白鹤滩水电站泄洪洞不良地质条件下锚索灌浆技术研究

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

1 工程概况

白鹤滩水电站泄洪洞出口位于白鹤滩水电站1#、2#自然冲沟之间，分布高程867m～594m，总开挖高度273m，顺水流方向分布长度约400m，垂直于水流方向开挖宽度约240m，边坡自上而下分层开挖，开挖坡度1∶0.2～1∶1.0，从上往下分别布置13级马道，马道宽度2m～6m。

泄洪洞出口边坡开挖后揭露的围岩主要为Ⅲ2类及Ⅳ类，Ⅳ类围岩岩体特别破碎，开挖后边坡自稳能力差，短时间内，边坡裂隙就普遍张开，松动卸荷增强，为确保边坡稳定及施工期、运营期安全，边坡采用小吨位密锚索进行支护，锚索间排距一般为5m×5m，通过锚索的张拉，保证岩体整体的稳固，且要求及时快速进行支护。预应力锚索前期施工时，采用常规方法灌浆，多束锚索灌浆消耗干水泥量超过40t，其锚索灌浆量特别巨大，锚索灌浆用时特别长，对边坡稳定及开挖支护进度造成严重影响。因此，必须采取一定的工程技术措施对锚索超灌进行控制。

2 常规锚索灌浆工艺

预应力锚索根据钢绞线类型分为粘结型锚索和无粘结锚索两大类。粘结型预应力锚索灌浆分锚固段灌浆与张拉段灌浆两部分，锚索结构见图1，锚固段与张拉段采用止浆包进行分隔，锚固段灌浆在锚索入孔后即可进行，张拉段灌浆则在锚索张拉锁定后进行。无粘结预应力锚索锚固段及自由段采用一次性灌浆完成。无论哪一种锚索灌浆，浆液均需通过索体内安装的灌浆管进入灌浆孔底，直至回浆管返浆，灌浆量大于理论吸浆量；进、排浆量比重一致，孔内不再吸浆才可结束，该方法为常规灌浆方法。

图1 粘结型预应力锚索灌浆剖面

3 超灌浆控制措施及工艺

预应力锚索自由段的围岩表现为松弛、破碎、完整性差，以强卸荷、节理裂隙发育为主，边坡自稳能力差，因此，造成锚索自由段串浆、漏浆严重。锚固段则处于稳定、完整的岩体内，若锚固段岩石为不良地质体，则必须进行加深或固结灌浆处理，因此，可认为锚索在锚固段不漏浆或少漏浆。因此，减少锚索超灌的关键是减少锚索自由段灌浆量。

对于锚索来说，锚固段灌浆质量控制要求极其严格，而相对来说，自由段灌浆主要对钢绞线起到保护作用，自由段灌浆的重要性低于锚固段，因此，减少超灌浆量的关键是将锚固段和自由段采用不同的措施分别进行灌浆。

3.1 操作工艺

在锚固段后方设置纺锤形止浆包，止浆包由土工布与钢绞线紧密缠绕而成，止浆包安装完成后的外径与钻孔孔壁间的间隔为5mm～10mm，止浆包结构见图2。锚索结构中的灌浆管通过止浆包区域后进入到索体最前端，且灌浆管在止浆包区域中留有一契形开口，用来为止浆包进行充浆膨胀以封闭孔道。索体结构中的回浆管由两根管套接而成，且具有双重作用。当进行锚固段灌浆时，该管主要用来排气及孔内稀浆和杂质，主要起回浆管作用；当进行自由段灌浆时，在孔外拉拔该管，使回浆管的外部管从套接管中拔出，从而起到灌浆管的作用，浆液通过该管进入到自由段后慢慢从孔口涌出，直至孔口返出浓浆。

灌浆时先从灌浆管灌入稀浆，待浆液将止浆包充浆完成膨胀封闭孔壁后再换用浓浆进行锚固段灌浆，灌浆过程中，锚固段中的空气及稀浆通过回浆管排出，当回浆管返出浆液浓度与灌浆浆液浓度一致时，结束锚固段灌浆，并立即将回浆管的外部管从套接管中拔出。

图2 止浆包锚索剖面

3.2 造孔阶段采取的措施

在锚索造孔阶段，根据锚索造孔情况，若孔口不返风、不返渣，说明孔内有裂隙，则采用M25砂浆进行固壁灌浆，特别是在锚固段有裂隙时，应预先进行固壁灌浆，固壁灌浆可采用水泥砂浆添加速凝剂及水泥-水玻璃双液快浆进行封闭锚固段裂隙。

