提高錨桿注漿質(zhì)量優(yōu)良率的研究

熊 煒， 李 榮 果， 周 懷 道

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

在各種工程建設(shè)中大量地使用著噴錨支護(hù)技術(shù)，而錨桿的施工質(zhì)量直接影響到工程洞室或邊坡的安全穩(wěn)定。錨桿的施工屬于隱蔽工程，錨桿的有效長度、砂漿的密實度及砂漿的灌注缺陷越來越受到工程技術(shù)人員的關(guān)注。水利水電工程中使用的錨桿大多數(shù)為全長黏結(jié)型錨桿，對于全長黏結(jié)型錨桿必須檢查其砂漿密實度，且其注漿密實度大于 75%為合格,大于90%為優(yōu)良[1]。針對葉巴灘水電站大壩邊坡錨桿注漿施工質(zhì)量不穩(wěn)定、錨桿無損檢測優(yōu)良率僅為51%、Ⅰ 類錨桿占比不高的實際情況，項目部組織現(xiàn)場管理人員和作業(yè)隊伍召開質(zhì)量專題會進(jìn)行了深入分析，制定出有針對性的改進(jìn)措施，確保錨桿施工質(zhì)量優(yōu)良率得到明顯的提升。對研究過程與實施效果進(jìn)行了闡述。

2 施工工藝

2.1 鉆孔施工

(1)錨桿施工的鉆孔工序是保證其錨固質(zhì)量的重要工序。施工時應(yīng)依據(jù)設(shè)計圖紙要求、結(jié)合工作面的地質(zhì)構(gòu)造條件進(jìn)行鉆孔布置?？孜粦?yīng)做標(biāo)記，其孔位偏差應(yīng)不大于100 mm，孔斜偏差應(yīng)不大于2°。根據(jù)施工場地條件選擇比較適合的施工機(jī)具，鉆孔采用手風(fēng)鉆(型號：YT—28)或YB-100B潛孔鉆[2]。以施工質(zhì)量為中心,對于不能保證質(zhì)量的設(shè)備和施工方法不予采用。

(2)錨桿孔的孔軸向應(yīng)滿足設(shè)計文件要求，或根據(jù)現(xiàn)場實際情況確定。未作規(guī)定時，其系統(tǒng)錨桿的孔軸方向應(yīng)垂直于開挖面。鉆孔時，操作手一定要隨時檢查鉆孔的角度差，在鉆孔過程中始終保持“三點一線,中心轉(zhuǎn)”。“三點”即鉆頭.鉆桿、鉆機(jī);“中心轉(zhuǎn)"即始終保持鉆桿在鉆孔的中心位置旋轉(zhuǎn)，不能偏向鉆孔的任何一邊。必要時，可自制簡易工器具或采用多臂鉆或錨桿臺車等大型設(shè)備進(jìn)行質(zhì)量控制，以保證施工質(zhì)量。

若采用“先注漿、后安裝錨桿”的程序進(jìn)行施工，鉆頭直徑應(yīng)大于錨桿直徑15 mm；若采用“先安裝錨桿、后注漿”的程序施工，鉆頭直徑應(yīng)大于錨桿直徑25 mm。中空注漿錨桿鉆孔孔徑應(yīng)大于桿體直徑至少16 mm[3]。

錨桿深度必須達(dá)到設(shè)計文件的規(guī)定，孔深誤差值不大于50 mm。造孔完成后，孔內(nèi)的巖粉和積水必須清除干凈。

拱壩建基面一般為兩岸斜坡加底板構(gòu)成的“U”型嵌入槽形結(jié)構(gòu)，兩岸建基面為連續(xù)坡面且兩拱肩為壩軸線略凹的不均一坡面。該壩肩槽上下游為高陡側(cè)面坡，開挖邊坡分壩肩上游邊坡、壩肩槽及下游邊坡三部分，在上游與下游邊坡設(shè)馬道，拱肩槽建基面為連續(xù)長緩扭面，葉巴灘水電站拱肩槽均是以10 m為一個開挖梯段，梯段預(yù)裂深度在11.8～18.9 m之間，中間不設(shè)馬道。但考慮到施工原因，采用超欠平衡施工工藝，每梯段預(yù)留50 cm的施工臺階作為開挖鉆孔的架鉆平臺。

在開挖質(zhì)量方面，對于有結(jié)構(gòu)要求及預(yù)埋件和配筋的部位不允許出現(xiàn)欠挖﹔對于無結(jié)構(gòu)要求及預(yù)埋和配筋的部位欠挖標(biāo)準(zhǔn)為不大于10 cm；所有超挖不得大于20 cm。建基面所有垂直、水平及斜面平整度標(biāo)準(zhǔn)不大于15 cm，開挖質(zhì)量要求相當(dāng)嚴(yán)格[4]。

