中国水利水电第五工程局有限公司三分局
摘要：复杂地形下锚索的适应性是工程施工中的一大难题，在复杂地质条件下保证锚索的施工进度以及施工质量对于工程管理格外重要。因此本文对两洞进口边坡复杂地质条件无粘结预应力锚索工艺性试验进行了研究，希望本文的研究结果能够对于类似的工程提供帮助。
关键词：复杂地形；无粘结预应力锚索；工艺试验，地质施工
1 工程概况
工程地址位于金沙江巴塘水电站左岸，该水电站有导流洞与泄洪洞两个需要进行无粘结预应力锚索施工的洞口。边坡2630～2483m高程内最大开挖支护高度近150m，共计有10级边坡支护施工，其中第一级边坡的垂直高度为20m，马道宽度为3m，支护坡比为1：0.9；第二至第六级的边坡的垂直高度15m，支护坡比为1：0.5；第七至第十级的边坡的垂直高度为12m，支护坡比为1：0.5。需要进行边坡支护施工的有排水孔、预应力锚索、马道排水沟、砂浆锚杆、网格梁等。
2 试验目的及内容
2.1 试验目的
确保工程的锚索能够顺利的下索，下索的标准为锚索孔的孔径不小于12cm，锚固段灌浆结束时的压力不得小于0.5MPa，闭浆持续的时间为30min。
通过试验找出该工程的适合的灌浆液以及钻机和钻具等施工设备，确定水电站左岸边坡施工的造孔工艺、预注浆以及灌浆工艺，以找出更加经济实惠的方案，从而控制施工成本。
当锚固段出现裂隙时停止灌浆，对比直接下索使锚固段的灌浆量以及施工所消耗的时间。
确保最终的结果符合试验的要求，通过本试验确定边坡工程支护施工的各项参数，并总结试验经验，为今后类似的工程提供参考资料。
2.2 试验内容
锚固段的岩石裂隙、破碎与跟管、固壁造孔工艺预注浆与灌浆工艺。其中，跟管采用的锚索下索之后再进行拔管操作，而灌浆工艺则是由一根注浆管与锚固段同时注浆的方式。
2.3 试验部位与试验方法
2.3.1 试验方式
水电站左岸边坡的自由段采用30cm的跟管，其他的支护孔段采用直钎与固壁灌浆的方式，当锚索下索工作完成后，在锚固段进行预注浆与灌浆操作。
2.3.2 施工方法
钎孔的设计方式采用直钎式设计，其中终孔的直径不得小于12cm，锚固段分别采用预注浆与不预注浆的方式。
锚固段进行预注浆的方式为首先灌注纯水泥的浆液，当水泥浆液的注浆的总量达到试验孔孔容的3-5倍时，停止使用纯水泥浆液，更换为M30型砂浆继续灌浆，当试验孔内的灌浆压强达到0.3MPa时，结束灌浆。
3 试验材料
3.1 钢绞线
钢绞线为预应力锚索使用的钢绞线，由7根钢索绞制而成，单一钢索的直径为15.2mm，强度等级为1860MPa，材质为碳素钢，延伸值≥3.5%，属于低松弛级别的钢索。
3.2 锚具、隔离架、锚垫板
锚具的锚头使用的是钢制的导向帽，锚具的型号为YJM15-7型，隔离架设置于锚固段中，每隔1米设置一个隔离架，隔离支架中使用铅丝捆绑到一起。锚垫板使用碳素钢，为300*300*40（mm）的矩形垫板，垫板中心有内直径为11cm的孔，用于下锚索。
3.3 灌注浆液
3.3.1 浆液材料
灌注的浆液为水泥浆、M30砂浆与外加剂。其中水泥浆液用于灌注固壁、预注浆、锚墩以及用于封锚的混凝土。水泥的型号为硅酸盐水泥，级别应不低于P.O42.5。
砂浆的砂质选用平均颗粒直径小于2.5mm的天然砂，在使用之前应当充分的使用清水清洗与过滤，去除其中的灰尘与杂质，以免影响灌浆的效果。
外加剂是增强灌注浆性能的添加剂，一般以减水剂与速凝剂为主。
3.3.2 浆液配比
用于灌注的砂浆有固壁和预注M30、张拉M30、和M35砂浆，三种砂浆的规格如下：
固壁和预注M30：水泥841、砂质889、清水336、减水剂6.7与速凝剂42。
张拉M30：与固壁和预注M30相比无需添加速凝剂，其余的组分与固壁和预注M30相同。
M35：水泥1300、清水480、减水剂13。
3.4 机械设备
3.4.1 钻孔设备
用于对预应力锚索的钻孔设备为YG-70型钻孔机，该钻孔机的钻头套管的直径为140*10mm，钻头为直钎式钻头，最大钻探直径为120mm，钻头的套管内配备有摄像机，可以实时拍摄与传输钻孔内部的详情，便于接下来的调整。
3.4.2 灌浆设备
