厂房岩壁梁锚杆施工质量控制研究

李 凤 玉

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 郫县 611730)



厂房岩壁梁锚杆施工质量控制研究

李 凤 玉

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 郫县 611730)

岩壁梁是水电站地下厂房的主要结构，在水电机组安装及检修时将承担较大的荷载，岩壁梁锚杆在这个过程中将承担较大的拉应力和压应力并将应力传递到岩壁上。因此，岩壁梁锚杆施工是岩壁梁在整个厂房建设与运行稳定的关键环节之一，岩壁梁锚杆施工质量关系到岩壁梁能否安全稳定的运行。白鹤滩水电站地下厂房岩壁梁锚杆施工具有部分地质条件复杂、结构复杂、质量控制要求高、施工工艺复杂等特点，在施工过程中通过精心组织，周密策划，严格控制，采用新的检测方法等技术措施进行质量控制措施，确保了岩壁梁锚杆施工质量优良。

地下厂房；岩壁梁；锚杆施工；质量控制

1 工程概况

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，上游距乌东德坝址约182 km，下游距溪洛渡水电站约195 km，控制流域面积43.03万km2，占金沙江以上流域面积的91%。白鹤滩水电站的开发任务以发电为主，电站装机共16台，单机正容量1 000 MW，总装机容量16 000 MW。电站建成后将成为仅次于三峡水电站的中国第二大水电站。

2 锚杆的设计参数

主厂房岩壁梁体范围内设置两排受拉锚杆和一排受压锚杆。受拉锚杆参数：φ40(Ⅳ级钢)，L=12 m，间距70 cm，插入岩体9.2 m，上下排锚杆上倾角分别为25°、20°；受压锚杆参数：φ32(Ⅲ级钢)，L=9 m，间距75 cm，插入岩体7.5 m，下倾角为36.53°。岩壁梁共施工锚杆数量为3 453根，具体锚杆的设计参数见表1。

3 岩壁梁地质条件

表1 岩壁梁锚杆的设计参数

左岸主副厂房岩性为P2β23、P2β24、P2β31、层角烁熔岩、杏仁状玄武岩、斜斑玄武岩、隐晶质玄武岩、柱状节理玄武岩和凝灰岩。其中P2β31、层底部的第三类柱状节理玄武岩在洞室中部及下部出露，P2β24、层性状较差凝灰岩及发育其中的层间错动带C2在洞室中部及下部出露，P2β23层中部的第二类柱状节理玄武岩在洞室下部出露。左岸主副厂房岩石主要为坚硬岩，岩体结构以次块状、块状结构为主。边墙围岩类别以Ⅲ1类为主，部分为Ⅱ类围岩，局部Ⅳ类围岩以条带形式分布于层间错动带C2附近。

3 岩壁梁锚杆施工模拟试验

3.1 锚杆砂浆配合比试验

锚杆砂浆的配合比采用P.042.5水泥、聚羧酸高性能减水剂、粒径小于2.5 mm的机制砂进行试验。为减少灌入砂浆的干缩、保证注浆的密实度及砂浆与围岩的粘结强度，在砂浆中掺入适量的膨胀剂。施工用锚杆砂浆配合比见表2。

表2 锚杆砂浆配合比

3.2 按设计参数对锚杆进行施工模拟试验

3.2.1 锚杆模拟试验

为保证岩壁梁锚杆无损检测的质量，在岩壁梁锚杆施工前选取与岩壁梁工程地质相类似的部位进行模拟试验，锚杆模拟试验参数与岩壁梁锚杆的设计参数相同，模拟试验设计的注浆饱满度为100%。通过模拟试验检验锚杆施工工艺、资源配置、注浆方式、锚杆施工效果等。锚杆施工效果通过锚杆无损检测检测注浆密实度来判定。锚杆模拟试验无损检测结果见图1和图2。

