提高锚杆注浆质量优良率的研究

熊 炜， 李 荣 果， 周 怀 道

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

在各种工程建设中大量地使用着喷锚支护技术，而锚杆的施工质量直接影响到工程洞室或边坡的安全稳定。锚杆的施工属于隐蔽工程，锚杆的有效长度、砂浆的密实度及砂浆的灌注缺陷越来越受到工程技术人员的关注。水利水电工程中使用的锚杆大多数为全长黏结型锚杆，对于全长黏结型锚杆必须检查其砂浆密实度，且其注浆密实度大于 75%为合格,大于90%为优良[1]。针对叶巴滩水电站大坝边坡锚杆注浆施工质量不稳定、锚杆无损检测优良率仅为51%、Ⅰ 类锚杆占比不高的实际情况，项目部组织现场管理人员和作业队伍召开质量专题会进行了深入分析，制定出有针对性的改进措施，确保锚杆施工质量优良率得到明显的提升。对研究过程与实施效果进行了阐述。

2 施工工艺

2.1 钻孔施工

(1)锚杆施工的钻孔工序是保证其锚固质量的重要工序。施工时应依据设计图纸要求、结合工作面的地质构造条件进行钻孔布置。孔位应做标记，其孔位偏差应不大于100 mm，孔斜偏差应不大于2°。根据施工场地条件选择比较适合的施工机具，钻孔采用手风钻(型号：YT—28)或YB-100B潜孔钻[2]。以施工质量为中心,对于不能保证质量的设备和施工方法不予采用。

(2)锚杆孔的孔轴向应满足设计文件要求，或根据现场实际情况确定。未作规定时，其系统锚杆的孔轴方向应垂直于开挖面。钻孔时，操作手一定要随时检查钻孔的角度差，在钻孔过程中始终保持“三点一线,中心转”。“三点”即钻头.钻杆、钻机;“中心转"即始终保持钻杆在钻孔的中心位置旋转，不能偏向钻孔的任何一边。必要时，可自制简易工器具或采用多臂钻或锚杆台车等大型设备进行质量控制，以保证施工质量。

若采用“先注浆、后安装锚杆”的程序进行施工，钻头直径应大于锚杆直径15 mm；若采用“先安装锚杆、后注浆”的程序施工，钻头直径应大于锚杆直径25 mm。中空注浆锚杆钻孔孔径应大于杆体直径至少16 mm[3]。

锚杆深度必须达到设计文件的规定，孔深误差值不大于50 mm。造孔完成后，孔内的岩粉和积水必须清除干净。

拱坝建基面一般为两岸斜坡加底板构成的“U”型嵌入槽形结构，两岸建基面为连续坡面且两拱肩为坝轴线略凹的不均一坡面。该坝肩槽上下游为高陡侧面坡，开挖边坡分坝肩上游边坡、坝肩槽及下游边坡三部分，在上游与下游边坡设马道，拱肩槽建基面为连续长缓扭面，叶巴滩水电站拱肩槽均是以10 m为一个开挖梯段，梯段预裂深度在11.8～18.9 m之间，中间不设马道。但考虑到施工原因，采用超欠平衡施工工艺，每梯段预留50 cm的施工台阶作为开挖钻孔的架钻平台。

在开挖质量方面，对于有结构要求及预埋件和配筋的部位不允许出现欠挖﹔对于无结构要求及预埋和配筋的部位欠挖标准为不大于10 cm；所有超挖不得大于20 cm。建基面所有垂直、水平及斜面平整度标准不大于15 cm，开挖质量要求相当严格[4]。

2.2 砂浆的拌制

锚杆砂浆拌制时所采用的拌和及输送机具应具备良好的工作性能，必须定期进行维护保养。拌制使用的电子称和计量器具应在事前进行自校以保证计量准确。

拌制过程中应严格按照配合比进行称量拌制并严格控制砂浆稠度。当原材料发生变化致使拌制砂浆的工作性能不能满足使用要求时，应立即通知试验人员到场进行指导，试验人员应不定期对现场砂浆拌和进行监控。拌制砂浆时一定要均匀拌和，根据施工进度随拌随用，一次拌和的砂浆应在初凝前使用完，并严防石块、杂物混入。

2.3 注浆与安装

(1)注浆前，利用高压风、水冲洗，将孔内的岩粉、碎屑和积水清理干净。对孔位、孔向、孔斜及孔深进行检查，检查合格后方能进行插杆、注浆作业。

(2)锚杆安装可采用“先注浆、后插杆” 或“先插杆、后注浆”工艺，锚杆安装前，按设计外露要求用油漆在杆体上做好标记，严格控制插入深度和外露长度。

(3)采用‘先注浆、后插杆’工艺，在注浆管前端设置“活塞”，先插到孔底，然后退出5～10 cm后开始注浆。注浆过程中，注浆管在孔内浆压下自行退出以保证孔内注浆饱满。孔口溢出砂浆时可停止注浆。插杆过程中严格控制插杆的速度，以防止孔内浆液流失。

