.7～17.6 m，;無壓段斷面形式為圓拱直墻型，有F1～F4型四種開挖支護斷面，開挖斷面尺寸為15.7 m ×20.65 m～17.2 m ×22.1 m(寬 ×高)。隧洞支護主要采用 φ25，L=4.5 m、φ28，L=6 m、φ32，L=9 m 的普通沙漿錨桿，噴C25混凝土，掛φ6.5@15 cm×15 cm的鋼筋網等，錨桿支護工程量約47288根。泄洪洞典型支護型式見圖1(以ⅢⅠ類圍巖為例)。

1#、2#泄洪洞沿線地層巖質堅硬，巖體新鮮，嵌合緊密，巖體多呈塊狀～次塊狀結構，局部層間、層內錯動帶發育段巖體呈鑲嵌結構。圍巖類別為Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類，以Ⅱ類圍巖為主，局部Ⅲ、Ⅳ類，成洞條件較好。

圖1 泄洪洞典型支護型式圖

2 錨桿支護類型

1#、2#泄洪洞主要支護參數為 φ25，L=4.5 m、φ28，L=6 m、φ32，L=9 m 的普通沙漿錨桿，噴C25混凝土，掛φ6.5@15 cm×15 cm鋼筋網等。

左岸泄洪洞Ⅱ類圍巖的支護設計形式為:

無壓段:頂拱+邊墻上部3 m高范圍內支護形式為:10 cm 厚 C25噴混凝土;φ25，L=4.5 m和 φ28，L=6 m 交替布置，外露0.5 m，間排距2 m，隨機掛網;側墻支護形式為:φ25系統錨桿，L=4.5 m，外露0.5 m，間排距2 m。

有壓段:頂拱120°范圍內支護形式為10 cm厚 C25 噴混凝土;φ25，L=4.5 m 和 φ28，L=6 m交替布置，外露0.5 m，間排距2 m，隨機掛網;左右側墻60°及底部支護形式為:素噴10 cm厚C25混凝土，φ25 系統錨桿，L=4.5 m，外露0.5 m，間排距2 m。

漸變段:頂部、側拱及邊墻范圍內支護形式為:掛網 φ6.5@15 cm ×15 cm，噴15 cm 厚 C25混凝土;φ28系統錨桿，L=6 m和φ32系統錨桿，L=9 m間排交替布置，外露0.5 m，間排距1.5 m。底部支護形式為:素噴5 cm厚C25混凝土。

3 錨桿注漿工藝及質量現狀

3.1 注漿工藝

錨桿灌注施工有“先插桿后注漿”和“先注漿后插桿”兩種施工工藝。若采用“先注漿后插桿”工藝，孔徑應大于錨桿直徑15 mm;若采用“先插桿后注漿”工藝，孔徑應大于錨桿直徑25 mm以上，同時需要在錨桿桿體上綁扎進漿管(內徑≥16 mm)和回漿管(內徑≥6 mm)。在采用“先插桿后注漿”工藝時，由于綁扎有進回漿管路且孔口封堵，錨桿注漿密實度質量比較容易保證，但其需要消耗較多的進回漿管且增加了施工工序，施工成本相對較高;在采用“先注漿后插桿”工藝時，由于插桿時砂漿有外溢，其外溢的多少跟砂漿的稠度、插桿的快慢及力度有直接關系，同時，其外溢量嚴重影響錨桿的注漿密實度質量。

溪洛渡水電站左岸泄洪洞錨桿主要為普通砂漿錨桿。根據技術條款、相關規范并考慮洞內施工環境要求，施工時除9 m錨桿采用先插桿后注漿的方法進行施工外，其它錨桿全部采用“先注漿后插桿”的方法進行施工。為保證錨桿注漿質量，采用“先注漿后插桿”工藝時，必須采取有效措施防止插桿時砂漿過度外溢，以保證注漿密實度滿足規范要求。

3.2 錨桿支護質量現狀

按設計要求，錨桿注漿密實度應不低于80%。在錨桿施工中，采用常規的棉紗對錨桿孔口進行堵塞以防砂漿過度外溢，基本可以保證錨桿密實度的要求。但根據業主建設典范工程的質量需要，要求錨桿注漿密實度優良率(密實度為90%以上的錨桿比例)大于80%。通過采用聲波無損檢測技術進行密實度檢測，我單位施工的錨桿注漿密實度合格率達100%，優良率為60%左右。因此，必須改進注漿工藝，提高錨桿注漿的密實度大于90%的比例達80%以上。

