压力注浆锚杆设计、施工与质量控制

 

关键词：红粘土段 钻孔 压力注浆锚杆 施工工艺 质量控制 

 

1．              概 述：

 

山西省万家寨引黄入晋工程位于山西省西北部，由总干线、北干线、南干线三部分组成，经黄河万家寨水利枢纽取水，建成后向太原、大同、平朔三地供水，年引水量为12亿M3。总干6#—7#—8#引水隧洞采用全断面、双护盾TBM掘进机施工，预制混凝土管片式衬砌，衬砌由4片混凝土管片组成。由于6#—7#—8#引水隧洞部分经过红粘土、黄土地段，所以须对此不良地段进行灌浆和锚杆支护处理。

 

2.加固段工程地质条件：

 

2.1  6#隧洞

 

桩号9+208—9+648段，隧洞围岩为第三系上新统N2红粘土及亚粘土，含有少量钙质结核和灰岩砾石或碎块。开挖期间无地下水活动，围岩有一定自稳能力，隧洞上覆土层厚50—150米，主要为Q3黄土状亚砂土圾少量Q2亚粘土夹层。

 

    桩号10+006—10+388段，隧洞围岩为第三系上新统N2红粘土偶含灰岩及砂岩碎块，开挖期间桩号10+059—10+224段有地下水渗出，围岩稳定性差。其余无水洞段稳定性好隧洞上覆土层厚15—65米，最厚处近90米，主要为Q3黄土状亚砂土及少量Q2亚粘土夹层。

 

2.2  7#隧洞

 

桩号11+065—11+203段，隧洞围岩为第三系上新统N2红粘土及亚粘土含有少量钙质结核及灰岩砾石或碎石。开挖期间岩土渐变段有地下水渗出，围岩稳定性差。隧洞上覆土层厚25—95米，主要为Q3黄土状亚砂土及Q2亚粘土夹层。

 

   经勘察及施工期间取样试验成果表明：N2红粘土粘粒含量因为种种原因较高（20%—40%），有效蒙脱石含量达10%—15%，具有弱—微膨胀性。若隧洞运行期内水外渗，将极大地恶化其工程性质。

 

3. 对N2土洞段锚杆加固的目的

 

通过对压力注浆和系统锚杆挤压粘结的作用，加固洞周以外一定范围内的土体，提高其自身弹性抗力及改善防渗体并形成一定的连续承载圈。同时，锚杆体作为支撑和拉杆与隧洞衬砌的四块管片镶嵌的机动结构可有机地结合，形成共同工作体。

 

 

 

 

4.     压力注浆锚杆设计、施工工艺

 

施工工艺流程；钻孔→锚杆埋设（注浆及排气管）→注浆→闭浆→养护→拉拔试验。

 

4.1 钻孔

 

钻孔采用SGZ—ⅢA型地质钻机，钻孔孔深3.3米,其中外部锚固长3米,孔径为Ф75,孔底扩孔为0.3米,扩孔孔径为Ф100.钻头视不同情况采用金刚石钻头、硬质合金钻头、麻花钻头等。钻孔要求保证长度、方向、倾斜度。扩孔采用偏铣钻进行扩孔。为加快进度，节约钻头，当全孔为红色粘土的孔段，钻机破孔后，用焊接的掏铲进行人工掏孔，人机共用，加快了施工进度，提高了工作效率。

 

钻机安放在钢管焊制的台车上，从洞口开始逐环沿顶拱和侧拱原管片灌浆孔进行钻孔，每钻孔一环，移动台车进行下一环钻孔。

 

4.2 锚杆的制作和安装

 

锚杆杆体材料采用20锰硅钢筋,锚杆直径为18mm,锚杆杆体3.3米,锚杆的外露段要有丝扣,或焊接带有丝扣的接长拉杆(焊口强度要大于杆体的抗拉强度).钢筋加工前应进行调直、除油、除锈、去污等处理，沿杆体轴线方向每隔1米设置一个对中支架，排气管和进浆管与杆体结合要牢固。

 