2.2 砂漿的拌制

錨桿砂漿拌制時所采用的拌和及輸送機(jī)具應(yīng)具備良好的工作性能，必須定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)。拌制使用的電子稱和計量器具應(yīng)在事前進(jìn)行自校以保證計量準(zhǔn)確。

拌制過程中應(yīng)嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行稱量拌制并嚴(yán)格控制砂漿稠度。當(dāng)原材料發(fā)生變化致使拌制砂漿的工作性能不能滿足使用要求時，應(yīng)立即通知試驗人員到場進(jìn)行指導(dǎo)，試驗人員應(yīng)不定期對現(xiàn)場砂漿拌和進(jìn)行監(jiān)控。拌制砂漿時一定要均勻拌和，根據(jù)施工進(jìn)度隨拌隨用，一次拌和的砂漿應(yīng)在初凝前使用完，并嚴(yán)防石塊、雜物混入。

2.3 注漿與安裝

(1)注漿前，利用高壓風(fēng)、水沖洗，將孔內(nèi)的巖粉、碎屑和積水清理干凈。對孔位、孔向、孔斜及孔深進(jìn)行檢查，檢查合格后方能進(jìn)行插桿、注漿作業(yè)。

(2)錨桿安裝可采用“先注漿、后插桿” 或“先插桿、后注漿”工藝，錨桿安裝前，按設(shè)計外露要求用油漆在桿體上做好標(biāo)記，嚴(yán)格控制插入深度和外露長度。

(3)采用‘先注漿、后插桿’工藝，在注漿管前端設(shè)置“活塞”，先插到孔底，然后退出5～10 cm后開始注漿。注漿過程中，注漿管在孔內(nèi)漿壓下自行退出以保證孔內(nèi)注漿飽滿?？卓谝绯錾皾{時可停止注漿。插桿過程中嚴(yán)格控制插桿的速度，以防止孔內(nèi)漿液流失。

(4)采用‘先插桿、后注漿’工藝，插桿時安裝注漿管和排氣管。對于水平錨桿或上仰錨筋，將排氣管固定在桿體上，桿體入孔后使管口距孔底的距離為5 cm。注漿管插入錨桿孔內(nèi)的長度不小于20 cm，錨桿送入孔后，在孔口堵塞處預(yù)埋注漿管并用錨固劑或砂漿進(jìn)行封孔。待孔口封堵密實、錨固強(qiáng)度滿足要求后方可注漿。

注漿執(zhí)行“三個不”制度：孔口封堵不嚴(yán)不注漿、壓水時不回水不注漿、注漿不返漿時及時拔桿返工。注漿至排氣管有濃漿連續(xù)流出時方可停止注漿。注漿完畢，及時封閉排氣管和進(jìn)漿管。

先注漿后插桿必須確保有砂漿外溢。先插桿后注漿，注漿完成后對進(jìn)、回漿管進(jìn)行封閉。錨桿在完成插桿、注漿后，在砂漿凝固前不得敲擊、碰撞和拉拔錨桿。錨桿支護(hù)完成后，在砂漿強(qiáng)度未達(dá)到70%設(shè)計強(qiáng)度前，在規(guī)定范圍內(nèi)不得進(jìn)行爆破作業(yè)。

(5)在遇到塌孔等特殊地質(zhì)條件導(dǎo)致錨桿無法進(jìn)入、也無法拔出時，應(yīng)作廢錨桿處理。在設(shè)計錨桿周邊30 cm以內(nèi)重新補(bǔ)打錨桿；注漿完成后，及時檢查有無孔口空漿，如有則需及時進(jìn)行補(bǔ)漿。

(6)錨桿注漿完成3 d后，要求及時進(jìn)行錨桿無損檢測，7 d內(nèi)上報錨桿無損檢測報告。

3 工藝性試驗及取得的成果

2021年5月4日，項目部邀請監(jiān)理人員參加、共同開展了采用先插桿、后注漿工藝的錨桿注漿施工工藝性試驗，并于5月13日對注漿后的錨桿進(jìn)行了剖開驗證，所取得的注漿效果滿足設(shè)計要求。項目部于5月14日將《錨桿注漿施工工藝試驗報告》報監(jiān)理中心，監(jiān)理中心于5月17日進(jìn)行了批復(fù)，同意項目部根據(jù)工藝試驗結(jié)果開展現(xiàn)場錨桿注漿施工。由此可見，該工程所采用的注漿工藝及砂漿配合比可行，邊坡錨桿注漿均采用先插桿、后注漿的工藝進(jìn)行施工。結(jié)合現(xiàn)場實際情況，技術(shù)人員對造成質(zhì)量偏差的主要原因分析如下：

