地下厂房锚梁围岩加固技术研究

黄俊玮

（中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450001）

1 引言

预应力树脂锚杆，与普通砂浆锚杆、预应力水泥砂浆锚杆相比，具有锚固快速、高强的优点，适用于作业环境受限并需紧急抢修的永久工程项目。国内施工的预应力树脂锚杆，大多数为小孔径（小于φ50 mm），钻孔向下倾或垂直向下，孔深浅（一般小于9 m）。针对如何有效地将快速凝固的粘稠状树脂植筋胶灌注至上倾式、大孔径、深孔的孔底，并能保证锚固强度，且能够有效防止机械和管路堵塞等这一难题，目前从树脂锚杆生产厂家、行业规范、设计工艺均无有效参数提供，截至目前，国内外已建项目均无类似成功案例可借鉴。

2 上倾式大孔径深孔预应力树脂锚杆加固技术

2.1 预应力树脂锚杆加固范围

加固范围为某水电站右岸地下厂房5F、6F 机组段下游侧岩、围岩，采用预应力树脂锚杆进行加固，预应力树脂锚杆长度12 m，直径32 mm，孔径76 mm，锚固段长度根据锚固试验确定（大于2.6 m），上倾角15°，P=100 kN，如图1和图2所示，预应力树脂锚杆加固施工部位距离地下厂房地面垂直高度达18 m。

图1 下游围岩预应力树脂锚杆主视布置图

图2 下游围岩预应力树脂锚杆截面布置图

2.2 预应力树脂锚杆技术要求

预应力树脂锚杆杆体采用φ32 精轧螺纹钢筋40Si2 MnV，屈服点不小于540 MPa，抗拉强度不小于835 MPa。

2.3 锚固段（树脂植筋胶）灌浆试验

根据《中华人民共和国煤炭行业标准》树脂锚杆型号及参数表，对于大于φ42 mm 的孔和大于φ22 mm 的杆体无相关参数，需通过试验参数确定。

通过对市面上常见的环氧树脂药包、三和快干型植筋胶、三和胶管植筋胶、之江植筋胶、武大巨成植筋胶等材料进行市场调研，根据材料性能分别进行注浆试验。注浆试验效果详见表略。

根据试验结果，采用“注浆泵+针式脉冲挤压灌注器”灌浆法进行灌浆，植筋胶采用粘稠度相对较低，且经济划算的之江植筋胶。

2.4 锚固段灌浆施工工艺

施工工艺：钻孔→安装锚杆→锚固段注浆→锚垫板及锚具安装→张拉→封孔回填灌浆。

2.4.1 钻孔

经锚固段试验发现钻孔过程中发现钻孔产生的灰尘过大，由于电厂核心区域内有盘柜等精密仪器，需有效采取措施以达到无尘化施工。目前国内常用吸尘机除尘、水幕捕尘、孔口扑尘等方法对灰尘进行控制。①吸尘机除尘：对灰尘的控制有限，无法达到施工要求；②水幕捕尘：用水量过大，无法有效控制水流量；③孔口扑尘器：设备投入较高，且由于脚手架上作业平台施工面积有限，设备转运困难，采用该设备会影响工程进度，且提高成本，不利于目标利润率的保证。

以上三种方式均不适用于电厂核心区域的钻孔除尘作业，因此，需研究如何制作一个简易装置，用简单、经济、有效、水流量小的除尘方法控制粉尘。

经研究试验，研制一种高压水汽混合湿式除尘设备，通过加工定制三通管，将水管与空压机风管在与潜孔钻结合处接头换为定制三通，通过洗车机将水泵入潜孔钻，使水与风充分结合，直达孔底，从而有效地控制了水流量及粉尘，达到了无尘化施工。

