機(jī)械漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿在烏弄龍水電站的應(yīng)用

【摘要】機(jī)械漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿作為一種新型的錨桿形式，其既能發(fā)揮普通錨桿的錨固作用，又能將灌漿融合起來，聯(lián)合改進(jìn)圍巖的受力條件。這種錨桿施工方便，能夠在最短時間內(nèi)發(fā)揮錨固作用，使圍巖的應(yīng)力場從二次應(yīng)力場迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槿S應(yīng)力場，有效抑制巖爆、圍巖變形的發(fā)生與發(fā)展，對支護(hù)部位的穩(wěn)定非常有利。筆者寄希望通過對其原理和施工技術(shù)的總結(jié)，對該類錨桿的應(yīng)用起到推廣作用，使支護(hù)形式增加一種錨固形態(tài)。

【關(guān)鍵詞】漲殼式錨桿；施工方便；應(yīng)用；推廣

1、概述

機(jī)械漲殼式預(yù)應(yīng)力錨桿中空注漿錨桿（以下簡稱為漲殼式錨桿）主要應(yīng)用于尾調(diào)室頂拱，尾調(diào)室最大開挖尺寸116.5m×20.0m×65.9m（L×B×H），頂拱為半徑分別為R1300cm和R400cm的“三心拱”。頂拱圍巖以淺灰～深灰色砂質(zhì)、泥質(zhì)板巖夾薄層～中厚層狀變質(zhì)砂巖為主，少量灰～灰綠色厚層～巨厚層狀變質(zhì)石英中～細(xì)砂巖，巖層產(chǎn)狀NW3500～NE50NE（SE）∠800～870，與調(diào)壓室軸線夾角400～550。漲殼式錨桿支護(hù)參數(shù)為150KN預(yù)應(yīng)力Φ32mm錨桿、L=9.0m（外露15cm）、間排距3m×3m，與Φ28mm普通錨桿交錯布置。

2、工作原理分析

漲殼式錨桿屬于端頭錨固錨桿，前端有一金屬楔形漲殼頭，將錨桿送入設(shè)計位置后，漲殼頭完全打開，并與圍巖形成摩擦力，然后擰緊螺母，從而實現(xiàn)錨固作用，安裝后很快形成拉應(yīng)力拱區(qū)，使洞壁圍巖的應(yīng)力場狀態(tài)從二次應(yīng)力場迅速轉(zhuǎn)變?yōu)槿S應(yīng)力場，能有效抑制巖爆、圍巖變形的發(fā)生與發(fā)展。

簡單來說，漲殼式錨桿是在中空注漿錨桿的前段增加一個可以漲縮的金屬漲殼錨固件，該錨固件平時外徑處于最小，安裝時隨錨桿體一起被塞入錨桿孔中，直至撐緊在鉆孔壁上，漲殼頭完全張開，形成錨固力。施加預(yù)應(yīng)力時，隨著錨桿體張拉力的增大，錨固件與鉆孔壁間的摩擦阻力也隨之增大，發(fā)揮錨固作用。漲殼式錨桿樣式圖見圖1。

3、漲殼式錨桿的特點

漲殼式錨桿最大的特點是操作簡單，使用方便，能在開挖后立刻發(fā)揮預(yù)應(yīng)力以減少或阻止圍巖的松動和變形。

采用注漿與漲殼頭鎖緊兩種不同性能支護(hù)的組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行聯(lián)合支護(hù)，能發(fā)揮兩種支護(hù)形式的各自特點，實現(xiàn)圍巖長期穩(wěn)定。

漲殼式錨桿采用優(yōu)質(zhì)專用螺紋鋼制造，經(jīng)過特殊的加工工藝，充分利用了錨桿桿體的力學(xué)性能，使桿體強(qiáng)度和桿體尾部螺紋強(qiáng)度一致。 漲殼式錨桿能在錨桿全長充沛錨固，施工時配用高強(qiáng)度快速安裝扭矩螺母和球形托盤，不存在力學(xué)弱面，具有承載強(qiáng)度高、錨固可靠、伸長率好、適合快速安裝施工等特點。

4、現(xiàn)場工藝試驗

4.1 室內(nèi)試驗

在漲殼式錨桿施工前，需在室內(nèi)進(jìn)行相關(guān)試驗，主要為中空錨桿水泥凈漿配合比試驗、水泥錨固劑凝結(jié)試驗與抗壓強(qiáng)度檢驗和扭力扳手的率定試驗。