(4)采用‘先插杆、后注浆’工艺，插杆时安装注浆管和排气管。对于水平锚杆或上仰锚筋，将排气管固定在杆体上，杆体入孔后使管口距孔底的距离为5 cm。注浆管插入锚杆孔内的长度不小于20 cm，锚杆送入孔后，在孔口堵塞处预埋注浆管并用锚固剂或砂浆进行封孔。待孔口封堵密实、锚固强度满足要求后方可注浆。

注浆执行“三个不”制度：孔口封堵不严不注浆、压水时不回水不注浆、注浆不返浆时及时拔杆返工。注浆至排气管有浓浆连续流出时方可停止注浆。注浆完毕，及时封闭排气管和进浆管。

先注浆后插杆必须确保有砂浆外溢。先插杆后注浆，注浆完成后对进、回浆管进行封闭。锚杆在完成插杆、注浆后，在砂浆凝固前不得敲击、碰撞和拉拔锚杆。锚杆支护完成后，在砂浆强度未达到70%设计强度前，在规定范围内不得进行爆破作业。

(5)在遇到塌孔等特殊地质条件导致锚杆无法进入、也无法拔出时，应作废锚杆处理。在设计锚杆周边30 cm以内重新补打锚杆；注浆完成后，及时检查有无孔口空浆，如有则需及时进行补浆。

(6)锚杆注浆完成3 d后，要求及时进行锚杆无损检测，7 d内上报锚杆无损检测报告。

3 工艺性试验及取得的成果

2021年5月4日，项目部邀请监理人员参加、共同开展了采用先插杆、后注浆工艺的锚杆注浆施工工艺性试验，并于5月13日对注浆后的锚杆进行了剖开验证，所取得的注浆效果满足设计要求。项目部于5月14日将《锚杆注浆施工工艺试验报告》报监理中心，监理中心于5月17日进行了批复，同意项目部根据工艺试验结果开展现场锚杆注浆施工。由此可见，该工程所采用的注浆工艺及砂浆配合比可行，边坡锚杆注浆均采用先插杆、后注浆的工艺进行施工。结合现场实际情况，技术人员对造成质量偏差的主要原因分析如下：

(1)因材料供应问题，导致成孔插杆后未能及时注浆；同时，因边坡岩体条件不理想，尤其是雨后易出现孔内崩塌情况。

(2)目前边坡使用的锚杆长度为6 m、9 m，注浆施工均采用先插杆、后注浆工艺。注浆前未全部按照先插杆、后注浆工艺标准绑扎注浆管和排气管。

(3)采用先插杆、后注浆工艺施工时，由于排架上的操作空间狭窄，安装长度为6 m/9 m锚杆/锚筋桩时个别锚杆/锚筋桩难免会与排架、孔口等部位发生碰撞，导致注浆管被压瘪而未及时得到发现并更换。

(4)锚索注浆为净浆。但因岩石裂隙发育而造成串浆致使锚杆/锚筋桩孔内结块，进而影响到注浆质量。

(5)采用先插杆、后注浆工艺的孔口封堵不规范，进而影响到注浆质量。

(6)目前均采用MZ30水泥砂浆注浆机从低高程向高处注浆，导致出现压不上去或注浆压力不够的现象，进而影响到注浆质量。

(7)无对中支架及保温措施不到位对锚杆密实度(锚杆6～8 m位置注浆密度)影响程度大。

(8)现场质量控制人员对相关浅层支护详细设计参数未能熟练掌握，导致锚杆外露长度过长。

(9)现场部分质控人员责任心不强，对现场存在的质量问题未能及时发现、对所发现的质量问题整改不及时且不跟踪落实。

4 改进措施

4.1 开展全员施工工艺培训，发放工艺明白卡

由项目部质量部牵头，每周二、四轮流组织左右岸边坡和俄德西沟料场浅层支护队伍和质检员开展全员施工质量标准化工艺培训，促使每个工人及现场质检人员心中有标准、手中有尺度，潜移默化地不断提升作业人员对锚杆注浆重要性的认识，不断提高作业人员和质检人员的质量意识和作业技能水平。

