机械涨壳式预应力中空注浆锚杆施工技术

调压室顶拱机械涨壳式预应力中空注浆锚杆施工技术
蒲进
（中国水利水电第五工程局有限公司）
摘要本文介绍了锦屏二级水电站调压室顶拱机械涨壳式预应力中空注浆锚杆施工全过程，包含扭力扳手的率定，机械涨壳式中空预应力锚杆的生产试验和施工。

该中空预应力锚杆可为开挖后的围岩尽早提供主动支护力，提高围岩的稳定性，围岩快速自稳效果明显，保证了施工安全。

关键词锦屏二级水电站调压室机械涨壳式预应力中空注浆锚杆施工技术
1 工程概况
锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的雅砻江干流锦屏大河弯上，是雅砻江干流上的重要梯级电站。

锦屏二级水电站利用雅砻江下游河段150km长大河弯的天然落差，截弯取直，获得额定水头288m。

电站总装机容量4800MW，单机容量600MW。

锦屏二级水电站4条引水隧洞末端各设有一座上游调压室。

调压室由原来招标文件的阻抗式加扩大上室型式改变为了差动式结构，调压室顶部也由原来的穹形改变为城门型，闸门井兼作升管，为“一洞一室两机”布置型式。

每座调压室主要由阻抗孔、调压室竖井、事故闸门布置有关的闸墩、闸门检修和启闭平台、闸门后通气孔、调压室底部分岔段等组成。

锦屏二级水电站调压室顶拱为渐变的城门型。

调压室顶拱全长49.50m，调压室顶拱高程1711.50m，底板高程1696.25m，高15.25m，宽22.532～30m。

工程区岩性为微风化T2y5-2花斑状大理岩，断层不发育，裂隙较发育。

调压室围岩较完整，局部较破碎，以Ⅱ、Ⅲ类围岩为主，部分为Ⅳ类。

调压室上覆岩体厚度为123～166m，地下水埋藏较深，在调压室底中下部，虽岩溶总体育微弱，但由于T2y5-2属强富水地层，岩溶裂隙水发育，施工中会遭遇股状涌水、线状流水及渗滴水。

2 调压室支护形式概述
调压室顶拱支护参数：顶拱采用φ28，T=120ｋN，L=6m和φ32，T=120ｋN，L=8m两种机械涨壳式预应力中空注浆锚杆交错布置，间排距1.5m，挂φ8，＠15cm×15cm钢筋网，喷C25混凝土、δ=15cm；边墙和端墙采用φ28，L=6m和φ32，L=9m普通砂浆锚杆交错布置，间排距1.5m，挂φ8，＠15cm×15cm钢筋网，喷C25混凝土、δ=15cm。

机械涨壳式预应力中空注浆锚杆主要参数见表1。

表1 机械涨壳式预应力中空注浆锚杆主要参数表
产品型号名义外径/壁厚
(mm)
涨壳极限抗
拉力(kN)
杆体极限
拉力(kN)
断后伸长率
(%)
锚杆孔直径
(mm)
EX28N 28/6 130 250 16 46 EX32N 32/6 180 290 16 65
涨壳式预应力中空注浆锚杆由涨壳锚固件、中空杆体、垫板、螺母等组成，见图1。

其主要作用原理为：锚杆杆体插入锚杆孔后，在外力作用下转动杆体，涨壳锚固件在杆体锥形体作用下张开，与岩壁紧密接触，与锚杆孔壁产生摩擦阻力，从而形成支护锚固力，达到及时锚固的效果。

图1 涨壳式预应力中空注浆锚杆结构图
3 扭力扳手率定
扭力扳力的率定是为了找出扭力扳手扭矩和拉拔力之间的对应关系。

机械涨壳式预应力中空注浆锚杆需要施加T=120kN的预应力，选用浙江嵊州生产的预置式TG型750-2000N·m扭力扳手。

在进行预应力中空注浆锚杆生产性试验之前，需先对预置式TG型750-2000N·m扭力扳手进行率定，根据率定结果进行一元线性回归分析，得出一元线性相关方程，并根据一元线性相关方程计算达到T=120kN 的初始预应力所对应的扭矩值，预应力中空注浆锚杆预应力与扭矩值对照，见表2。

表2 中空注浆锚杆施工预应力与扭矩值对照表
扭力扳手编号张拉力(kN) 扭矩值(N·m) 备注
1#
浙制06830149号NO2008076 120 1517.48 80 1099.78
2#
自编号070924-1 120
80
1380.43
909.09
注：回归方程1：у1=0.0958х-25.318，率定报告编号GS33GS-080111；回归方程2：у2=0.0849х＋2.851，率定报告编号GS33JPⅡ07-0120；х为扭力扳手扭矩值刻度，у为施工加的预应力值。

由表2可知，要使预应力中空注浆锚杆达到T=120kN、80kN的初始预应力，扭力扳手1所对应的扭矩值分别为1517.48N·m、1099.78N·m，扭力扳手2所对应的扭矩值分别为1380.43N·m、909.09N·m。

4 现场生产性试验
预应力中空注浆锚杆正式投入生产之前，须进行现场生产性试验。

试验目的主要是为了确定锚杆孔直径、注浆工艺及注浆密实度。

在1＃调压室顶拱第一部分第I序进行了现场生产性试验。

4.1 钻孔直径确定
Φ28/32预应力中空注浆锚杆锚头直径分别为45mm、55mm，为保证锚头顺利插入锚杆孔且能顺利打开涨壳进行锚固，根据锚杆涨壳直径钻孔时分别使用Φ50、Φ55、Φ60、Φ65四种规格钻头进行试验，用于确定适合机械涨壳式预应力中空注浆锚杆的最小钻孔直径。