图1 长度12 m，外露2.8 m时波形图

图2 设计长度9 m，外露1.5 m时波形图

对模拟试验锚杆的无损检测结果(图1、图2)进行分析：锚杆外露长度在1 m以上时锚杆的波形图复杂，波动衰减缓慢，规律性差，波形图分析难度大，无法对锚杆注浆后的长度和饱满度做出准确的分析和评价。

3.2.2 对模拟试验后的锚杆外露段进行切割打磨后进行检测

由于模拟试验锚杆外露段过长，无法对锚杆准确的进行分析和判断其锚固质量，通过咨询后发现目前国内还没有厂家能够生产对外露段过长锚杆锚固质量准确检测的无损检测仪器。为了考察施工工艺水平和检测模拟锚杆的注浆饱满度，将模拟锚杆的外露段进行切割，切割后的锚杆外露长度约为0.2 m，对切割后的锚杆端面打磨平整后进行检测，检测结果见图3和图4。

图3 原长度12 m，截去2.6 m后外露0.2 m时波形

图4 原长度9 m，截去1.3 m后外露0.2 m时波形

对图3、图4的检测结果进行分析：锚杆外露长度约为0.2 m以内时锚杆的波形规则，波动衰减迅速，波形图易分析，能够准确的分析和评价锚杆的长度和饱满度，锚杆的注浆饱满度满足要求。检测结果表明：模拟试验锚杆采用的施工工艺、资源配置、注浆方式是切实可行的。

3.2.3 锚杆旁绑扎1根相同材质，外露长度在0.2 m以内的辅助钢筋的模拟试验

为了准确检测出锚杆的施工质量，通过咨询专家和开会讨论决定：采用检测方法技术创新，在锚杆旁绑扎1根相同材质、直径为12 mm、入岩深度与锚杆深度相同、外露长度在0.2 m以内的辅助钢筋，其他施工工艺不变，通过检测辅助钢筋的方法再次进行模拟试验。该次锚杆制安及模拟试验的检测成果见图5～图8。

对图7、图8的检测结果进行分析：采用该种方法检测锚杆时的波形规则，波动衰减迅速，波形图易分析，能够较为准确的分析和评价锚杆的长度和饱满度，锚杆的注浆饱满度满足要求。

图5 装有辅助钢筋的岩壁梁锚杆图

图6 锚杆加工方法示意图

图7 长度12 m、外露2.8 m，绑扎9.3 m辅助筋波形

图8 长度9 m，外露1.5 m，绑扎7.1 m辅助筋波形

3.3 施工工艺的确定

通过模拟试验最终确定白鹤滩地下厂房岩壁梁锚杆施工采用在锚杆旁绑扎1根相同材质、直径为12 mm、入岩深度与锚杆深度相同、外露长度在0.2 m以内的辅助钢筋，在达到设计龄期后对辅助钢筋进行检测的方法对岩壁梁锚杆的锚固进行质量检测。目前此方法已经全部用于白鹤滩地下厂房岩壁梁锚杆实施中。白鹤滩水电站地下厂房岩壁梁位置围岩存在四类围岩、且大部分围岩裂隙发育，通过模拟试验的分析总结认为“先注浆后插杆”能有效解决因地质裂隙造成的串浆、返浆困难问题，并且能有效提高注浆密实度。

4 锚杆施工及质量控制

岩壁梁锚杆施工质量直接关系到岩壁梁的质量保证及运行安全，锚杆施工的每道工序质量都都决定着锚杆的最终质量，所以锚杆施工的每道工序都需要严格把关、过程控制。通过室内试验及现场生产性模拟试验已经确定锚杆砂浆施工配合、锚杆型号及加工要求、锚杆的施工工艺等。锚杆施工过程中应按照设计要求、技术措施进行锚杆施工。

4.1 锚杆加工

锚杆在加工厂按照设计要求及模拟试验确定的加工方案进行加工。为确保注浆后锚杆四周皆为砂浆包裹，防止杆体和空气(即砂浆脱空)或岩壁接触，在距杆体端部50 cm处开始每隔3 m设置一环对中装置，即采用4根φ6.5L=30 mm圆钢点焊在杆体上。用胶带对锚杆外漏长度进行标定。加工好的锚杆按种类、规格型号、长度分类别放在支架上，在放置及运输过程中应采取措施防止锚杆变形。

