錨桿注漿漿液參數優化研究

李紅娜

(中鐵隧道集團科研所，河南洛陽 471009)

0 引言

在巖土錨固工程中錨桿的支護作用，除縫管錨桿、水漲錨桿等摩擦式錨桿及樹脂卷錨桿外，多是通過在安裝孔內注漿、待其硬化后在錨桿體與安裝孔間形成堅實的注漿層而發揮出來的。注漿就是以壓力的形式把液態水泥質漿體以一定的壓力注入到安裝有錨桿的地(巖)層鉆孔中的施工過程。錨桿注漿形成的錨固段提高了錨桿的承載力和安裝后的抗拔力;同時，一定壓力的注漿可以使注漿體滲入地(巖)層的裂隙和縫隙中，提高錨桿周圍地層的強度和力學指標，從而起到固結地(巖)層、提高地(巖)層承載力的作用。此外包裹在錨桿體上的注漿層還對錨桿體起到隔離防護和防腐保護的效果。

由于水泥漿注漿材料具備的經濟、方便和易操作性等諸多有利條件，目前在錨桿的安裝施工中，已被國內外廣泛采用，且水泥漿的質量直接影響到錨桿的錨固性能和永久性，其重要參數之一就是水泥漿液的配合比。

中國工程建設標準化協會頒布的標準CECS 22 2005《巖土錨桿技術規程》中規定:注漿材料應根據設計要求確定，不得對桿體產生不良影響，宜選用灰砂比1∶0.5 ～1∶1 的水泥砂漿或水灰比0.45 ～0.50 的純水泥漿，必要時可加入一定量的外加劑或摻合料［1］;而在GB 50086—2001錨桿噴射混凝土支護技術規范規定:水泥砂漿錨桿的水灰比宜為 0.38～0.45，同時一些有關錨固與注漿技術的書刊中多推薦最適宜的水灰比為0.40～0.45。為了更好地指導施工，取得合適的漿液配合比，筆者單位通過試驗，認為采用較小的注漿液水灰比更適合于錨桿注漿，較大的水灰比的漿液雖有易于充填所鉆孔中的裂隙的優點，但其不利的弊端更多。

1 試驗原材料與試驗方法

1.1 試驗原材料

1)水泥。同力牌42.5，普通硅酸鹽水泥。

2)河砂。粒徑0.5 ～2 mm，細度模數1.3。

3)速凝劑。河南鞏義跨越2000，液體。

4)水。生活用水。

1.2 試驗方法

1)凝結時間。按照JGJ 70—90《建筑砂漿基本性能試驗方法》進行測定。

2)漿液流動度。按照T 0507—2005《水泥膠砂流動度測定方法》進行測定。

3)漿液稠度。按照JGJ 70—90《建筑砂漿基本性能試驗方法》進行測定。

4)抗壓強度。按照JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》進行測定。水泥凈漿的試模尺寸為70.7 mm ×70.7 mm ×70.7 mm;水泥砂漿的試模尺寸為100 mm×100 mm×100 mm。

試驗器材見圖1和圖2。

2 試驗結果與分析

2.1 漿液各組成參數對漿液凝結時間的影響

在參照規范及文獻［2－3］的基礎上，經過大量試驗，發現水灰比過小的時候漿液流動性太差，不滿足注漿要求，水灰比過大的時候凝結時間過長，不滿足早強效果要求，只有4組試驗分別滿足初凝時間在10 min左右，終凝時間在1 h之內。

2.1.1 水泥凈漿漿液組成參數對漿液凝結時間影響

見圖3和圖4。

由圖3和圖4可以看出采用水灰比為0.4的水泥漿液在采用較小的速凝劑摻量時就可以滿足初凝時間10 min，終凝時間1 h的凝結時間，并且隨速凝劑摻量的增加終凝時間可以縮短更多，有利于漿液凝結時間控制，在早期達到黏結強度。

2.1.2 水泥砂漿漿液組成參數對漿液凝結時間影響見圖5和圖6。

圖5 水灰比0.4，灰砂比1.0的漿液不同速凝劑對漿液凝結時間的影響曲線Fig.5 Curves of setting time of grout with 0.4 water-cement ratio，1 cement-sand ration and different accelerating admixtures

圖6 水灰比0.4，灰砂比0.8的漿液不同速凝劑對漿液凝結時間的影響曲線Fig.6 Curves of setting time of grout with 0.4 water-cement ratio，0.8 cement-sand ration and different accelerating admixtures

由圖5和圖6可以看出采用水灰比為0.4的水泥砂漿同樣可以很好地滿足凝結時間限制。

2.2 漿液各組成參數對漿液流動度的影響

2.2.1 漿液各組成參數對漿液瞬間流動度的影響

見圖7和圖8。

由圖7和圖8可以看出隨著速凝劑摻量的增加，注漿材料的瞬間流動度損失很大。為了更好地保證注漿效果，速凝劑的摻量應控制在5%以下。

2.2.2 漿液各組成參數對漿液各時間段流動度的影響

見圖9和圖10。

由圖9和圖10可知在速凝劑摻量為5%時，漿液在10 min后基本上可以滿足初凝條件，具備早強性。

2.3 漿液各組成參數對漿液稠度的影響

見圖11和圖12。

圖11 水灰比0.4，灰砂比1.0的漿液不同速凝劑對漿液瞬時稠度的影響曲線Fig.11 Denseness of grout with 0.4 water-cement ratio，1 cement-sand ration and different accelerating admixtures