4 錨桿注漿新技術的研發

通過對錨桿注漿密實度優良率不高的問題進行專題質量研究，并對無損檢測波形圖進行比對(典型波形圖見圖2)，發現注漿不飽滿的位置主要集中在距離錨桿孔口1～2 m的位置。為此，我局對注漿施工過程進行了全程跟蹤觀察記錄，在排除了注漿配合比和注漿設備等因素外，初步確定造成注漿密實度優良率不高的主要原因有兩點:一是注漿過程中注漿導管外拔過快，導致注漿量不夠和部分砂漿中裹入空氣;二是插桿過程中用力過大、速度過快，導致漿液外溢過多。

針對以上原因，通過對注漿工藝進行研究和系列技術攻關并采取生產性注漿的工藝試驗，最終確定了兩項簡單并易于施工但可大大提高錨桿注漿密實度的新技術:其一，在注漿管上研制增加安裝了止漿塞;其二，在插桿時的錨桿桿體上研制增加了止漿片。止漿塞和止漿片可循環使用。

5 注漿新技術的施工實踐

5.1 止漿塞

5.1.1 止漿塞的制作及規格

止漿塞由尼龍棒加工而成，形狀為一中空的圓臺，圓臺高度為40～50 mm，錐度可根據孔徑試驗調整。止漿塞規格經我局試驗確定的有40～45 mm、45～50 mm、50～55 mm、60～70 mm 等幾種規格，適用于YT－28氣腿鉆、100B潛孔鉆、多臂鉆施工不同孔徑的錨桿孔。止漿塞見圖2。

5.1.2 止漿塞的止漿原理

圖2 尼龍止漿塞

采用先注漿后插桿工藝注漿作業時，錨桿孔內的漿液靠插入錨桿孔內的注漿管輸送，注漿工憑經驗邊注漿邊拔管，拔管速度不均勻，拔管作業受人為操作因素干擾，拔管速度過快時孔內漿液不飽滿。而在插桿時，因錨桿孔內漿液不飽滿的地方空氣可能不易排出而形成空腔。止漿塞的止漿作用原理就是縮小注漿管外徑與錨桿孔徑之間的間隙，在不用人工拔管的情況下，注漿管依靠回漿阻力對錨桿止漿塞的推動，連帶緩慢退出錨桿孔，從而避免了人工拔管形成的空腔，保證了孔內漿液的飽滿。

5.1.3 注漿效果

止漿塞措施在泄洪洞頂拱及邊墻錨桿施工時進行了工藝試驗，止漿效果明顯。以φ32錨桿施工為例，錨桿孔由多臂鉆造孔，注漿管使用外徑為32 mm的PVC管，錨桿孔徑為64 mm時，錐形止漿塞錐度為40～45 mm，此時，止漿塞與錨桿孔徑間隙適當，即止漿塞外徑與錨桿孔徑有17 mm左右的間隙時效果最優，間隙過大則回漿阻力相對減小，回漿阻力對錨桿止漿塞的推動力降低，起不到漿液推動止漿塞的作用。間隙過小，回漿阻力增大，對止漿塞推動作用力增大。但止漿塞與錨桿孔徑間隙縮小，遇到Ⅲ類以上圍巖或錯動帶發育的部位，錨桿孔孔壁相對粗糙，插注漿管時錨桿孔容易掉皮、塌孔、卡塞注漿管而不利于施工。

5.1.4 止漿塞的變革

我局在溪洛渡水電站施工的φ28錨桿、φ25錨桿均采用“先注漿后插桿”工藝，二者錨桿孔孔徑均為50 mm，孔徑滿足規范要求大于錨桿直徑的15 mm要求。注漿管使用外徑為32 mm的PVC管，孔徑與注漿管間隙僅為18 mm，不適合安裝圖2所示的止漿塞。在推廣應用過程中，實際采用的是在距離注漿管端口15 cm的地方用膠帶纏3～5 mm厚，以起到縮小注漿管與錨桿孔間隙的作用。“膠帶止漿塞”增大了回漿阻力，使注漿管在回漿阻力推動下自由滑動，勻速退出錨桿孔，避免了人為拔動注漿管造成的空腔。

