水胀式锚杆在厄瓜多尔美纳斯水电站开挖支护工程中的运用

李群辉

中国水利水电第八工程局有限公司

水胀式锚杆在厄瓜多尔美纳斯水电站开挖支护工程中的运用

李群辉

中国水利水电第八工程局有限公司

开挖中采用水胀式锚杆可快速、高效的完成支护工程，水胀式锚杆具备优异的抗震动性，可接近于工作面进行安装，全长杆体膨胀，紧贴不规则孔壁，任何一段都可独立起支撑作用，对节约工期有显著效果。

水胀式锚杆气动注水泵

1 引言

地下洞室开挖当中，A1、A2类围岩常设计有随机与系统锚杆，传统的锚杆设计为水泥浆锚杆，施工工序繁杂，水胀式锚杆（Swellex锚杆），是瑞典阿特拉斯科普柯公司研发的一种新型岩石锚杆，厄瓜多尔美纳斯水电站工程在A1、A2、ⅢA类围岩当中采用了Swellex锚杆的Pm16与Pm24型，长度规格分别有2m、2.5m、3m、4m、6m，工程总用量约58000米，施工简单、快速、可靠。

2 概述

2.1 水胀式锚杆结构

水胀式锚杆由杆体和高强度锚定板组成，施工通过气动式高压水泵（水胀式锚杆配套专用设备）的高压水流使锚杆膨胀，从而完全贴近钻孔的不规则孔壁，沿锚杆全长产生的摩擦力、机械连锁力和压力对岩体进行加固。

本工程所使用Pm16与Pm24技术参数如表1，施工前锚杆杆体截面参见图1，充水后锚杆杆体截面参见图2。

表1 Swellex Pm16与Pm24技术参数

图1 充水前锚杆杆体截面

图2 充水后锚杆杆体截面

2.2 水胀式锚杆施工工艺

水胀式锚杆施工工艺简单，主要包括钻孔、清孔、安装、注水。

钻孔直径需严格按表1中要求的钻孔直径范围进行，否则水胀锚杆无法形成支撑。安装通过配套的水胀锚杆安装臂直接送入孔中安装。注水时，水的质量将直接影响注水泵使用寿命，水的PH值最好在7左右，水中不得含大颗料杂质，达到工业用水标准，入泵注水压力应保持：2bar≤水泵进水压力≤6bar，根据注水泵上水表控制；空气压力最小应满足6bar，6bar的空气压力才能保证300bar的出水压力，根据注水泵上气压表控制。为保证水质及注水压力，根据施工现场水胀锚杆注水时需增设清水桶，桶要高于工作面6m以保证注水压力，注水管口设过滤网，额定注水压力（出泵压力）通过安装手柄上压力表确定，Pm16需240 bar，Pm24需300 bar。

2.3 水胀式锚杆锚固机理及特点

（1）锚固机理。水胀式锚杆通过高压注水产生膨胀，管壁的膨胀压力与钻孔孔壁贴合，当达到锚杆的设计注水压力，水泵自动停止充水，此时，锚杆全长产生的摩擦力、机械连锁力和压力进而形成较高的拉拨抵抗力，达到锚固效果。

（2）特点。实际施工中遇不良破碎带采用常规锚杆工序繁杂，需注浆及等强，施工进度难以满足安全工期要求，水胀锚杆快速、高效的特点，可满足施工当中快速支护的要求，水胀锚杆和常规锚杆相比，主要特点：①施工简便，易于掌握；②锚杆埋设施工方式灵活多样，可手工、半机械化或全机械化。③水泵压力达到预定的注水压力时，水泵自动停止工作，可确保每一根锚杆的承载力，且锚杆立即发挥作用。

（3）注意事项。①试验。水胀锚杆需用与水胀锚杆配套的专业锚杆拉力计，若无专业拉力计，需采用专用转换接头，使水胀锚杆未端具备常规试验可操作条件，再利用常规锚杆试验进行。水胀锚杆达额定注水压力后水泵自动根据锚杆的膨胀度结束注水，也标志着水胀锚杆安装结束，可立即进行试验。②施工。锚杆应轻拿轻放，严禁损伤锚杆未端的注液嘴，安装锚杆前，对安装系统进行全面检查，确保其良好的状态。安装锚杆时，操作人员手持安装臂应与锚杆轴线偏离一定角度；注水时，注水臂与锚杆轴线尽量在同一条直线上。若已锚地段有较大变形或锚杆失效，立即在该地段增设加强锚杆，长度不小于原锚杆长度的1.5倍。高压泵试运转，压力宜为15～30MPa，锚杆送入孔中，应使托板与岩面紧贴，为了延长水泵寿命，在施工中尽量确保水泵用水以及空压机内空气的洁净。在高压进水阀未关闭，回水阀未打开之前，不准撤离安装臂。高压泵要设置防护罩，锚杆安装完毕后应将高压胶管一并放入防护罩内，并移至安全、无淋水地段。

3 水胀式锚杆与传统锚杆的等效代换

3.1 水胀式锚杆

Swellex Pm 16，L=2.5m，L=3.0m，技术参数见表1。经注高压水膨胀后，每0.5m水胀锚杆提供的抗拉拔力（摩擦力）为100KN。

3.2 常规锚杆

Φ25水泥浆锚杆，孔径50mm，最小蠕变限度17kN，最小断裂负荷22kN，锚杆的材料要求：锚杆ASTM A 615；支撑板ASTM A283；螺母和垫圈ASTM A 449。

注浆由波特兰水泥和水按照0.38到0.40的比例组成，并使用Sika公司生产的类似于INTRAPLAST的膨胀添加剂（或使用经批准的同类材料），使用量为水泥量的1%。

3.3 锚杆换算长度计算

La：锚固段长度（mm）；K1：胶结材料与孔壁胶结长度安全系数，临时支护仰孔取1.5；Nt：锚杆设计拉力值（kN）；D：钻孔直径（mm），取50mm；C1：胶结材料与孔壁的粘结强度（Mpa），水泥浆与2类围岩取1.2；经计算：

Pm16，L=2.5m，换算成Φ25锚杆所需长度：La1=1.5×500÷3.14÷50÷1.2×1000=3.98m，取4m。

Pm16，L=3m，换算成 Φ25锚杆所需长度：La2=1.5×600÷3.14÷50÷1.2×1000=4.78m，取5m。

3.4 对比分析

通过2.2、2.3锚杆的等效代换计算，将等效的水胀锚杆和水泥浆锚杆进行技术及经济分析参见表2。

表2 水胀锚杆与水泥浆锚杆分析

4 总结

水胀锚杆快速高效的特点在抢险工程中的作用尤为明显，在国外它应用于各类工程，在国内目前较少运用，随着国内用户的增多，此种锚杆的优势必将凸显。

[1]SL 377—2007.水利水电工程锚喷支护技术规范[S].

[2]SD 267—88.水利水电建筑安装安全技术工作规程[S].

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