圖12 水灰比0.4，灰砂比0.8的漿液不同速凝劑對漿液瞬時稠度的影響曲線Fig.11 Denseness of grout with 0.4 water-cement ratio，0.8 cement-sand ration and different accelerating admixtures

由圖11和12可以看出隨灰砂比的減小，漿液的稠度會明顯降低。在注漿過程中為了控制漿液的稠度，可以選用灰砂比相對較小的漿液。

2.4 漿液各組成參數對收縮比的影響

見圖13。

圖13 注漿材料收縮比隨水灰比變化曲線Fig.13 Curve shows the relationship between the constringency of the grouting materials and water-cement ratios

由圖13可以看出隨水灰比的增大，注漿材料凝結后的收縮百分比越大，越不利于充填空隙，降低錨桿的黏結力，所以應選擇水灰比相對小的注漿材料。

2.5 漿液各組成參數對漿液抗壓強度的影響

2.5.1 水泥凈漿各組成參數對漿液抗壓強度的影響

見表1—4。

表1 水灰比0.45，速凝劑5%的漿液抗壓強度Table 1 Compressive strength of grout with 0.45 water-cement ratio and 5%accelerating admixture

表2 水灰比0.45，速凝劑4%的漿液抗壓強度Table 2 Compressive strength of grout with 0.45 water-cement ratio and 4%accelerating admixture

表3 水灰比0.40，速凝劑4%的漿液抗壓強度Table 3 Compressive strength of grout with 0.40 water-cement ratio and 4%accelerating admixture

表4 水灰比0.40，速凝劑3%的漿液抗壓強度Table 4 Compressive strength of grout with 0.40 water-cement ratio and 3%accelerating admixture

由表1到表4各配合比漿液的抗壓強度可以看出，采用小水灰比0.4的漿液的抗壓強度要大于采用水灰比0.45漿液的抗壓強度。由表4可以看出采用0.4水灰比漿液的抗壓強度在1 d后就可以到達22MPa，滿足水泥基注漿材料驗收標準。由表1至表4各表可以看出速凝劑摻量對漿液抗壓強度的影響較大，速凝劑的摻量越大，漿液的抗壓強度越小，所以在注漿過程中要控制速凝劑的摻量。為了更好地滿足凝結時間限制，選用較小水灰比的漿液。

2.5.2 水泥砂漿各組成參數對漿液抗壓強度的影響

見表5和表6。

表5 水灰比0.40，灰砂比1.0，速凝劑5%的漿液抗壓強度Table 5 Compressive strength of grout with 0.40 water-cement ratio，1 cement-sand ratio and 5%accelerating admixture

表6 水灰比0.40，灰砂比1.25，速凝劑5%的漿液抗壓強度Table 6 Compressive strength of grout with 0.40 water-cement ratio，1.25 cement-sand ratio and 5% accelerating admixture

由表5和表6可以看出采用較小水灰比，同樣滿足水泥注漿材料的強度要求。

3 工程實踐

蘭渝鐵路木寨嶺隧道DK177+700～DK192+170段以軟質板巖為主，夾極軟巖炭質板巖，受構造影響巖體破碎，該地段同時處于高地應力區。該地段由于巖土破碎，地應力較高，在開挖后極易發生較大變形，所以必須要及早支護，對注漿錨桿漿液凝結時間有更高的要求。通過實驗，水泥靜漿采用水灰比為0.4的水泥漿液在采用較小的速凝劑摻量時(3% ～4%)，或者水灰比為0.45的水泥漿液，速凝劑摻量4% ～5%，就可以滿足初凝時間10 min，終凝時間1 h的凝結時間;水泥砂漿采用水灰比0.4，灰砂比1.0的，速凝劑摻量采用4% ～5%，或者采用水灰比0.4，灰砂比0.8的，速凝劑摻量采用5%～6%，在該地段工程應用中取得了極大的成功，有效地控制了圍巖變形，后期圍巖監測變形在20 mm之內。

4 結論與討論

水泥漿或水泥砂漿的配合比直接影響漿體的強度、密實性和注漿作業的順利進行。水灰比太小，可注性差，易堵管，常影響注漿作業正常進行;水灰比太大，漿液易離析，注漿體密實度不易保證，硬化過程中易收縮，漿體強度損失較大，常影響錨固效果。因此，采用相對較小的水灰比，適當的速凝劑，可以更好地滿足工程需要。

［1］ 國家人民防空辦公室.GB 50086—2001錨桿噴射混凝土支護技術規范［S］.北京:中國計劃出版社，2001.

［2］ 楊卓，陳洪光.盾構隧道同步注漿漿液配比分析及優化設計［J］.隧道建設，2009，29(S2):29 －32.

［3］ 賀雄飛，王光輝.單液活性同步注漿漿液的配合比試驗［J］.隧道建設，2010，30(1):15 －20，29.(HE Xiongfei，WANG Guanghui.Study on mixing proportion of singlecomponent active grout for simultaneous grouting［J］.Tunnel Construction，2010，30(1):15 －20，29.(in Chinese))