5.2 止漿片

5.2.1 止漿片的制作及規格

止漿片由1 cm厚的傳送皮帶制作，機械車床加工，不同孔徑錨桿制作不同外徑的止漿片。φ32錨桿造孔孔徑為64 mm，止漿片外徑為12 cm、內孔孔徑為3.2 cm;φ28錨桿造孔孔徑為50 mm，止漿片外徑為10 cm、內孔孔徑為2.8 cm;φ25錨桿造孔孔徑為50 mm，止漿片外徑為10 cm、內孔孔徑為2.5 cm。止漿片在錨桿上的安裝情況見圖3。

圖3 止漿片預先套接在錨桿上的情形

5.2.2 止漿片的止漿原理

利用止漿片與錨桿的套接形成的握裹力，在錨桿插桿過程中，桿體推動使得止漿片始終緊壓在錨桿孔口，以防止插桿時的沖量使孔內漿液無阻擋地過量溢出，從而起到止漿效果。

5.2.3 止漿片的止漿效果

(1)錨桿臺車施工的局限性。

高邊墻錨桿施工若以自制臺車為作業平臺，人工可站在臺車上用棉紗堵孔，防止漿液過量溢出，但自制臺車因其梁柱桿件較多，自身結構復雜，難以滿足錨桿長度空間的作業要求，從而導致注漿操作空間受限，效率低下且自制臺車體形龐大，在凹凸不平的開挖面上不能自由移動，適用性差。故高邊墻不適宜用錨桿臺車施工。

(2)止漿片的針對性及優點。

在左岸泄洪洞Ⅱ層錨桿支護施工時是以8 t或16 t汽車吊吊臂鋼筋籠為作業平臺，汽車吊回轉擺動自由靈活，施工效率高。但狹小的作業平臺使得人工無法在插桿過程中始終靠近孔口，故通常采用的棉紗封堵孔口、防止漿液過量溢出的措施無法實施。而止漿片克服了無法在孔口止漿的缺點。錨桿在施工前預先套接止漿片(圖3)，插桿過程中止漿片始終緊貼在錨桿孔口，防止插桿用力不均勻而導致孔內漿液過量溢出，造成錨桿孔內不密實。我局現在左岸泄洪洞采用的吊車+止漿片的施工方法，既提高了注漿效率，又防止了注漿過量溢出，保證了注漿密實度。

(3)止漿片止漿效果的施工要點。

因止漿片為一平面物件，當錨桿孔口不平整時，止漿片與錨桿孔口將不能緊密吻合，空隙將造成溢漿量得不到有效控制，從而起不到止漿效果。所以，當開挖面不平整時，宜對工作面先行噴漿，以保證錨桿孔口平整，并且錨桿造孔時噴漿面對錨桿孔口有鎖口作用，能夠保護孔口完整，有利于止漿片的功效發揮。

5.3 止漿塞和止漿片聯合使用的效果

經過采用孔口“止漿片”和孔內“尼龍止漿塞”“膠帶止漿塞”措施對比后發現，錨桿合格率提高到100%，優良率由以前的60%提高到95%以上，見表1。采取該新技術施工后，先前孔口1～2 m部位注漿不密實的問題基本解決，密實度大大提高。

6 該項新技術的推廣應用

錨桿“止漿片”、“止漿塞”新技術的研制應用，極大地提高了錨桿注漿密實度，在保證合格率的前提下能夠大幅提高優良率。其根本作用在于克服了常規注漿施工當中人為因素的影響，能夠保證錨桿孔內砂漿的飽滿，能夠避免插桿過程當中漿液過量外溢造成的空腔。錨桿密實度的提高，保證了支護質量，有效地避免了不合格錨桿，帶來的是質量、安全、進度、投資控制的全面效益。

表1 錨桿注漿新技術使用前后密實度對比表

經我局在泄洪洞采用錨桿“止漿片”、“止漿塞”新技術施工后，錨桿注漿密實度的優良率不斷提升，同時引起了業主方的高度關注。在經過對注漿新技術的深入了解后，業主認為該注漿技術不僅能夠大大提高錨桿的施工質量，而且簡單、易于操作，遂將該項技術在全工地進行了推廣應用，取得了較好的質量效果。