地下廠房錨梁圍巖加固技術研究

黃俊瑋

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

1 引言

預應力樹脂錨桿，與普通砂漿錨桿、預應力水泥砂漿錨桿相比，具有錨固快速、高強的優點，適用于作業環境受限并需緊急搶修的永久工程項目。國內施工的預應力樹脂錨桿，大多數為小孔徑（小于φ50 mm），鉆孔向下傾或垂直向下，孔深淺（一般小于9 m）。針對如何有效地將快速凝固的粘稠狀樹脂植筋膠灌注至上傾式、大孔徑、深孔的孔底，并能保證錨固強度，且能夠有效防止機械和管路堵塞等這一難題，目前從樹脂錨桿生產廠家、行業規范、設計工藝均無有效參數提供，截至目前，國內外已建項目均無類似成功案例可借鑒。

2 上傾式大孔徑深孔預應力樹脂錨桿加固技術

2.1 預應力樹脂錨桿加固范圍

加固范圍為某水電站右岸地下廠房5F、6F 機組段下游側巖、圍巖，采用預應力樹脂錨桿進行加固，預應力樹脂錨桿長度12 m，直徑32 mm，孔徑76 mm，錨固段長度根據錨固試驗確定（大于2.6 m），上傾角15°，P=100 kN，如圖1和圖2所示，預應力樹脂錨桿加固施工部位距離地下廠房地面垂直高度達18 m。

圖1 下游圍巖預應力樹脂錨桿主視布置圖

圖2 下游圍巖預應力樹脂錨桿截面布置圖

2.2 預應力樹脂錨桿技術要求

預應力樹脂錨桿桿體采用φ32 精軋螺紋鋼筋40Si2 MnV，屈服點不小于540 MPa，抗拉強度不小于835 MPa。

2.3 錨固段（樹脂植筋膠）灌漿試驗

根據《中華人民共和國煤炭行業標準》樹脂錨桿型號及參數表，對于大于φ42 mm 的孔和大于φ22 mm 的桿體無相關參數，需通過試驗參數確定。

通過對市面上常見的環氧樹脂藥包、三和快干型植筋膠、三和膠管植筋膠、之江植筋膠、武大巨成植筋膠等材料進行市場調研，根據材料性能分別進行注漿試驗。注漿試驗效果詳見表略。

根據試驗結果，采用“注漿泵+針式脈沖擠壓灌注器”灌漿法進行灌漿，植筋膠采用粘稠度相對較低，且經濟劃算的之江植筋膠。

2.4 錨固段灌漿施工工藝

施工工藝：鉆孔→安裝錨桿→錨固段注漿→錨墊板及錨具安裝→張拉→封孔回填灌漿。

2.4.1 鉆孔

經錨固段試驗發現鉆孔過程中發現鉆孔產生的灰塵過大，由于電廠核心區域內有盤柜等精密儀器，需有效采取措施以達到無塵化施工。目前國內常用吸塵機除塵、水幕捕塵、孔口撲塵等方法對灰塵進行控制。①吸塵機除塵：對灰塵的控制有限，無法達到施工要求；②水幕捕塵：用水量過大，無法有效控制水流量；③孔口撲塵器：設備投入較高，且由于腳手架上作業平臺施工面積有限，設備轉運困難，采用該設備會影響工程進度，且提高成本，不利于目標利潤率的保證。

以上三種方式均不適用于電廠核心區域的鉆孔除塵作業，因此，需研究如何制作一個簡易裝置，用簡單、經濟、有效、水流量小的除塵方法控制粉塵。

經研究試驗，研制一種高壓水汽混合濕式除塵設備，通過加工定制三通管，將水管與空壓機風管在與潛孔鉆結合處接頭換為定制三通，通過洗車機將水泵入潛孔鉆，使水與風充分結合，直達孔底，從而有效地控制了水流量及粉塵，達到了無塵化施工。

