李群輝

中國(guó)水利水電第八工程局有限公司

水脹式錨桿在厄瓜多爾美納斯水電站開(kāi)挖支護(hù)工程中的運(yùn)用

李群輝

中國(guó)水利水電第八工程局有限公司

開(kāi)挖中采用水脹式錨桿可快速、高效的完成支護(hù)工程，水脹式錨桿具備優(yōu)異的抗震動(dòng)性，可接近于工作面進(jìn)行安裝，全長(zhǎng)桿體膨脹，緊貼不規(guī)則孔壁，任何一段都可獨(dú)立起支撐作用，對(duì)節(jié)約工期有顯著效果。

水脹式錨桿氣動(dòng)注水泵

1 引言

地下洞室開(kāi)挖當(dāng)中，A1、A2類(lèi)圍巖常設(shè)計(jì)有隨機(jī)與系統(tǒng)錨桿，傳統(tǒng)的錨桿設(shè)計(jì)為水泥漿錨桿，施工工序繁雜，水脹式錨桿（Swellex錨桿），是瑞典阿特拉斯科普柯公司研發(fā)的一種新型巖石錨桿，厄瓜多爾美納斯水電站工程在A1、A2、ⅢA類(lèi)圍巖當(dāng)中采用了Swellex錨桿的Pm16與Pm24型，長(zhǎng)度規(guī)格分別有2m、2.5m、3m、4m、6m，工程總用量約58000米，施工簡(jiǎn)單、快速、可靠。

2 概述

2.1 水脹式錨桿結(jié)構(gòu)

水脹式錨桿由桿體和高強(qiáng)度錨定板組成，施工通過(guò)氣動(dòng)式高壓水泵（水脹式錨桿配套專(zhuān)用設(shè)備）的高壓水流使錨桿膨脹，從而完全貼近鉆孔的不規(guī)則孔壁，沿錨桿全長(zhǎng)產(chǎn)生的摩擦力、機(jī)械連鎖力和壓力對(duì)巖體進(jìn)行加固。

本工程所使用Pm16與Pm24技術(shù)參數(shù)如表1，施工前錨桿桿體截面參見(jiàn)圖1，充水后錨桿桿體截面參見(jiàn)圖2。

表1 Swellex Pm16與Pm24技術(shù)參數(shù)

圖1 充水前錨桿桿體截面

圖2 充水后錨桿桿體截面

2.2 水脹式錨桿施工工藝

水脹式錨桿施工工藝簡(jiǎn)單，主要包括鉆孔、清孔、安裝、注水。

鉆孔直徑需嚴(yán)格按表1中要求的鉆孔直徑范圍進(jìn)行，否則水脹錨桿無(wú)法形成支撐。安裝通過(guò)配套的水脹錨桿安裝臂直接送入孔中安裝。注水時(shí)，水的質(zhì)量將直接影響注水泵使用壽命，水的PH值最好在7左右，水中不得含大顆料雜質(zhì)，達(dá)到工業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)，入泵注水壓力應(yīng)保持：2bar≤水泵進(jìn)水壓力≤6bar，根據(jù)注水泵上水表控制；空氣壓力最小應(yīng)滿足6bar，6bar的空氣壓力才能保證300bar的出水壓力，根據(jù)注水泵上氣壓表控制。為保證水質(zhì)及注水壓力，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)水脹錨桿注水時(shí)需增設(shè)清水桶，桶要高于工作面6m以保證注水壓力，注水管口設(shè)過(guò)濾網(wǎng)，額定注水壓力（出泵壓力）通過(guò)安裝手柄上壓力表確定，Pm16需240 bar，Pm24需300 bar。

2.3 水脹式錨桿錨固機(jī)理及特點(diǎn)

（1）錨固機(jī)理。水脹式錨桿通過(guò)高壓注水產(chǎn)生膨脹，管壁的膨脹壓力與鉆孔孔壁貼合，當(dāng)達(dá)到錨桿的設(shè)計(jì)注水壓力，水泵自動(dòng)停止充水，此時(shí)，錨桿全長(zhǎng)產(chǎn)生的摩擦力、機(jī)械連鎖力和壓力進(jìn)而形成較高的拉撥抵抗力，達(dá)到錨固效果。

（2）特點(diǎn)。實(shí)際施工中遇不良破碎帶采用常規(guī)錨桿工序繁雜，需注漿及等強(qiáng)，施工進(jìn)度難以滿足安全工期要求，水脹錨桿快速、高效的特點(diǎn)，可滿足施工當(dāng)中快速支護(hù)的要求，水脹錨桿和常規(guī)錨桿相比，主要特點(diǎn)：①施工簡(jiǎn)便，易于掌握；②錨桿埋設(shè)施工方式靈活多樣，可手工、半機(jī)械化或全機(jī)械化。③水泵壓力達(dá)到預(yù)定的注水壓力時(shí)，水泵自動(dòng)停止工作，可確保每一根錨桿的承載力，且錨桿立即發(fā)揮作用。