根据现场机械涨壳式预应力中空注浆锚杆锚头安装情况，利用FJY25C圆盘钻打孔确定Φ50钻头适用于Φ28预应力中空注浆锚杆钻孔，Φ60钻头适用于Φ32预应力中空注浆锚杆钻孔，即可满足上述要求，与厂家推荐的锚杆孔直径稍有出入。

4.2 注浆及密实度
当锚杆向上安装时，一般采用注浆液从注浆管进浆，浆体逐渐充溢钻孔并向上流动。

此时中空锚杆体的空腔成为排气道，当空气排完时，注浆体从涨壳锚固件尾端进浆，充满空腔，从锚杆头流出，注浆完成。

见图2。

当锚杆水平或向下安装时，中空锚杆杆体为注浆管进浆，塑料管为排气道。

注浆时，从涨壳锚固件底部出浆，并逐渐充溢钻孔道，空气通过排气管排出，当浆体从塑料管流出时，完成注浆。

见图3。

图2 锚杆向上注浆工艺图图3 锚杆水平或向下注浆工艺图由于调压室顶部锚杆为垂直岩面布置，方向为垂直或倾斜向上，现场选用孔口PVC软管进行注浆，利用中空杆体排气的施工工艺。

即保证了杆体顺利回浆，又保证了注浆密实度。

根据现场注浆试验，对中空锚杆密实度进行了检测，检测密实度均达到90%以上。

5 预应力中空注浆锚杆施工工艺
5.1 施工工艺流程
施工准备→测量放线→圆盘钻造孔→孔道清理→快速水泥砂浆找平→预应力中空锚杆安装→锚具安装及施加预应力→从注浆管灌注水泥砂浆→密实度无损检测。

见图4。

图4 施工工艺流程图
5.2 施工方法
⑴钻孔：用FJY25C圆盘钻造孔时，Φ32中空锚杆使用Φ60钻头钻孔，Φ28中空锚杆使用Φ50钻头钻孔，钻孔深度比锚杆杆体有效长度大50～100mm，孔位偏差不大于100mm。

⑵孔道清洗与验收：钻孔完毕后，用压力水将孔道清洗干净，经检验合格后，临时封堵孔口。

⑶锚杆安装与张拉：①为保证锚杆与垫板垂直，使锚杆轴向受力，对孔口范围内局部参差不平的岩面，使用快速水泥砂浆找平，待找平层强度达到20MPa后，安装锚杆张拉。

②预应力中空注浆锚杆由厂家定尺制作，采用脚手架搭设平台配合人工将锚杆体送入孔内，使用厂家配置专用连接套筒转动锚杆杆体，使钢质锚头涨开与岩壁紧密接触以达到锚固目的。

③放入止浆塞和锚垫板，并安装排气管，旋上螺母，并使锚杆杆体位于锚杆孔的中部，并使用六角扳手预紧。

④根据设计要求初始预应力值，使用扭力扳手施加预应力。

扭力扳手使用前将扭力扳手设定到相应的扭矩值，由钻架平台或脚手架搭设平台做为操作平台，两人协作，采用管钳共同施加预应力。

正式张拉前应取20%设计张拉荷载，对其张拉1～2次，使其各部位紧密接触，当锚杆达到预定应力，扭力扳手达到预设扭矩值时，扭力扳手会发出“咔哒”的响声。

锚杆锁定后48h内，如发现预应力损失大于锚杆设计值的10%时，应进行补偿张拉。

⑷锚杆注浆
采用JS20E螺旋砂浆泵进行注浆，该泵的优点在于注浆压力和流量可调，压力动脉小，注浆压力和流量均匀。

注浆时，利用中空锚杆底部的注浆管注浆，中空杆体排气，直至中空锚杆中部孔道流出浆液方可停止注浆。

注浆时注意控制注浆压力和流量，以防止注浆管爆裂。

⑸质量检验
砂浆密实度检测：机械涨壳式预应力中空注浆锚杆注浆完成7天后，采用声波物探仪对其砂浆密实度检测，砂浆密实度在85%以上，满足技术要求不小于75%规定。

6 结论
涨壳式预应力中空注浆锚杆主要施工工序为锚杆张拉和锚杆注浆。

使用扭力扳手施加预应力，两个人用在几分钟内就可以完成，加快了施工进度。

使用专用螺旋砂浆泵进行注浆，可以更好的控制注
浆压力，防止注浆管爆裂，一定程度上提高了施工效率。

涨壳式预应力中空注浆锚杆施工工艺加快支护施工速度，短时间内提供主动支护力，对调压室顶拱围岩稳定起到积极的作用，是一种值得推广的新工艺。

该锚杆目前生产厂家较多，但是其断后伸长率能达到16%的较少，常规的断后伸长率都在6%左右，伸长率小的锚杆的杆体材质性脆，不适用于大跨度、高地应力、高边墙变形量较大部位。

目前部分厂家根据水工地下大洞室变形较大的特点，已生产出与热轧带肋Ⅱ级钢延伸率相当时的涨壳式预应力中空锚杆，断后伸长率不小于16%。

作者简介：
蒲进（1976.2－），男，渠县，项目总工，工程师，从事施工技术管理工作。