2.4.2 錨固段注漿

經研究試驗，選用稀料作為稀釋劑，降低植筋膠粘稠度及流動性，并調整植筋膠A、B組分配合比。最終確定最優配合比（質量比）=稀釋劑：植筋膠：固化劑=1：17：0.10，在保證強度的前提下，減緩凝結速度，保證約30 min的灌漿時間。

設計了一種新型針式脈沖擠壓灌注器，首先將少量稀釋劑添加至A組分中，用手持式攪拌器攪勻后再摻入相應比例的B組分，再次攪拌均勻，同時倒入灌注器中。灌注器為活塞式，體積比錨固段灌漿體積略大，一端連接華氏注漿泵，一端連接孔內灌漿管，啟動灌漿泵，通過華氏注漿泵開停結合脈沖方式，華氏注漿泵內的水擠壓灌注器活塞，推動植筋膠，通過預埋的灌漿管，注入孔內；同時在孔底3 m處設置止漿塞，確保漿液不倒流，滿足錨固段的灌漿量。經24～36 h后進行拉拔試驗，拉至220 kN 錨桿仍未被拉松；單個孔灌注從拌制植筋膠、灌注、清洗，在10 min內完成，未出現堵塞機械現象發生。

2.4.3 錨墊板及錨具安裝

錨具安裝應與錨墊板和千斤頂密貼對中，千斤頂軸線與錨孔及錨筋體軸線在一條直線上，不得彎壓或偏折錨頭，確保承載均勻同軸，必要時用鋼制墊片調整滿足。

2.4.4 張拉鎖定

張拉順序：錨筋張拉前，取0.10～0.20 倍設計張拉力值對錨筋進行預張拉，確保錨固體各部分接觸密貼，錨筋體順布平直。張拉控制應力不應超過極限應力值的0.6倍。超張拉力值應為設計值的1.1～1.2 倍，錨筋張拉分兩次進行，第一次張拉作業力值為設計張拉力值的一半，第二次達到設計值直至超張拉力值，每次張拉宜分為5～6 級進行，除第一次張拉需穩定30 min，其余每級持荷穩定時間為5 min，并分別記錄每級荷載對應錨筋體的伸長量并做好記錄。

錨筋鎖定：錨筋張拉至設定最大張拉荷載值后，應持荷10～15 min，然后進行卸荷進行鎖定作業。

2.4.5 張拉段注漿

水灰比定為0.5，為改善漿體的和易性，提高其硬化凝結速度，減水增強，在漿體中加入減水劑和膨脹劑，用量分別為水泥重的1.50%和10%，漿體用螺桿泵送入孔中，注漿壓力為0.30 MPa，確保水泥結石充滿孔段，并對基巖裂隙起到填充作用。

2.4.6 封孔回填灌漿

立模并用C30混凝土封閉外錨頭，同時用水泥漿處理錨墩和錨頭。

3 主要技術參數

①本項目設計的預應力樹脂錨桿，錨桿長度12 m，錨桿直徑32 mm，孔徑76 mm，錨固段長度根據錨固試驗確定（大于2.6 m），上傾角15°，P=100 kN，施工部位距離地下廠房地面垂直高度達18 m。②根據錨固材料（樹脂植筋膠）的性能，必須30 min 內完成單根預應力錨桿錨固段的植筋膠攪拌、灌漿、清洗。③錨固段長度，由于沒有可參考的經驗，錨固段長度需要通過錨固試驗確定（大于2.60 m），錨固劑（樹脂植筋膠）灌漿完成24 小時，抗壓強度等級不應低于C50，拉拔力達到設計值100 kN的2.2倍，即220 kN。

4 結論

通過對某電站圍巖加固技術進行研究，形成了上傾式大孔徑深孔預應力樹脂錨桿加固施工工藝。研制了一種高壓水汽混合濕式除塵設備，以達到無塵化施工要求。設計了一種新型針式脈沖擠壓灌注器，采用“注漿泵+針式脈沖擠壓灌注器”灌漿法進行灌漿，在保證強度的前提下，減緩凝結速度，保證30 min 左右的灌漿時間，經24～36 h 后進行拉拔試驗，拉拔力達到設計值100 kN的2.2倍，圍巖加固效果良好。