（3）注意事項(xiàng)。①試驗(yàn)。水脹錨桿需用與水脹錨桿配套的專(zhuān)業(yè)錨桿拉力計(jì)，若無(wú)專(zhuān)業(yè)拉力計(jì)，需采用專(zhuān)用轉(zhuǎn)換接頭，使水脹錨桿未端具備常規(guī)試驗(yàn)可操作條件，再利用常規(guī)錨桿試驗(yàn)進(jìn)行。水脹錨桿達(dá)額定注水壓力后水泵自動(dòng)根據(jù)錨桿的膨脹度結(jié)束注水，也標(biāo)志著水脹錨桿安裝結(jié)束，可立即進(jìn)行試驗(yàn)。②施工。錨桿應(yīng)輕拿輕放，嚴(yán)禁損傷錨桿未端的注液嘴，安裝錨桿前，對(duì)安裝系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查，確保其良好的狀態(tài)。安裝錨桿時(shí)，操作人員手持安裝臂應(yīng)與錨桿軸線偏離一定角度；注水時(shí)，注水臂與錨桿軸線盡量在同一條直線上。若已錨地段有較大變形或錨桿失效，立即在該地段增設(shè)加強(qiáng)錨桿，長(zhǎng)度不小于原錨桿長(zhǎng)度的1.5倍。高壓泵試運(yùn)轉(zhuǎn)，壓力宜為15～30MPa，錨桿送入孔中，應(yīng)使托板與巖面緊貼，為了延長(zhǎng)水泵壽命，在施工中盡量確保水泵用水以及空壓機(jī)內(nèi)空氣的潔凈。在高壓進(jìn)水閥未關(guān)閉，回水閥未打開(kāi)之前，不準(zhǔn)撤離安裝臂。高壓泵要設(shè)置防護(hù)罩，錨桿安裝完畢后應(yīng)將高壓膠管一并放入防護(hù)罩內(nèi)，并移至安全、無(wú)淋水地段。

3 水脹式錨桿與傳統(tǒng)錨桿的等效代換

3.1 水脹式錨桿

Swellex Pm 16，L=2.5m，L=3.0m，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。經(jīng)注高壓水膨脹后，每0.5m水脹錨桿提供的抗拉拔力（摩擦力）為100KN。

3.2 常規(guī)錨桿

Φ25水泥漿錨桿，孔徑50mm，最小蠕變限度17kN，最小斷裂負(fù)荷22kN，錨桿的材料要求：錨桿ASTM A 615；支撐板ASTM A283；螺母和墊圈ASTM A 449。

注漿由波特蘭水泥和水按照0.38到0.40的比例組成，并使用Sika公司生產(chǎn)的類(lèi)似于INTRAPLAST的膨脹添加劑（或使用經(jīng)批準(zhǔn)的同類(lèi)材料），使用量為水泥量的1%。

3.3 錨桿換算長(zhǎng)度計(jì)算

La：錨固段長(zhǎng)度（mm）；K1：膠結(jié)材料與孔壁膠結(jié)長(zhǎng)度安全系數(shù)，臨時(shí)支護(hù)仰孔取1.5；Nt：錨桿設(shè)計(jì)拉力值（kN）；D：鉆孔直徑（mm），取50mm；C1：膠結(jié)材料與孔壁的粘結(jié)強(qiáng)度（Mpa），水泥漿與2類(lèi)圍巖取1.2；經(jīng)計(jì)算：

Pm16，L=2.5m，換算成Φ25錨桿所需長(zhǎng)度：La1=1.5×500÷3.14÷50÷1.2×1000=3.98m，取4m。

Pm16，L=3m，換算成 Φ25錨桿所需長(zhǎng)度：La2=1.5×600÷3.14÷50÷1.2×1000=4.78m，取5m。

3.4 對(duì)比分析

通過(guò)2.2、2.3錨桿的等效代換計(jì)算，將等效的水脹錨桿和水泥漿錨桿進(jìn)行技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析參見(jiàn)表2。

表2 水脹錨桿與水泥漿錨桿分析

4 總結(jié)

水脹錨桿快速高效的特點(diǎn)在搶險(xiǎn)工程中的作用尤為明顯，在國(guó)外它應(yīng)用于各類(lèi)工程，在國(guó)內(nèi)目前較少運(yùn)用，隨著國(guó)內(nèi)用戶的增多，此種錨桿的優(yōu)勢(shì)必將凸顯。

[1]SL 377—2007.水利水電工程錨噴支護(hù)技術(shù)規(guī)范[S].

[2]SD 267—88.水利水電建筑安裝安全技術(shù)工作規(guī)程[S].

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.12.197