灌浆泵为3SNS型，配合挤压泵和最大转速为1000r/min的制浆机制浆，在灌浆口有用于检测试验孔内部压力的压力表。
3.4.3 张拉设备
张拉设备主要使用千斤顶，最大拉力为150t，用于整体张拉，另配备25t千斤顶用于局部锚索的收紧，驱动千斤顶的为ZB4-500型电动油泵。
4 试验技术要求
预注浆结束时，试验孔内部的注浆压力不得大于0.3MPa，并且需要稳定这一压力值约30min。
在注浆前后均对试验孔内进行摄像，采用钻孔设备的摄像装置，以便于分析孔内情况。
在锚索上设置止浆袋，当锚索下索后，对锚固段进行灌浆，最大灌浆压力调整为0.5MPa，灌浆结束时，试验孔内的最大灌浆压强不得大于0.5MPa，持续时间至少30min。
灌浆时首先灌注M35水泥浆，灌注完毕后浇灌M30砂浆。
当锚墩的混凝土强度达到预先要求的强度后，进行锚索的张拉操作。
5 试验过程
5.1 钻孔与验收
钻孔所用的设备为上文中所述的设备，钻头的结构见图1，钻头的套管直径为140mm，采用长度为30m的跟管跟进，跟管的数量为22根。预注浆的过程与钻孔的过程同时进行，钻孔完毕后通过套管与钻头向试验孔内通风，以加快浆液的凝结。浆液的凝结时间预计在5-7h，当浆液凝结后，对试验孔进行扫孔操作以便后续的钻探过程。
图2 不预注浆孔内全景扫描像
图2为对利用钻探设备的摄像机孔内的全景扫描像，通过扫描像可以看出，孔内的锚固段的岩石为灰色，内壁岩石较为完整，无明显裂隙。该试验孔通过了业主以及监理和施工的验收。
5.1.2 进行预注浆的试验孔
钻探设备与上文进行预注浆的试验孔相同，该孔的钻探深度为33m，钻探时间为6h15min，另有辅助钻探时间为2h10min。
图3为预注浆孔内的全景扫描像，摄像显示该孔内的锚固段的岩石较为破碎，存在明显的裂隙，因此需要进行固壁操作，之后在进行灌浆。
5.2 编索与安装
5.2.1 锚固段的清洗
在钢绞线下料后，将绞合在一起的钢索拆开，对其进行清洗，当所有的钢索均清洗干净后，在重新对其进行绞合。将导向帽、隔离架、注浆管和钢绞线重新铰接成束，在绞线的自由段包裹施工所用的土工布。
5.2.2 止浆塞设置
止浆塞设置在试验孔内的端口处，止浆塞连接完毕后，将其放置在孔口检测其压力，通过水泵对其进行加压，加压时可以看到止浆塞内的橡胶套会缓慢的膨胀，当充气的压力达到0.3MPa时，开始预注浆操作。
5.3 锚固段注浆
5.3.1 注浆成果
锚索的各部分安装到位后开始进行锚固段的注浆，在正式开始注浆之
前，需要仔细检查各管线是否连通，浆液的配比料是否充足，各种机械设备能否正常运转。
图3 预注浆孔内的全景扫描像
锚固段注浆使用M35浆液，水灰比为0.37。
当试验孔内不再吸浆，且孔内压力达到0.3MPa时，停止注浆，观测这一过程30min。
5.3.2 两洞进口第二级边坡锚索锚固段注浆成果
进行预注浆的孔平均注浆量在4208kg，未进行预注浆的孔平均注浆量在8084kg，预注浆的孔平均注浆量明显少于未注浆的孔，这说明预注浆对于减少注浆量以控制施工成本有明显的作用。
6 试验结论
从试验结果上看，所选择的YG-80与ZYX-70型设备选择合理，能够较好的完成施工。
试验中所选取的锚固段岩石出现裂隙与破碎现象时进行预注浆的方式满足设计要求。
进行预注浆操作能够显著减少试验孔内的灌浆量，对于节约成本和时间方面有明显的作用。
止浆包与锚固段使用同一灌浆管可以减少灌浆管的使用量同时不影响施工效果。
以上结论是针对金沙江上游巴塘水电站左岸的施工结论，在实际施工时，需要根据地形、地质结构、施工时间、施工材料等因素进行适应性调整。
作者简介：王宝雄（1983、09-），男，本科，中国水利水电第五工程局有限公司三分局，主要从事水利水电工程建设工作。
论文作者:王宝雄
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年16期
论文发表时间:2019/11/6
标签：锚固论文; 注浆论文; 浆液论文; 钻孔论文; 预应力论文; 砂浆论文; 钻头论文; 《建筑学研究前沿》2019年16期论文;