樹脂錨固劑在水庫大壩加固工程施工中的應(yīng)用

王紅彥

（河北省邢臺市水務(wù)局，河北邢臺 054000）

樹脂錨固劑在水庫大壩加固工程施工中的應(yīng)用

王紅彥

（河北省邢臺市水務(wù)局，河北邢臺 054000）

以邢臺市野溝門水庫除險加固工程施工為例，介紹了樹脂錨固劑在大壩迎水面及溢流堰面新澆防滲混凝土與漿砌石連接中應(yīng)用。采用樹脂錨固劑用于水庫大壩加固，不僅可以縮短工期，而且容易操作，還可節(jié)省投資，各項指標(biāo)達到設(shè)計要求。該項工程采用樹脂錨固劑在大壩除險加固中的應(yīng)用，為今后大壩除險加固積累了經(jīng)驗。

樹脂錨固劑；大壩加固；施工程序和方法；野溝門水庫

1 工程特點

野溝門水庫除險加固工程上游面板連拱壩段、溢流堰面為混凝土結(jié)構(gòu)，兩端重力壩段為漿砌石，新舊混凝土、新混凝土與漿砌石之間采用錨筋連接，錨筋間距1.5m×1.5m梅花型布置，總量8346根，且錨筋多為水平向。傳統(tǒng)的錨筋栽植粘結(jié)劑多用水泥砂漿，對于水平孔水泥砂漿很難灌入，漿液稀易流出，孔上部有空隙，錨筋不易全段面與載體粘結(jié)，拉拔力達不到設(shè)計要求，漿液稠了其本身占用孔的體積，錨筋插入不易到位，錨固長度很難達到設(shè)計要求，同時水泥砂漿有一定的凝結(jié)時間，一般情況下錨筋安裝后7d內(nèi)不得敲擊、碰撞、拉拔和懸掛重物，這就影響到了工程施工進度。

野溝門水庫加固主要任務(wù)是在整個大壩的迎水面打眼栽錨筋、設(shè)雙層鋼筋網(wǎng)，澆注一層防滲防凍混凝土面層，厚度為40～90cm；溢流堰面鑿除厚30cm的混凝土，預(yù)埋錨桿安裝鋼筋網(wǎng)，按原溢流面高程及曲線澆筑厚30cm聚丙烯纖維混凝土。

2 樹脂錨固劑的特性

2.1 特點

樹脂錨固劑是由不飽和聚酯樹脂、固化劑、促進劑和其他輔料，按一定比例配制而成的粘稠狀錨固粘接材料，由聚酯薄膜分割包裝呈藥卷狀，具有常溫固化快，粘接強度高，錨固力可靠和耐久力好等優(yōu)良性能［1］，其在煤炭行業(yè)的井巷支護、井筒安裝等工程中已廣泛應(yīng)用。該項新技術(shù)已應(yīng)用于水利工程施工方面，取得較好的效果。其特點有以下幾個方面。

（1）承載快，錨固性能與鋼筋預(yù)埋件相近，具有“雙快一高”的特性即固化時間快（速度可調(diào)）、強度增長快、強度高。安裝后不僅能及時承受載荷，且錨固力大。

（2）適應(yīng)性強，粘接對象廣泛。粘接異型、復(fù)雜的大型薄板結(jié)構(gòu)，可錨固各種木材、金屬、玻璃鋼體及其他剛性物體。

（3）具有良好的疲勞強度?？蓮V泛的用于結(jié)構(gòu)加固、巖層支護、設(shè)備基礎(chǔ)固定、堤壩裂縫修復(fù)及高層建筑外墻石材干掛、金屬或幕墻框架的安裝及固定等。

（4）抗水型樹脂錨固劑除以上特點外，當(dāng)有水存在時，具有增強快、強度高的特性，避免了水對樹脂錨固劑固化速率、抗壓強度和錨固力的影響。

（5）樹脂錨固劑由樹脂膠泥與固化劑兩部分組成，分隔包裝成卷形，兩部分攪拌混合后才能使錨筋桿體與錨固體孔壁粘結(jié)在一起，不攪拌時可儲存3個月，保質(zhì)期長，施工方便。