(1)因材料供應(yīng)問題，導(dǎo)致成孔插桿后未能及時注漿；同時，因邊坡巖體條件不理想，尤其是雨后易出現(xiàn)孔內(nèi)崩塌情況。

(2)目前邊坡使用的錨桿長度為6 m、9 m，注漿施工均采用先插桿、后注漿工藝。注漿前未全部按照先插桿、后注漿工藝標(biāo)準(zhǔn)綁扎注漿管和排氣管。

(3)采用先插桿、后注漿工藝施工時，由于排架上的操作空間狹窄，安裝長度為6 m/9 m錨桿/錨筋樁時個別錨桿/錨筋樁難免會與排架、孔口等部位發(fā)生碰撞，導(dǎo)致注漿管被壓癟而未及時得到發(fā)現(xiàn)并更換。

(4)錨索注漿為凈漿。但因巖石裂隙發(fā)育而造成串漿致使錨桿/錨筋樁孔內(nèi)結(jié)塊，進(jìn)而影響到注漿質(zhì)量。

(5)采用先插桿、后注漿工藝的孔口封堵不規(guī)范，進(jìn)而影響到注漿質(zhì)量。

(6)目前均采用MZ30水泥砂漿注漿機(jī)從低高程向高處注漿，導(dǎo)致出現(xiàn)壓不上去或注漿壓力不夠的現(xiàn)象，進(jìn)而影響到注漿質(zhì)量。

(7)無對中支架及保溫措施不到位對錨桿密實度(錨桿6～8 m位置注漿密度)影響程度大。

(8)現(xiàn)場質(zhì)量控制人員對相關(guān)淺層支護(hù)詳細(xì)設(shè)計參數(shù)未能熟練掌握，導(dǎo)致錨桿外露長度過長。

(9)現(xiàn)場部分質(zhì)控人員責(zé)任心不強(qiáng)，對現(xiàn)場存在的質(zhì)量問題未能及時發(fā)現(xiàn)、對所發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題整改不及時且不跟蹤落實。

4 改進(jìn)措施

4.1 開展全員施工工藝培訓(xùn)，發(fā)放工藝明白卡

由項目部質(zhì)量部牽頭，每周二、四輪流組織左右岸邊坡和俄德西溝料場淺層支護(hù)隊伍和質(zhì)檢員開展全員施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化工藝培訓(xùn)，促使每個工人及現(xiàn)場質(zhì)檢人員心中有標(biāo)準(zhǔn)、手中有尺度，潛移默化地不斷提升作業(yè)人員對錨桿注漿重要性的認(rèn)識，不斷提高作業(yè)人員和質(zhì)檢人員的質(zhì)量意識和作業(yè)技能水平。

為強(qiáng)化作業(yè)人員的質(zhì)量意識，項目部質(zhì)量部制作了淺層支護(hù)設(shè)計參數(shù)明白卡(主要為錨桿、錨筋樁入巖深度及布置參數(shù)以及鋼筋網(wǎng)格尺寸和噴混厚度等)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)明白卡，發(fā)放到每一個質(zhì)檢人員和作業(yè)工人的手中，采取現(xiàn)場加強(qiáng)巡視監(jiān)督和提問的方式加強(qiáng)作業(yè)工人對設(shè)計參數(shù)和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的熟練程度。

4.2 加強(qiáng)過程細(xì)節(jié)控制、落實全程旁站盯控制度

針對所出現(xiàn)的質(zhì)量問題，加強(qiáng)了現(xiàn)場質(zhì)量人員對注漿工藝過程細(xì)節(jié)控制的培訓(xùn)及宣講，諸如二次清孔、孔口封堵、注漿完成后是否飽滿的判斷、孔口錨桿底墊小石塊等細(xì)節(jié)工藝控制，切實提高了三檢人員的業(yè)務(wù)及現(xiàn)場處理能力，督促現(xiàn)場作業(yè)人員進(jìn)行細(xì)節(jié)把控，確保注漿質(zhì)量。

考慮到淺層支護(hù)工序繁多，項目部在左右岸片區(qū)分別安排了至少2名終檢人員對注漿過程進(jìn)行全程旁站盯控，并對注漿過程進(jìn)行記錄。砂漿拌制前，提前將稱量器具、塑料桶和配合比標(biāo)識牌放到現(xiàn)場；拌制砂漿時，嚴(yán)格按照配合比進(jìn)行稱量，不得隨意加水。將配合比換算成每袋水泥兌22.5 kg水和65 kg砂以便于現(xiàn)場質(zhì)量控制。注漿過程中重點觀察排氣管是否向外溢出砂漿，是否需要二次補(bǔ)充注漿并及時補(bǔ)漿。