4.2 鉆孔直徑確定

Φ32mm漲殼式錨桿錨頭直徑為55mm，為保證錨頭順利插入孔內(nèi)且能順利打開漲殼頭進(jìn)行錨固，鉆孔時分別使用Φ57mm、Φ64mm兩種規(guī)格尺寸鉆頭進(jìn)行試驗。經(jīng)現(xiàn)場對比試驗后，采用Φ64mm孔徑即可滿足要求。

4.3 造孔

采用多臂鉆造孔，每根錨桿鉆孔時間一般在10min～15min，施鉆結(jié)束后，采用風(fēng)和水對鉆孔進(jìn)行清洗，然后檢測孔深，合格后，進(jìn)行孔口保護(hù)。

4.4 安裝及封孔

采用人工利用8t吊車自制的作業(yè)平臺進(jìn)行安裝。因桿體較輕，2人即可安裝錨桿，且耗時較短，一般在10min～15min。錨桿安裝完畢后即可進(jìn)行封孔，采用速凝高強(qiáng)錨固砂漿將孔口封堵并找平，安裝鋼墊板及配套螺母。

4.5 張拉

錨桿張拉機(jī)具采用預(yù)置式TG型200-1000N·m扭力扳手。張拉施工前，將張拉機(jī)具進(jìn)行率定。扭力扳手在試驗室采用SDMG-15T型錨桿測力計進(jìn)行率定，率定結(jié)果見圖2。

根據(jù)室內(nèi)率定成果，由上表回歸方程可知，采用SDMG-15T型錨桿測力計時，要使預(yù)應(yīng)力錨桿達(dá)到T=150kN的初始預(yù)應(yīng)力，1#扭力扳手所對應(yīng)的扭矩值為515N·m。

張拉先按照20%設(shè)計張拉荷載對錨桿進(jìn)行預(yù)張拉1～2次，使其各部位接觸緊密，然后分別按450N·m、500N·m、550N·m、600N·m逐級張拉，每級持荷5分鐘，測讀相應(yīng)的桿體伸長值，并做好記錄。當(dāng)加荷至1.10T（T=150KN）桿體伸長值無變化時，持荷鎖定，拆除機(jī)具。

4.6 注漿

采用注漿管進(jìn)漿，漿體逐漸充溢鉆孔并向上流動。此時中空錨桿體的空腔成為排氣道，當(dāng)空氣排完時，注漿體從漲殼錨固件尾端進(jìn)漿，充滿空腔，從錨桿頭流出，注漿完成。

4.7 質(zhì)量檢測

采用錨桿無損檢測儀【型號：JL-MG（D）】對密實度進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)僅局部出現(xiàn)輕微不密實現(xiàn)象，注漿密實度均在80%以上，均達(dá)到Ⅱ級及以上標(biāo)準(zhǔn)，高于常規(guī)部位錨桿支護(hù)密實度規(guī)范要求，取得了良好的支護(hù)效果。

5、現(xiàn)場施工方法

經(jīng)過工藝試驗，總結(jié)出適合于本工程的施工方法。

5.1 鉆孔

采用全站儀按照設(shè)計間排距測放并標(biāo)示孔位，然后多臂鉆造孔。為控制孔向及傾角，開孔前用羅盤對鑿巖機(jī)導(dǎo)軌的方向及傾角進(jìn)行測量，合格后，用半功率開孔，開孔深度達(dá)0.5m時，再次對孔向及傾角進(jìn)行復(fù)核，確保無誤后，采用全功率鉆進(jìn)，直至鉆孔結(jié)束，每根錨桿鉆孔時間一般在10min～15min。對孔深的控制，采用在鉆桿上作好標(biāo)記，施鉆結(jié)束后，采用壓力水對鉆孔進(jìn)行清洗，然后檢測孔深，合格后進(jìn)行孔口保護(hù)，移交下道工序。

5.2 安裝與張拉

（1）采用三臂臺車配合人工將錨桿體送入孔內(nèi)，使用廠家配置專用連接套筒轉(zhuǎn)動錨桿桿體，使鋼質(zhì)錨頭漲開與巖壁緊密接觸以達(dá)到錨固目的。