2.4.2 锚固段注浆

经研究试验，选用稀料作为稀释剂，降低植筋胶粘稠度及流动性，并调整植筋胶A、B组分配合比。最终确定最优配合比（质量比）=稀释剂：植筋胶：固化剂=1：17：0.10，在保证强度的前提下，减缓凝结速度，保证约30 min的灌浆时间。

设计了一种新型针式脉冲挤压灌注器，首先将少量稀释剂添加至A组分中，用手持式搅拌器搅匀后再掺入相应比例的B组分，再次搅拌均匀，同时倒入灌注器中。灌注器为活塞式，体积比锚固段灌浆体积略大，一端连接华氏注浆泵，一端连接孔内灌浆管，启动灌浆泵，通过华氏注浆泵开停结合脉冲方式，华氏注浆泵内的水挤压灌注器活塞，推动植筋胶，通过预埋的灌浆管，注入孔内；同时在孔底3 m处设置止浆塞，确保浆液不倒流，满足锚固段的灌浆量。经24～36 h后进行拉拔试验，拉至220 kN 锚杆仍未被拉松；单个孔灌注从拌制植筋胶、灌注、清洗，在10 min内完成，未出现堵塞机械现象发生。

2.4.3 锚垫板及锚具安装

锚具安装应与锚垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚筋体轴线在一条直线上，不得弯压或偏折锚头，确保承载均匀同轴，必要时用钢制垫片调整满足。

2.4.4 张拉锁定

张拉顺序：锚筋张拉前，取0.10～0.20 倍设计张拉力值对锚筋进行预张拉，确保锚固体各部分接触密贴，锚筋体顺布平直。张拉控制应力不应超过极限应力值的0.6倍。超张拉力值应为设计值的1.1～1.2 倍，锚筋张拉分两次进行，第一次张拉作业力值为设计张拉力值的一半，第二次达到设计值直至超张拉力值，每次张拉宜分为5～6 级进行，除第一次张拉需稳定30 min，其余每级持荷稳定时间为5 min，并分别记录每级荷载对应锚筋体的伸长量并做好记录。

锚筋锁定：锚筋张拉至设定最大张拉荷载值后，应持荷10～15 min，然后进行卸荷进行锁定作业。

2.4.5 张拉段注浆

水灰比定为0.5，为改善浆体的和易性，提高其硬化凝结速度，减水增强，在浆体中加入减水剂和膨胀剂，用量分别为水泥重的1.50%和10%，浆体用螺杆泵送入孔中，注浆压力为0.30 MPa，确保水泥结石充满孔段，并对基岩裂隙起到填充作用。

2.4.6 封孔回填灌浆

立模并用C30混凝土封闭外锚头，同时用水泥浆处理锚墩和锚头。

3 主要技术参数

①本项目设计的预应力树脂锚杆，锚杆长度12 m，锚杆直径32 mm，孔径76 mm，锚固段长度根据锚固试验确定（大于2.6 m），上倾角15°，P=100 kN，施工部位距离地下厂房地面垂直高度达18 m。②根据锚固材料（树脂植筋胶）的性能，必须30 min 内完成单根预应力锚杆锚固段的植筋胶搅拌、灌浆、清洗。③锚固段长度，由于没有可参考的经验，锚固段长度需要通过锚固试验确定（大于2.60 m），锚固剂（树脂植筋胶）灌浆完成24 小时，抗压强度等级不应低于C50，拉拔力达到设计值100 kN的2.2倍，即220 kN。

4 结论

通过对某电站围岩加固技术进行研究，形成了上倾式大孔径深孔预应力树脂锚杆加固施工工艺。研制了一种高压水汽混合湿式除尘设备，以达到无尘化施工要求。设计了一种新型针式脉冲挤压灌注器，采用“注浆泵+针式脉冲挤压灌注器”灌浆法进行灌浆，在保证强度的前提下，减缓凝结速度，保证30 min 左右的灌浆时间，经24～36 h 后进行拉拔试验，拉拔力达到设计值100 kN的2.2倍，围岩加固效果良好。