水脹式錨桿在厄瓜多爾美納斯水電站開挖支護工程中的運用

李群輝

中國水利水電第八工程局有限公司

水脹式錨桿在厄瓜多爾美納斯水電站開挖支護工程中的運用

李群輝

中國水利水電第八工程局有限公司

開挖中采用水脹式錨桿可快速、高效的完成支護工程，水脹式錨桿具備優異的抗震動性，可接近于工作面進行安裝，全長桿體膨脹，緊貼不規則孔壁，任何一段都可獨立起支撐作用，對節約工期有顯著效果。

水脹式錨桿氣動注水泵

1 引言

地下洞室開挖當中，A1、A2類圍巖常設計有隨機與系統錨桿，傳統的錨桿設計為水泥漿錨桿，施工工序繁雜，水脹式錨桿（Swellex錨桿），是瑞典阿特拉斯科普柯公司研發的一種新型巖石錨桿，厄瓜多爾美納斯水電站工程在A1、A2、ⅢA類圍巖當中采用了Swellex錨桿的Pm16與Pm24型，長度規格分別有2m、2.5m、3m、4m、6m，工程總用量約58000米，施工簡單、快速、可靠。

2 概述

2.1 水脹式錨桿結構

水脹式錨桿由桿體和高強度錨定板組成，施工通過氣動式高壓水泵（水脹式錨桿配套專用設備）的高壓水流使錨桿膨脹，從而完全貼近鉆孔的不規則孔壁，沿錨桿全長產生的摩擦力、機械連鎖力和壓力對巖體進行加固。

本工程所使用Pm16與Pm24技術參數如表1，施工前錨桿桿體截面參見圖1，充水后錨桿桿體截面參見圖2。

表1 Swellex Pm16與Pm24技術參數

圖1 充水前錨桿桿體截面

圖2 充水后錨桿桿體截面

2.2 水脹式錨桿施工工藝

水脹式錨桿施工工藝簡單，主要包括鉆孔、清孔、安裝、注水。

鉆孔直徑需嚴格按表1中要求的鉆孔直徑范圍進行，否則水脹錨桿無法形成支撐。安裝通過配套的水脹錨桿安裝臂直接送入孔中安裝。注水時，水的質量將直接影響注水泵使用壽命，水的PH值最好在7左右，水中不得含大顆料雜質，達到工業用水標準，入泵注水壓力應保持：2bar≤水泵進水壓力≤6bar，根據注水泵上水表控制；空氣壓力最小應滿足6bar，6bar的空氣壓力才能保證300bar的出水壓力，根據注水泵上氣壓表控制。為保證水質及注水壓力，根據施工現場水脹錨桿注水時需增設清水桶，桶要高于工作面6m以保證注水壓力，注水管口設過濾網，額定注水壓力（出泵壓力）通過安裝手柄上壓力表確定，Pm16需240 bar，Pm24需300 bar。

2.3 水脹式錨桿錨固機理及特點

（1）錨固機理。水脹式錨桿通過高壓注水產生膨脹，管壁的膨脹壓力與鉆孔孔壁貼合，當達到錨桿的設計注水壓力，水泵自動停止充水，此時，錨桿全長產生的摩擦力、機械連鎖力和壓力進而形成較高的拉撥抵抗力，達到錨固效果。

（2）特點。實際施工中遇不良破碎帶采用常規錨桿工序繁雜，需注漿及等強，施工進度難以滿足安全工期要求，水脹錨桿快速、高效的特點，可滿足施工當中快速支護的要求，水脹錨桿和常規錨桿相比，主要特點：①施工簡便，易于掌握；②錨桿埋設施工方式靈活多樣，可手工、半機械化或全機械化。③水泵壓力達到預定的注水壓力時，水泵自動停止工作，可確保每一根錨桿的承載力，且錨桿立即發揮作用。

（3）注意事項。①試驗。水脹錨桿需用與水脹錨桿配套的專業錨桿拉力計，若無專業拉力計，需采用專用轉換接頭，使水脹錨桿未端具備常規試驗可操作條件，再利用常規錨桿試驗進行。水脹錨桿達額定注水壓力后水泵自動根據錨桿的膨脹度結束注水，也標志著水脹錨桿安裝結束，可立即進行試驗。②施工。錨桿應輕拿輕放，嚴禁損傷錨桿未端的注液嘴，安裝錨桿前，對安裝系統進行全面檢查，確保其良好的狀態。安裝錨桿時，操作人員手持安裝臂應與錨桿軸線偏離一定角度；注水時，注水臂與錨桿軸線盡量在同一條直線上。若已錨地段有較大變形或錨桿失效，立即在該地段增設加強錨桿，長度不小于原錨桿長度的1.5倍。高壓泵試運轉，壓力宜為15～30MPa，錨桿送入孔中，應使托板與巖面緊貼，為了延長水泵壽命，在施工中盡量確保水泵用水以及空壓機內空氣的潔凈。在高壓進水閥未關閉，回水閥未打開之前，不準撤離安裝臂。高壓泵要設置防護罩，錨桿安裝完畢后應將高壓膠管一并放入防護罩內，并移至安全、無淋水地段。

3 水脹式錨桿與傳統錨桿的等效代換

3.1 水脹式錨桿

Swellex Pm 16，L=2.5m，L=3.0m，技術參數見表1。經注高壓水膨脹后，每0.5m水脹錨桿提供的抗拉拔力（摩擦力）為100KN。

3.2 常規錨桿

Φ25水泥漿錨桿，孔徑50mm，最小蠕變限度17kN，最小斷裂負荷22kN，錨桿的材料要求：錨桿ASTM A 615；支撐板ASTM A283；螺母和墊圈ASTM A 449。

注漿由波特蘭水泥和水按照0.38到0.40的比例組成，并使用Sika公司生產的類似于INTRAPLAST的膨脹添加劑（或使用經批準的同類材料），使用量為水泥量的1%。

3.3 錨桿換算長度計算

La：錨固段長度（mm）；K1：膠結材料與孔壁膠結長度安全系數，臨時支護仰孔取1.5；Nt：錨桿設計拉力值（kN）；D：鉆孔直徑（mm），取50mm；C1：膠結材料與孔壁的粘結強度（Mpa），水泥漿與2類圍巖取1.2；經計算：

Pm16，L=2.5m，換算成Φ25錨桿所需長度：La1=1.5×500÷3.14÷50÷1.2×1000=3.98m，取4m。

Pm16，L=3m，換算成 Φ25錨桿所需長度：La2=1.5×600÷3.14÷50÷1.2×1000=4.78m，取5m。

3.4 對比分析

通過2.2、2.3錨桿的等效代換計算，將等效的水脹錨桿和水泥漿錨桿進行技術及經濟分析參見表2。

表2 水脹錨桿與水泥漿錨桿分析

4 總結

水脹錨桿快速高效的特點在搶險工程中的作用尤為明顯，在國外它應用于各類工程，在國內目前較少運用，隨著國內用戶的增多，此種錨桿的優勢必將凸顯。

[1]SL 377—2007.水利水電工程錨噴支護技術規范[S].

[2]SD 267—88.水利水電建筑安裝安全技術工作規程[S].

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.197