4.2 钻孔

在钻孔前，测量人员对锚杆孔进行放样，确定锚杆孔的位置、角度，并对不同的孔位区分标记。放样后，采用多臂钻进行造孔，受拉锚杆孔孔径不宜小于76 mm、受压锚杆孔孔径不宜小于64 mm，孔位左右偏差不大于10 cm，孔位上下偏差不大于3 cm，方向偏差不大于2度。

4.3 洗孔

造孔完成后，用水将孔内岩粉冲洗干净，用塑料带进行封堵孔口，以免杂物掉入。注浆前还须对孔内积水用高压风吹干、把杂质清除干净。

4.4 注浆

砂浆按照锚杆砂浆施工配合比进行拌制，原材料品质满足规范要求，砂浆搅拌均匀，砂浆稠度满足施工要求，对不满足要求的砂浆做废料处理。

由于岩壁梁锚杆孔孔径较大，为保证注浆密实度，技术员先对注浆管管口进行胶带绑扎，对于直径为76 mm的锚杆孔宜在注浆管管口绑扎形成直径为50 mm的“注浆塞”，对于直径为90 mm的锚杆孔宜在注浆管管口绑扎形成直径为60 mm的“注浆塞”。注浆前，技术员首先根据设计图纸和测量数据在锚杆出露端拉线，用于控制锚杆端头位置并使所有锚杆外露端处在一条直线上。注浆时，先将注浆管插入至孔底，然后再向外拉拔50～100 mm，注浆管在孔内灌浆压力下自行退出，保证孔内注浆饱满，直至孔口溢出砂浆时，可停止注浆。

4.5 锚杆安装

插杆时，锚杆要缓慢、匀速的插入孔底，当锚杆上的外露标识推至孔口时即锚杆安插到位。灌注结束后立即进行锚杆杆体安插，锚杆安插采用汽车吊配合人工进行。因岩壁梁锚杆采用“先注浆后插杆”施工工艺，在锚杆施工时不可避免的有水泥砂浆掉落在岩台上。为保证后期混凝土施工质量，不影响混凝土与基岩面的紧密结合，在锚杆安装完成以后，用水将岩台上的砂浆清洗干净。

4.6 锚杆检测结果

在锚杆注浆完成7 d后，按照要求对岩壁梁锚杆进行检测，目前白鹤滩岩壁梁锚杆已施工3 333根，检测结果见表3。

表3

对表3的检测结果进行分析：锚杆长度及入岩深度全部满足设计要求，砂浆密实度≥90%的比例为98.2%，砂浆密实度80%～90%比例为1.8%，锚杆施工质量优良且优良率达到了100%，岩壁梁锚杆的施工质量达到了国内先进水平。

5 结 语

岩壁梁是水电站地下厂房的主要结构，在水电机组安装及检修时将承担较大的荷载，岩壁梁锚杆在这个过程中将承担较大的拉应力和压应力并将应力传递到岩壁上。因此，岩壁梁锚杆施工是岩壁梁在整个厂房建设与运行稳定的关键环节之一，岩壁梁锚杆施工质量关系到岩壁梁能否安全稳定的运行。白鹤滩水电站地下厂房岩壁梁锚杆施工具有部分地质条件复杂、结构复杂、质量控制要求高、施工工艺复杂等特点，在施工过程中通过精心组织，周密策划，严格控制，采用新的检测方法等技术措施进行质量控制措施，确保了岩壁梁锚杆施工质量优良。

(责任编辑：卓政昌)

2016-11-17

TV731；U455.7+1；[TU745.3]

B

1001-2184(2016)06-0104-04

李凤玉(1981-)，男，宁夏中卫人，中国水利水电第七工程局有限公司试验检测研究院建材试验室副主任，工程师，从事建筑材料检测技术管理工作.