（2）保證錨桿與墊板垂直，使錨桿軸向受力。

（3）放入止?jié){塞和錨墊板，并安裝排氣管，旋上螺母，并使錨桿桿體位于錨桿孔的中部，并使用六角扳手預(yù)緊。

（4）根據(jù)設(shè)計要求初始預(yù)應(yīng)力值，使用扭力扳手施加預(yù)應(yīng)力。扭力扳手使用前將扭力扳手設(shè)定到相應(yīng)的扭矩值，由三臂臺車或吊車加吊籃作為作業(yè)平臺，兩人協(xié)作，采用管子鉗共同施加預(yù)應(yīng)力。當(dāng)錨桿達(dá)到預(yù)定應(yīng)力，扭力扳手達(dá)到預(yù)設(shè)扭矩值時，扭力扳手會發(fā)出“咔噠”的響聲。

5.3 注漿

采用專用螺旋砂漿泵進(jìn)行注漿，該泵的優(yōu)點在于注漿壓力和流量可調(diào)節(jié)，壓力動脈小，注漿壓力和流量均勻，使用16t汽車起重機(jī)配合人工注漿。注漿時，利用排氣管注漿，中空桿體排氣，直至中空桿體流出漿液方可停止注漿。注漿時注意控制注漿壓力和流量，以防止注漿管爆裂。

5.4 注漿密實度檢測

注漿完成3天后，采用物探的方法對中空錨桿砂漿密實度進(jìn)行檢測，砂漿密實度不小于75%，且抽查合格率大于90%為合格。

6、質(zhì)量控制

漲殼式中空預(yù)應(yīng)力錨桿施工工序簡單，需重點控制張拉工序。具體控制環(huán)節(jié)主要有以下幾個方面：

對漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿桿體、水泥等重要材料，要求相關(guān)資料齊全，并進(jìn)行進(jìn)場抽檢，以確保材質(zhì)優(yōu)良。

（2）三臂臺車造孔是質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，孔位必須經(jīng)測量放樣，并用紅油漆標(biāo)識。液壓鑿巖臺車要選用經(jīng)驗豐富，責(zé)任心強(qiáng)的操作手，開鉆前要認(rèn)真調(diào)整好鉆臂方向，確?？紫虼怪睅r面在開鉆，鉆桿勻速鉆進(jìn)，并不斷加水沖洗巖粉。鉆孔準(zhǔn)確度高，不但確保了錨固效果，且確保插桿及承壓墊板安裝及張拉施工。

（3）桿體必須輕輕送入錨桿孔中，防止用力過大，漲殼錨固件途中漲開，影響錨固效果。錨桿孔口處采用水泥錨固劑找平，墊板與巖壁充分接觸，錨桿垂直于巖壁，使錨桿有更好的受力。

（4）張拉是最重要的環(huán)節(jié)，張拉嚴(yán)格按技術(shù)要求進(jìn)行分級張拉，全過程嚴(yán)格監(jiān)控，并做好詳實細(xì)致的原始記錄。張拉前首先對扭力扳手進(jìn)行率定，率定合格后再用于張拉施工。施工過程中扭力扳手極易損壞，要求每周率定一次，確保張拉精度。

（5）注漿要密實，注漿后改善弱面的力學(xué)性能，提高裂隙的粘聚力和內(nèi)摩擦角，增大巖體內(nèi)部塊間相對位移的阻力，使破碎巖塊重新膠結(jié)成整體，形成承載結(jié)構(gòu)，提高圍巖的整體穩(wěn)定性，充分發(fā)揮圍巖的自穩(wěn)能力。

7、結(jié)語

通過工藝試驗和施工過程的總結(jié)，筆者認(rèn)為漲殼式錨桿最大的優(yōu)點在于能在第一時間迅速進(jìn)行張拉，對支護(hù)部位的穩(wěn)定及早發(fā)揮作用。要做好漲殼式錨桿的施工，就應(yīng)在錨桿施工過程中，嚴(yán)格控制施加的預(yù)應(yīng)力是否滿足設(shè)計要求。為保證鋼墊板找平高強(qiáng)錨固砂漿的強(qiáng)度，防止出現(xiàn)裂紋，找平前需要對墊板周圍圍巖清洗并對找平高強(qiáng)錨固砂漿進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，待速凝高強(qiáng)錨固砂漿強(qiáng)度達(dá)到30MPa（6h以上）后即可終止養(yǎng)護(hù)。注漿應(yīng)飽滿，隨時對注漿過程進(jìn)行監(jiān)控，確保注漿效果，以充分改善巖體的整體性能。

作者簡介：劉培（1983-），男，工程師，長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，長期從事水利水電工程施工管理工作