为强化作业人员的质量意识，项目部质量部制作了浅层支护设计参数明白卡(主要为锚杆、锚筋桩入岩深度及布置参数以及钢筋网格尺寸和喷混厚度等)和质量标准明白卡，发放到每一个质检人员和作业工人的手中，采取现场加强巡视监督和提问的方式加强作业工人对设计参数和质量标准的熟练程度。

4.2 加强过程细节控制、落实全程旁站盯控制度

针对所出现的质量问题，加强了现场质量人员对注浆工艺过程细节控制的培训及宣讲，诸如二次清孔、孔口封堵、注浆完成后是否饱满的判断、孔口锚杆底垫小石块等细节工艺控制，切实提高了三检人员的业务及现场处理能力，督促现场作业人员进行细节把控，确保注浆质量。

考虑到浅层支护工序繁多，项目部在左右岸片区分别安排了至少2名终检人员对注浆过程进行全程旁站盯控，并对注浆过程进行记录。砂浆拌制前，提前将称量器具、塑料桶和配合比标识牌放到现场；拌制砂浆时，严格按照配合比进行称量，不得随意加水。将配合比换算成每袋水泥兑22.5 kg水和65 kg砂以便于现场质量控制。注浆过程中重点观察排气管是否向外溢出砂浆，是否需要二次补充注浆并及时补浆。

4.3 采取二次清孔、孔口封堵、增加定位器措施

后续采取先插杆、后注浆工艺时，在材料准备充足的情况下对已成孔的锚杆孔进行了二次清理，再一次完成插杆注浆工序，确保了注浆质量。

严格按照先插杆、后注浆工艺要求对孔口采用砂浆封堵，避免孔口出现空腔。若出现注浆管堵塞的情况，可将封孔砂浆清除，将PE注浆管直接从孔口插入孔底实施补救注浆。

对边坡锚杆使用锚杆定位器情况进行了检查，施工现场的锚杆已全部正确安装了锚杆定位器，各工序施工质量均按要求控制到位。

4.4 进行锚杆/锚筋桩理论注浆量与实际注浆量对比以判断注浆饱满度

质检人员在每次注浆前提前根据现场实际的钻孔孔径和深度及锚杆直径计算出一个标准的锚杆/锚筋桩理论注浆量，在注浆过程中检查实际注浆量是否超过理论注浆量。若发现实际注浆量小于理论注浆量，说明此根锚杆/锚筋桩注浆不饱满，需要重点关注该锚杆孔浆液的变化，过半小时左右再进行补注砂浆，补注一次、二次直至孔口砂浆无明显变浅为止。

4.5 在条件具备的情况下采用先注浆、后插杆工艺

为避免因注浆压力不够影响到锚杆注浆饱满度，后续施工过程中采用了随层支护施工的方式。叶巴滩水电站右岸边坡已开展了支护登渣作业，作业平台距注浆孔较近，可采用先注浆、后插杆工艺，将注浆用的PE管直接插至孔底5 cm左右处注浆、直至孔口溢出砂浆，然后由人工将锚杆/锚筋桩缓慢插入孔中，切忌插入速度不能过快，以避免将孔内的砂浆挤出空腔[5]。

4.6 注浆砂集中备制，更换无压力的注浆设备，增加发热带

项目部集中在砂场采用尺寸为2.5 mm×2.5 mm方孔的筛网对工程所使用的砂进行二次筛分，并由试验室对砂的细度模数进行检测，待其检测合格后用作左右岸边坡和俄德西沟料场边坡锚杆/锚筋桩注浆的专用砂。

根据实际注浆情况，项目部对现场使用的部分老旧、无压力、经常出现故障的MZ30水泥砂浆注浆机进行了更换，采用压力大的注浆机注浆，确保了孔内注浆压入量充满锚杆孔。

注浆用的全部管路均采用发热带+保温棉包裹保温，并且在锚杆注浆过程中送浆并保证注浆管路浆液流动性好，注浆过程正常，实测浆液温度均在12 ℃以上，所采用的保温措施效果显著。

4.7 加强自检排查工作

注浆完成3 d后，项目部质量部牵头及时组织试验室对锚杆注浆质量进行了无损检测自检，对自检中发现的不合格锚杆单元进行了加倍检测，并对不合格的锚杆按要求进行处理，合格后提交复检。

5 效果检验与结语

通过上述改进措施的实施并对边坡锚杆的注浆质量经无损检测得知：Ⅰ类锚杆的占比有比较明显的提升，证实锚杆注浆过程中的质量控制改进措施行之有效。锚杆无损检测情况见表1。

表1 锚杆无损检测情况统计表

通过改进措施的实施，锚杆注浆质量优良率提升明显，所取得的相关经验可供类似工程参考。