溪洛渡水電站左岸泄洪洞錨桿注漿新技術(shù)及應(yīng)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(guī)劃開發(fā)的第三個梯級電站，主要由攔河大壩、引水發(fā)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(jù)“分散泄洪、分區(qū)消能”的原則，在壩身布設(shè)了7個表孔和8個深孔，在兩岸布設(shè)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(shè)置閘門室，出口采用龍落尾方式設(shè)計。

泄洪洞有壓段斷面為全圓洞型，根據(jù)不同圍巖類別設(shè)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(wǎng)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(zhì)堅硬，巖體新鮮，嵌合緊密，巖體多呈塊狀～次塊狀結(jié)構(gòu)，局部層間、層內(nèi)錯動帶發(fā)育段巖體呈鑲嵌結(jié)構(gòu)。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(shù)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(wǎng)等。

左岸泄洪洞Ⅱ類圍巖的支護設(shè)計形式為:

無壓段:頂拱+邊墻上部3 m高范圍內(nèi)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(wǎng);側(cè)墻支護形式為:φ25系統(tǒng)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(nèi)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(wǎng);左右側(cè)墻60°及底部支護形式為:素噴10 cm厚C25混凝土，φ25 系統(tǒng)錨桿，L=4.5 m，外露0.5 m，間排距2 m。

漸變段:頂部、側(cè)拱及邊墻范圍內(nèi)支護形式為:掛網(wǎng) φ6.5@15 cm ×15 cm，噴15 cm 厚 C25混凝土;φ28系統(tǒng)錨桿，L=6 m和φ32系統(tǒng)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(zhì)量現(xiàn)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(yīng)大于錨桿直徑15 mm;若采用“先插桿后注漿”工藝，孔徑應(yīng)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(nèi)徑≥16 mm)和回漿管(內(nèi)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(zhì)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(guān)系，同時，其外溢量嚴(yán)重影響錨桿的注漿密實度質(zhì)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(jù)技術(shù)條款、相關(guān)規(guī)范并考慮洞內(nèi)施工環(huán)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(zhì)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(guī)范要求。

3.2 錨桿支護質(zhì)量現(xiàn)狀

按設(shè)計要求，錨桿注漿密實度應(yīng)不低于80%。在錨桿施工中，采用常規(guī)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(jù)業(yè)主建設(shè)典范工程的質(zhì)量需要，要求錨桿注漿密實度優(yōu)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(shù)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(yōu)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(shù)的研發(fā)

通過對錨桿注漿密實度優(yōu)良率不高的問題進行專題質(zhì)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(fā)現(xiàn)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(shè)備等因素外，初步確定造成注漿密實度優(yōu)良率不高的主要原因有兩點:一是注漿過程中注漿導(dǎo)管外拔過快，導(dǎo)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(dǎo)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(shù)攻關(guān)并采取生產(chǎn)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(shù):其一，在注漿管上研制增加安裝了止?jié){塞;其二，在插桿時的錨桿桿體上研制增加了止?jié){片。止?jié){塞和止?jié){片可循環(huán)使用。

5 注漿新技術(shù)的施工實踐

5.1 止?jié){塞

5.1.1 止?jié){塞的制作及規(guī)格

止?jié){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(jù)孔徑試驗調(diào)整。止?jié){塞規(guī)格經(jīng)我局試驗確定的有40～45 mm、45～50 mm、50～55 mm、60～70 mm 等幾種規(guī)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?jié){塞見圖2。

5.1.2 止?jié){塞的止?jié){原理

圖2 尼龍止?jié){塞

采用先注漿后插桿工藝注漿作業(yè)時，錨桿孔內(nèi)的漿液靠插入錨桿孔內(nèi)的注漿管輸送，注漿工憑經(jīng)驗邊注漿邊拔管，拔管速度不均勻，拔管作業(yè)受人為操作因素干擾，拔管速度過快時孔內(nèi)漿液不飽滿。而在插桿時，因錨桿孔內(nèi)漿液不飽滿的地方空氣可能不易排出而形成空腔。止?jié){塞的止?jié){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?jié){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(nèi)漿液的飽滿。