4.3 采取二次清孔、孔口封堵、增加定位器措施

后續(xù)采取先插桿、后注漿工藝時，在材料準(zhǔn)備充足的情況下對已成孔的錨桿孔進(jìn)行了二次清理，再一次完成插桿注漿工序，確保了注漿質(zhì)量。

嚴(yán)格按照先插桿、后注漿工藝要求對孔口采用砂漿封堵，避免孔口出現(xiàn)空腔。若出現(xiàn)注漿管堵塞的情況，可將封孔砂漿清除，將PE注漿管直接從孔口插入孔底實施補(bǔ)救注漿。

對邊坡錨桿使用錨桿定位器情況進(jìn)行了檢查，施工現(xiàn)場的錨桿已全部正確安裝了錨桿定位器，各工序施工質(zhì)量均按要求控制到位。

4.4 進(jìn)行錨桿/錨筋樁理論注漿量與實際注漿量對比以判斷注漿飽滿度

質(zhì)檢人員在每次注漿前提前根據(jù)現(xiàn)場實際的鉆孔孔徑和深度及錨桿直徑計算出一個標(biāo)準(zhǔn)的錨桿/錨筋樁理論注漿量，在注漿過程中檢查實際注漿量是否超過理論注漿量。若發(fā)現(xiàn)實際注漿量小于理論注漿量，說明此根錨桿/錨筋樁注漿不飽滿，需要重點關(guān)注該錨桿孔漿液的變化，過半小時左右再進(jìn)行補(bǔ)注砂漿，補(bǔ)注一次、二次直至孔口砂漿無明顯變淺為止。

4.5 在條件具備的情況下采用先注漿、后插桿工藝

為避免因注漿壓力不夠影響到錨桿注漿飽滿度，后續(xù)施工過程中采用了隨層支護(hù)施工的方式。葉巴灘水電站右岸邊坡已開展了支護(hù)登渣作業(yè)，作業(yè)平臺距注漿孔較近，可采用先注漿、后插桿工藝，將注漿用的PE管直接插至孔底5 cm左右處注漿、直至孔口溢出砂漿，然后由人工將錨桿/錨筋樁緩慢插入孔中，切忌插入速度不能過快，以避免將孔內(nèi)的砂漿擠出空腔[5]。

4.6 注漿砂集中備制，更換無壓力的注漿設(shè)備，增加發(fā)熱帶

項目部集中在砂場采用尺寸為2.5 mm×2.5 mm方孔的篩網(wǎng)對工程所使用的砂進(jìn)行二次篩分，并由試驗室對砂的細(xì)度模數(shù)進(jìn)行檢測，待其檢測合格后用作左右岸邊坡和俄德西溝料場邊坡錨桿/錨筋樁注漿的專用砂。

根據(jù)實際注漿情況，項目部對現(xiàn)場使用的部分老舊、無壓力、經(jīng)常出現(xiàn)故障的MZ30水泥砂漿注漿機(jī)進(jìn)行了更換，采用壓力大的注漿機(jī)注漿，確保了孔內(nèi)注漿壓入量充滿錨桿孔。

注漿用的全部管路均采用發(fā)熱帶+保溫棉包裹保溫，并且在錨桿注漿過程中送漿并保證注漿管路漿液流動性好，注漿過程正常，實測漿液溫度均在12 ℃以上，所采用的保溫措施效果顯著。

4.7 加強(qiáng)自檢排查工作

注漿完成3 d后，項目部質(zhì)量部牽頭及時組織試驗室對錨桿注漿質(zhì)量進(jìn)行了無損檢測自檢，對自檢中發(fā)現(xiàn)的不合格錨桿單元進(jìn)行了加倍檢測，并對不合格的錨桿按要求進(jìn)行處理，合格后提交復(fù)檢。

5 效果檢驗與結(jié)語

通過上述改進(jìn)措施的實施并對邊坡錨桿的注漿質(zhì)量經(jīng)無損檢測得知：Ⅰ類錨桿的占比有比較明顯的提升，證實錨桿注漿過程中的質(zhì)量控制改進(jìn)措施行之有效。錨桿無損檢測情況見表1。

表1 錨桿無損檢測情況統(tǒng)計表

通過改進(jìn)措施的實施，錨桿注漿質(zhì)量優(yōu)良率提升明顯，所取得的相關(guān)經(jīng)驗可供類似工程參考。