2.2 技術(shù)參數(shù)

樹脂與錨固劑的固化過程是一個放熱反應(yīng)過程，化學(xué)上稱為交聯(lián)聚合過程。從物理現(xiàn)象可分為3個階段［2］。

（1）凝膠階段。固化劑、加速劑與樹脂錨固劑攪拌開始到錨固劑變?yōu)檐浤z狀態(tài)。這時，膠泥溫度上升。其所需時間稱為膠凝時間。

（2）硬化階段。錨固劑膠泥由軟膠狀態(tài)變?yōu)楣腆w狀態(tài)，膠泥內(nèi)溫度上升速度加快。這一變化過程中所需時間稱為增長時間。

（3）完全固化階段。變硬后的膠泥的硬度繼續(xù)發(fā)展，直至完全固化。

利用樹脂膠錨固有關(guān)技術(shù)參數(shù)包括抗壓強度、剪切強度等，有關(guān)技術(shù)參數(shù)如表1。

表1 樹脂錨固劑有關(guān)技術(shù)參數(shù)

3 錨桿應(yīng)力計算［3］

3.1 錨桿極限抗拔能力

巖層中錨孔的深度應(yīng)超過破裂面，并需在穩(wěn)定地層中達到足夠的長度，即有效錨固段。有效錨固段所能承受的最大拉力稱為錨桿的極限抗拔力［4］。

當(dāng)錨固段受力時，拉力首先通過鋼拉桿邊的砂漿握裹力而傳遞到砂漿中，然后通過錨固段鉆周邊的地層摩擦力而傳遞到錨固地層中，因此，鋼拉桿除了鋼筋本身須在足夠的抗拉截面面積外，錨桿的抗拔作用還必須同時滿足幾種情況：①錨固段的砂漿對鋼拉桿的握裹力需能承受的極限拉力；②錨固段地層對砂漿的摩擦力需能承受的極限抗力；③錨固段的土體在最不利的條件下仍能保持整體穩(wěn)定性。

錨固段砂漿所產(chǎn)生的最大抗拔能力如公式（1）。

式中Tu為錨桿的極限抗拔能力；D為錨桿鉆孔直徑（m）；La為錨桿有效錨固長度（m）；τ為錨固段周邊抗剪強度（kPa）。

錨桿承載力計算應(yīng)符合式（2）要求。

式中Td為錨桿水平拉力設(shè)計值（kN）；Na為錨桿軸向受拉從承載力設(shè)計值（kN）；θ為錨桿與水平面的夾角。

3.2 錨桿的截面和長度計算

錨桿、截面面積如式（3）。

式中As為鋼筋截面面積；fy為鋼筋抗拉強度設(shè)計值；θ為錨桿與水平面的夾角。

錨桿固錨段長度按錨桿抗拉實驗確定，按式（4）、式（5）估算，取其中較大值。

式中k為抗拉分項系數(shù)，取2.0；Nu為錨桿軸向受拉承載力設(shè)計值（kN）；q為鋼筋與漿體之間的黏結(jié)強度標(biāo)準(zhǔn)值，取2800kPa；D為錨桿鉆孔直徑（m）；Le為錨桿的有效錨固長度（m）；τ為錨固周邊的抗剪強度（kPa）。

4 錨筋施工

4.1 確定孔位

野溝門水庫大壩加固分為壩前和壩后兩個部位。在迎水壩面，死水位以下，采用錨桿直徑準(zhǔn)22mm，長度2.5m，深入壩體深度1.55m；在壩體迎水面的鋼筋混凝土防滲面板采用錨桿直徑準(zhǔn)20mm，長度1.5m，深入壩體1.15m；在溢流壩底部采用直徑準(zhǔn)20錨筋，長度1.25m。

鉆孔位置直接影響錨桿的安裝質(zhì)量和力學(xué)效果，因此，鉆孔前應(yīng)由技術(shù)人員按設(shè)計圖紙要求定出孔位，標(biāo)注醒目的標(biāo)志。