3.3 灌浆阶段采取的措施及工艺

自由段灌浆采用敞口灌浆的方式进行，根据不同的地质情况采取不同的施工工艺及材料，具体如下：

(1)当自由段岩体地质情况不是很差，裂隙、节理发育较小，岩体破碎程度低，自由段灌浆采用纯水泥浆，灌浆过程主要采用限流、限压及间歇灌浆的方法进行。

操作工艺：控制灌浆流量为10L/min～15L/min，灌浆进浆压力<0.1MPa，并且每灌注10min后间歇10min，直至孔口返出浓浆后即可结束。

(2)当自由段裂隙发育较多，节理张开度较大，按照以上方法进行控制灌浆后，灌浆单耗大于200kg/m时，孔口仍未返浆，将灌注纯水泥浆调整为灌注水泥砂浆，直至孔口返浆，砂浆标号要求不低于M735。在灌注砂浆过程中，可根据实际情况分别采取限流、限压及间歇的方法控制超灌浆量。灌注砂浆应采用专用砂浆泵进行施工，砂浆配合比应通过试验室配比试验获得。砂浆所用的砂应质地坚硬，粒径不宜大于2.5mm，细度模数不宜大于2.0，含泥量应小于1%，要求浆液3h后的泌水率控制在2%，泌水应在24h内全部被浆体吸收。

(3)当自由段裂隙发育很多，节理张开度很大，岩体非常破损且裂隙串通度很好时，采用以上两种方法进行灌注，无法在短时间内完成灌浆施工，灌注的浆液将通过裂隙全部渗透到岩层中，无法充填锚索孔道，造成浆液大量浪费。此时，可将灌浆材料由水泥浆或者水泥砂浆调整为水泥-水玻璃双液快浆进行施工。双液快浆配合比应通过试验室配比试验获得，确保初凝时间满足灌浆工艺时间要求，防止出现灌浆质量缺陷。

操作工艺：采用该工艺灌浆时，应布置两根进浆管，一根用于灌注水泥浆液，另一根灌注水玻璃，两根管子应能在孔内向外移动，在水泥-水玻璃灌浆时，由于水泥-水玻璃在孔内相遇后快速凝结，为防止水泥灌浆管与水玻璃灌浆管堵塞，应根据灌浆速度，向孔外同时同步拉拔两根灌浆管，裂隙部位灌浆通过后，采用水泥浆管进行常规灌浆，施工方法见图3。

图3 水泥-水玻璃双液快浆措施锚索示意

(4)当自由段裂隙发育及节理张开度特别巨大，岩体特别破损，甚至出现空腔时，此时可采用自由段索体外端包裹土工布，防止浆液大量进入岩层，或在造孔阶段采用跟管造孔，跟管不取出，在灌浆时浆液仅充填锚索自由段或锚索跟管，形成包裹体，而此时，浆液将无法进入岩体中，有效地增加了锚索的锚固力，保证了边坡的施工安全。

操作工艺：

①锚固段包裹土工布措施：该工艺锚固段灌浆与前面方法一致，锚固段灌浆完成，拉拔锚固段回浆管，使回浆管变为自由段的灌浆管，灌浆时浆液仅充填索体与外包土工布套筒之间的间隙，直至浆液充填密实土工布膨胀后紧密贴紧孔壁。自由段外包土工布套筒在未充填浆液前与孔壁的间隙一般控制在1cm～2cm，土工布套筒包裹必须严实及紧密，确保索体安装时能顺利进入孔道且准确安装到位。土工布应采用防磨耐冲击土工布，防止在下索时与岩壁摩擦造成土工布破损。

②采用跟管造孔措施：在造孔阶段，根据造孔记录，判断岩层地质情况，当自由段裂隙发育及节理张开度特别巨大，岩体特别破损，甚至出现空腔时，采用跟管钻机进行跟管造孔，跟管长度仅为自由段长度。在灌浆阶段，锚固段灌浆与前面方法一致，自由段灌浆时浆液仅充填索体与跟管套筒之间的间隙，直至浆液充填密实索体与跟管管壁间的空隙，具体措施见图4。

图4 包裹土工布措施示意

4 结语

白鹤滩水电站泄洪洞出口边坡锚索造孔及灌浆采用以上工程工艺措施后，锚索灌浆量根据前期造孔、灌浆用时及灌浆量统计，平均造孔灌浆用时减少1/4，灌浆量减少1/4；经锚索张拉，所有锚索伸长值均满足理论伸长值95%～110%的要求，未出现任何质量问题；对于破碎岩体区域达到了及时快速进行支护的目的，确保了边坡稳定，且大大减少了工程投资。