锚杆安装采用先安锚杆后注浆的程序，将一根与锚杆长度相同的Ф18铁管和锚杆焊接在一起，下到孔底，底部铁管距孔底不大于0.5米,然后在孔口安装一根1米长的Ф18铁管,孔口0.5米长的孔内用高标号水泥砂浆封堵,孔口封堵砂浆待凝3天后进行锚杆注浆.对于仰角孔,短管为进浆管,长管为排气管;对于下倾孔和底板,进浆管和排气管好相反。

 

锚杆安装前，检查注浆器具的工作性能，在注浆前用水或稀水泥浆润滑管道，并将钻孔吹净。

 

4.4 注浆

 

注浆水泥厂为普硅425号水泥，砂子用质地坚硬的天然砂，注浆用水为拌制混凝土用水，外加剂用XPM高效减水剂。注浆压力一序孔为1.5Mpa二序孔为2 Mpa。施工时视现场具体情况及洞壁变形观测结果进行调整。浆液配比为：水：灰：砂=0.5:1:1,外加剂为水泥重量的5%。

 

注浆顺序：①压力注浆均按环间分序，环内加密的原则进行。②压力注浆采用单孔或左右成对称上升注浆的方法，同一环上的注浆孔进行并联灌浆，孔数为2个。压力注浆采用全孔一次纯压完成。

 

4.4 闭浆

 

排气孔出浆后封闭,当吸浆小于0.4L/分时续灌10分钟。

 

1、      压力注浆锚杆施工质量控制要点

 

（1）     检测原材料

 

对水泥、砂子、外加剂，钢筋抗拉强度、锚杆体部件性能等进行检测、试验，其中水泥、外加剂，钢筋必须有出场合格证。

 

（2）             检查中间产品（全套锚杆）

 

锚杆直径为18mm,锚杆杆体3.3米,锚杆的外露段要有丝扣,或焊接带有丝扣的接长拉杆(焊口强度要大于杆体的抗拉强度).排气管和进浆管与杆体结合要牢固。垫板（20cm×20cm×1cm）和螺帽齐备。制成的锚杆在放置和运输过程中不得有明显变形。

 

（3）       检查钻孔

 

孔径75—80mm,孔底扩孔（φ100长30cm）孔位（顶拱和侧拱原管片灌浆孔）孔向为径向，排距1.6m,孔深为3.3m,钻孔成好,孔壁光滑,孔眼直,钻孔终点偏差不应大于1.5 cm, 钻孔终点偏差不大于25cm，实际孔位要有记录。

 

（4）       注浆设备

 

首先重点检查压力表。每两班次校正一次，不合格的禁用。其次是要求注浆管路畅通，使用前作耐压试验。

 

（5）       检查浆液和砂浆

 

检查配合比，采用比重计检验浆液比重，检查水、水泥、砂、外加剂重量比是否符合设计要求，砂浆强度能否达到C20。

 

(6) 检查锚杆安装和注浆

 

吹孔后安插锚杆，砂浆封孔0.5米深(保证注浆时不使浆液鼓出)3天后开始注浆,排间分序,排内加密。

 

（7）闭浆标准

 

排气孔出浆后封闭,当吸浆小于0.4L/分时续灌10分钟。

 

（8）锚杆端头处理

 

待注浆强度达到手70%后，切割凿除注浆管和排气管到管片内侧5cm处，用高标号水泥砂浆将孔口抹平，锚杆外露部分用防腐漆涂上。

 

（9）检查安全监测

 

周边收敛监测：5米一个测量断面，3个测点，施工期每天测量两次（采用收剑计）用水平仪测量顶拱不沉，每20米设3个测点。施工期每天测两次。

 

（10）拉拔试验（28天龄期0）每300根锚杆取6根作拉拔试验，3.3米长锚杆拉拔力要求达到7吨.

 

2、       小结

 

经过拉拔试验得出：6#、7#洞压力注浆锚杆抗拉拔力均达到7吨。实践表明对于不良地段N2土洞段，压力注浆锚杆可以作为拼装式管片衬砌结构的一种加固手段。通过对N2土洞管片衬砌段回填、固结灌浆，加上压力注浆锚杆的施工，达到加固洞周以外一定范围内的土体之目的，同时可以形成防渗体，可较有效地防止隧洞渗漏和增强结构稳定的作用。