4.2 風(fēng)鉆鉆孔

鉆孔前，根據(jù)設(shè)計要求和土層條件，定出孔位，做出標(biāo)記；鉆機就位后，應(yīng)保持平穩(wěn)，導(dǎo)桿或立軸與鉆桿傾角一致，并在同一軸線上。

孔位確定后，將風(fēng)鉆對準(zhǔn)孔位調(diào)整鉆桿鉆進角度后正式開鉆。采用大于錨桿直徑的鉆頭鉆進，鉆進時風(fēng)從鉆管流向孔底，在一定氣流壓力下，風(fēng)攜帶鉆削下來的石屑排出孔外，鉆進時要不斷地吹氣排屑。待鉆進至規(guī)定深度，鉆機繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，并不斷地向孔內(nèi)吹氣，使殘留在孔中的土屑能夠完全被吹出，保證孔內(nèi)干凈。

鉆進過程中，應(yīng)精心操作、精神集中，合理掌握鉆進參數(shù)及鉆進速度，防止埋鉆、卡鉆等各種孔內(nèi)事故［5］。當(dāng)成孔達到設(shè)計深度后，注漿前用高壓水清孔，排出孔內(nèi)沉渣，直至孔口返出較為干凈的無大量沉渣的水為止。但需注意清孔時間不宜過長，以防塌孔影響拔管及注漿質(zhì)量。

4.3 錨桿的制作與安裝

鉆桿安裝前應(yīng)把孔內(nèi)的積水和浮塵徹底吹洗干凈，并檢查成孔是否符合設(shè)計要求，不合格者進行補救。

錨筋表面不能沾有油污，若有油污用干凈布片擦拭干凈后再使用；錨筋安裝前用錨筋桿體測量孔深，做出標(biāo)記，保證孔深滿足錨固長度要求［6］。

利用桿體將錨固劑緩慢送入孔底，然后啟動攪拌機帶動桿體旋轉(zhuǎn)，將桿體勻速推進到孔底，使錨固劑兩種成分混合攪拌，起到錨固作用；攪拌機轉(zhuǎn)速≥150轉(zhuǎn)/min，攪拌時間按上表規(guī)定時間段操作。嚴(yán)禁在錨固劑未送到孔底的情況下，開動攪拌機。

錨筋安裝攪拌結(jié)束要及時在孔口將桿體臨時固定，然后卸下攪拌機，在等待時間段不得使桿體移動，以確保錨固質(zhì)量，達到承載時間后，即可達到錨固力。產(chǎn)品按凝膠時間的不同進行分類，產(chǎn)品分類如表2。

表2 樹脂錨固劑產(chǎn)品分類單位：s

依據(jù)樹脂錨固劑的特性，施工時采用了樹脂錨固劑栽植錨筋的技術(shù)，考慮壩體內(nèi)有浸水和施工用時，選用K快速抗水型樹脂錨固劑，其凝膠時間為41～90s，不影響施工進度。

錨固劑使用前要認真檢查顏色和手感，質(zhì)地柔軟、外觀完好即可使用，若有硬化、結(jié)塊、破裂、變質(zhì)等異常現(xiàn)象，禁止使用。

4.4 錨筋拉拔試驗

錨桿拉拔力試驗是制定圍巖的可錨性，評價錨桿、樹脂、圍巖固錨系統(tǒng)性能和錨桿的錨固力。在灌漿錨桿基本確定之后，應(yīng)該對結(jié)構(gòu)物的整體穩(wěn)定性進行驗算。即使錨桿各部設(shè)計合理，但整個結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性達不到要求，錨桿設(shè)計必須重新考慮，加長錨桿，并重新檢算，驗算方法可參閱有關(guān)土體或巖體穩(wěn)定的檢算方法。

不同型號鋼桿錨固力規(guī)定值如表3。

表3 不同型號鋼桿錨固力規(guī)定值

野溝門水庫加固工程錨筋栽植共8346根，隨著施工進度對栽植好的錨筋按設(shè)計要求的比例進行了拉拔試驗，所做試驗的拉力值達到了鋼筋的屈服極限，錨筋均未被拉出，滿足設(shè)計要求。