5.1.3 注漿效果

止?jié){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?jié){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?jié){塞錐度為40～45 mm，此時，止?jié){塞與錨桿孔徑間隙適當(dāng)，即止?jié){塞外徑與錨桿孔徑有17 mm左右的間隙時效果最優(yōu)，間隙過大則回漿阻力相對減小，回漿阻力對錨桿止?jié){塞的推動力降低，起不到漿液推動止?jié){塞的作用。間隙過小，回漿阻力增大，對止?jié){塞推動作用力增大。但止?jié){塞與錨桿孔徑間隙縮小，遇到Ⅲ類以上圍巖或錯動帶發(fā)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?jié){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(guī)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?jié){塞。在推廣應(yīng)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?！澳z帶止?jié){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?jié){片

5.2.1 止?jié){片的制作及規(guī)格

止?jié){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?jié){片。φ32錨桿造孔孔徑為64 mm，止?jié){片外徑為12 cm、內(nèi)孔孔徑為3.2 cm;φ28錨桿造孔孔徑為50 mm，止?jié){片外徑為10 cm、內(nèi)孔孔徑為2.8 cm;φ25錨桿造孔孔徑為50 mm，止?jié){片外徑為10 cm、內(nèi)孔孔徑為2.5 cm。止?jié){片在錨桿上的安裝情況見圖3。

圖3 止?jié){片預(yù)先套接在錨桿上的情形

5.2.2 止?jié){片的止?jié){原理

利用止?jié){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?jié){片始終緊壓在錨桿孔口，以防止插桿時的沖量使孔內(nèi)漿液無阻擋地過量溢出，從而起到止?jié){效果。

5.2.3 止?jié){片的止?jié){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(yè)平臺，人工可站在臺車上用棉紗堵孔，防止?jié){液過量溢出，但自制臺車因其梁柱桿件較多，自身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以滿足錨桿長度空間的作業(yè)要求，從而導(dǎo)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?jié){片的針對性及優(yōu)點。

在左岸泄洪洞Ⅱ?qū)渝^桿支護施工時是以8 t或16 t汽車吊吊臂鋼筋籠為作業(yè)平臺，汽車吊回轉(zhuǎn)擺動自由靈活，施工效率高。但狹小的作業(yè)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?jié){液過量溢出的措施無法實施。而止?jié){片克服了無法在孔口止?jié){的缺點。錨桿在施工前預(yù)先套接止?jié){片(圖3)，插桿過程中止?jié){片始終緊貼在錨桿孔口，防止插桿用力不均勻而導(dǎo)致孔內(nèi)漿液過量溢出，造成錨桿孔內(nèi)不密實。我局現(xiàn)在左岸泄洪洞采用的吊車+止?jié){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?jié){片止?jié){效果的施工要點。

因止?jié){片為一平面物件，當(dāng)錨桿孔口不平整時，止?jié){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?jié){效果。所以，當(dāng)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?jié){片的功效發(fā)揮。

5.3 止?jié){塞和止?jié){片聯(lián)合使用的效果

經(jīng)過采用孔口“止?jié){片”和孔內(nèi)“尼龍止?jié){塞”“膠帶止?jié){塞”措施對比后發(fā)現(xiàn)，錨桿合格率提高到100%，優(yōu)良率由以前的60%提高到95%以上，見表1。采取該新技術(shù)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(shù)的推廣應(yīng)用

錨桿“止?jié){片”、“止?jié){塞”新技術(shù)的研制應(yīng)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(yōu)良率。其根本作用在于克服了常規(guī)注漿施工當(dāng)中人為因素的影響，能夠保證錨桿孔內(nèi)砂漿的飽滿，能夠避免插桿過程當(dāng)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(zhì)量，有效地避免了不合格錨桿，帶來的是質(zhì)量、安全、進度、投資控制的全面效益。

表1 錨桿注漿新技術(shù)使用前后密實度對比表

經(jīng)我局在泄洪洞采用錨桿“止?jié){片”、“止?jié){塞”新技術(shù)施工后，錨桿注漿密實度的優(yōu)良率不斷提升，同時引起了業(yè)主方的高度關(guān)注。在經(jīng)過對注漿新技術(shù)的深入了解后，業(yè)主認(rèn)為該注漿技術(shù)不僅能夠大大提高錨桿的施工質(zhì)量，而且簡單、易于操作，遂將該項技術(shù)在全工地進行了推廣應(yīng)用，取得了較好的質(zhì)量效果。