4.5 采用樹脂錨固劑施工特點和優(yōu)點

4.5.1 工期縮短

野溝門水庫上游迎水面防滲面板共分31個單元工程，溢流堰面分19個單元工程，每個單元工程需分3～4個工作面才能完成，因此各工作倉面各工序銜接必須緊湊，其中錨筋安裝工序采用了樹脂錨固劑，因其凝結(jié)時間短，10min即可達到錨固承載要求，而水泥砂漿則需要7d，大大縮短了施工工期，原施工計劃防滲面板和溢流堰面二項分部工程工期為240d，實際180d完成，工期提前了60d。

4.5.2 安裝簡單、易操作、節(jié)省投資

迎水面防滲面板和溢流堰面錨筋多為水平方向，采用水泥砂漿：①漿液從拌制到錨筋安裝2h內(nèi)（水泥初凝）必須完成，否則水泥砂漿不能再用；②水平向錨筋孔內(nèi)注漿困難，耗時長。樹脂錨固劑是由樹脂膠泥與固化劑兩部分分隔包裝成卷形，兩部分只有在攪拌混合后才凝結(jié)，因其為聚酯薄膜包裝呈藥卷狀的，施工時可直接用錨筋桿體將其推進孔內(nèi)，由攪拌機帶動錨筋轉(zhuǎn)動，邊攪拌邊推進，錨筋推進到孔底即完成安裝，因而提高了功效，節(jié)省了人工成本。

5 結(jié)語

野溝門水庫除險加固工程與2010年5月底完工，7月份通過了蓄水驗收，8月底水庫蓄滿運行，至今已3年多，未出現(xiàn)新舊混凝土分離現(xiàn)象，滲漏情況得到徹底解決，該工程合同工期到2010年10月31日，提前了5個月完成施工任務(wù)，其主要因素之一是采用了樹脂錨固劑，縮短了錨筋的承載時間，提高了錨筋的錨固力，由此可見樹脂錨固劑栽植錨筋技術(shù)在水利工程施工中是可借鑒和推廣的。

［1］MT146.1—2002，樹脂錨固劑行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)［S］．

［2］王繼勇．促進劑用量對樹脂錨桿錨固劑凝膠時間的影響［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36（11）：23-25．

［3］范宇潔，萬勝武．預(yù)應(yīng)力錨索有效錨長度和極限抗拔力的計算［J］．地下空間與工程學(xué)報，2006，2（4）：672-675．

［4］任澤根，陳維康．錨桿邊墻在重陽水庫溢洪道中的應(yīng)用［J］．水利規(guī)劃與設(shè)計，2010（3）：71-73．

［5］靳馬超．淺談錨桿施工過程的質(zhì)量控制［J］．山西建筑，2011，37（29）：197-198．

［6］馬云飛．淺談錨桿桿體的制作與安放［J］．科技傳媒，2010，29（20）：133-135．

［7］李曉芝，田穩(wěn)苓，孫文君．鋼筋植筋粘結(jié)錨固性能的拉拔試驗研究［J］．河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010，39（4）：113-119．

Application of Resin Anchoring Agent in the Construction of Reservoir Dam Reinforcement Engineering

WANG Hong-yan
（Hebei Province Xingtai Water Authority，Xingtai 054000，China）

Taking Xingtai Yegoumin reservoir reinforcement project construction as an example,introduces the application of resin anchoring agent in the connection between anti-seepage concrete and masonry in dam upstream surface and overflow weir surface.The resin anchoring agent for the reservoir dam reinforcement can short the construction period,easy to operate and saves investment;the various measures can meet the design requirements.The application of resin anchoring agent accumulated experience for future dam reinforcement.

resin anchoring agent；dam reinforcement；the construction procedure and method；Yegoumin reservoir

TV5

B

1672-9900（2014）03-0082-04

2014-04-16

王紅彥（1967-），男（漢族），河北邢臺人，高級工程師，從事水利工程設(shè)計和施工管理方面的工作，（Tel）13831908260。