葛藤坳水庫(kù)錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿配合比設(shè)計(jì)

楊 峰，袁好好

(江西星光建設(shè)工程有限公司，南昌 330000)

0 引 言

巖土錨固工程中的錨桿支護(hù)一般以壓力形式將液態(tài)水泥砂漿注入設(shè)置有錨桿的地層鉆孔中，待漿液硬化后在注漿孔和錨桿體之間形成堅(jiān)固注漿層。錨桿注漿所形成的錨固段能有效提升錨桿承載力和工后抗拔力，漿液在設(shè)計(jì)注漿壓力的作用下深入地層裂隙，提升錨桿周圍地層結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和力學(xué)指標(biāo)，達(dá)到固結(jié)地層并提升地層承載力的效果；裹覆在錨桿體上的注漿層還起到隔離、防腐的保護(hù)錨桿體的作用。錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿取材方便，成本低廉，操作簡(jiǎn)便，在當(dāng)前巖土工程錨桿安裝施工方面應(yīng)用廣泛，工程實(shí)踐證明，錨桿錨固性能和永久性主要受到水泥漿液配合比和質(zhì)量的影響較大，但是《巖土錨桿技術(shù)規(guī)程》、《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》等現(xiàn)行規(guī)范對(duì)錨桿注漿水泥砂漿配合比的規(guī)定較為混亂，且對(duì)于砂漿強(qiáng)度等級(jí)、流動(dòng)性表示、試配強(qiáng)度、性能試驗(yàn)方法等缺乏明確規(guī)定。為便于指導(dǎo)施工，保證注漿漿液配合比的合理性，文章以具體工程為例，并通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行漿液水灰比和配合比分析，以便為類似工程提供借鑒參考。

1 工程概況

銅鼓縣備用水源工程葛藤坳水庫(kù)壩址位于銅鼓縣城西大溈山林場(chǎng)附近，距銅鼓縣城約16km，壩址以上控制流域面積8km2，主河道長(zhǎng)7.1km，屬于武寧水支流大感橋水流域。壩址地理位置為E114°14′59〃，N28°29′15〃，擬建壩頂高程371.74m，最大壩高37.44m；水庫(kù)正常水位高程367.00m，總庫(kù)容為97.3萬(wàn)m3，P=1%的校核洪水位為370.24m，水庫(kù)P=5%的設(shè)計(jì)洪水位為369.51m。葛藤坳水庫(kù)是一座以供水為主，兼防洪功能的小(2)型水庫(kù)，主要建筑物包括：混凝土重力壩和輸水涵管。樞紐工程等級(jí)為V級(jí)，永久性主要建筑物為V級(jí)，永久性次要建筑物為5級(jí)，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用20a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)采用100a一遇。大壩為現(xiàn)澆混凝土重力壩結(jié)構(gòu)型式，由左側(cè)非溢流壩、溢流壩和右側(cè)非溢流組成，全長(zhǎng)95.73m，大壩坐落基礎(chǔ)為弱風(fēng)化變質(zhì)粉砂巖，地基承載力為2.0MPa。本工程支護(hù)工程主要為右岸壩肩部位開(kāi)挖邊坡的錨噴支護(hù)以及左右岸灌漿廊道洞口鎖口錨桿與洞內(nèi)錨噴支護(hù)。

2 原材料方面的要求

錨噴支護(hù)錨桿注漿用水泥砂漿主要用于全長(zhǎng)黏結(jié)性錨桿，并由水泥、粒徑≤2.5mm的中細(xì)砂、拌和用水、外加劑等所摻配而成，且水泥砂漿強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)至少為M20。

2.1 水泥

水泥必須使用強(qiáng)度等級(jí)32.5MPa以上的普通硅酸鹽水泥或抗硫酸鹽水泥，且其性能指標(biāo)必須符合相關(guān)規(guī)范，不得使用高鋁水泥。通常情況下，大壩壩肩錨噴支護(hù)錨桿注漿強(qiáng)度等級(jí)

2.2 砂、拌和用水

根據(jù)相關(guān)規(guī)范并結(jié)合本工程附近供料情況，錨噴支護(hù)錨桿注漿用水泥砂漿制備應(yīng)采用粒徑≤2.5mm的中細(xì)砂，并過(guò)篩后使用。拌和用水使用飲用水，且水質(zhì)情況符合規(guī)范。

2.3 外加劑

本水庫(kù)錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿使用控制砂漿泌水，提升漿體流動(dòng)性，調(diào)整凝結(jié)時(shí)間，減少拌和用水量，促進(jìn)漿液早強(qiáng)的外加劑，并嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行外加劑形式的選擇和質(zhì)量控制，同時(shí)要求外加劑摻加后不能對(duì)鋼筋材料造成腐蝕，不能影響和降低漿體黏結(jié)性能。外加劑摻量必須結(jié)合規(guī)范、通過(guò)試驗(yàn)確定。本水庫(kù)錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿中主要摻加減水劑和膨脹劑，既能控制砂漿漿液泌水，降低水泥用量，又能使硬化后的砂漿略具膨脹性，提升砂漿漿體密實(shí)性和錨桿抗拔力，且減水劑和膨脹劑摻加后必須確保砂漿漿液中氯化物含量控制在水泥重量的0.1%以內(nèi)。

3 水泥砂漿配合比設(shè)計(jì)

3.1 試配強(qiáng)度

GB50086-2001和CECS22:2005中并未規(guī)定錨桿注漿水泥砂漿試配強(qiáng)度，本水庫(kù)錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿試配強(qiáng)度主要根據(jù)JGJ/T98-2010的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算，公式如下[2]：

fm,0=kf2

(1)

式中：fm,0水泥砂漿試配強(qiáng)度，MPa；k為強(qiáng)度系數(shù)；f2為水泥砂漿強(qiáng)度等級(jí)。

3.2 砂漿性能

當(dāng)前相關(guān)規(guī)范對(duì)于巖土工程錨桿注漿水泥砂漿性能試驗(yàn)方法、養(yǎng)護(hù)條件、流動(dòng)性評(píng)價(jià)、溫度控制等的規(guī)定較為模糊，結(jié)合類似工程水泥砂漿配合比設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，本水庫(kù)錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿性能試驗(yàn)主要參照J(rèn)GJ/T98-2010的規(guī)定進(jìn)行分析計(jì)算，公式如下[2]：

fm.cu=NU/A

(2)

式中：fm.cu錨桿注漿水泥砂漿立方體試件抗壓強(qiáng)度，MPa；NU為水泥砂漿立方體試件破壞荷載，N；A為水泥砂漿立方體試件承壓面積，mm2。

為保證錨噴支護(hù)錨桿注漿施工質(zhì)量，水泥砂漿流動(dòng)性必須符合要求，既不能因流動(dòng)性過(guò)小而堵塞注漿管，又不能因流動(dòng)性過(guò)大而造成離析，也即漿液必須具備良好的可泵性和密實(shí)性。結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)，本水庫(kù)采用流動(dòng)度為錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿流動(dòng)性的評(píng)價(jià)指標(biāo)，并根據(jù)JC/T986-2005所規(guī)定的試驗(yàn)方法進(jìn)行性能試驗(yàn)，且按250mm±10mm進(jìn)行漿液流動(dòng)度控制，以提升注漿施工效率，保證連續(xù)注漿，加快施工進(jìn)度。

3.3 配合比設(shè)計(jì)方案

本水庫(kù)錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿試配試驗(yàn)采用大感橋水流域河沙細(xì)骨料，并過(guò)2.5mm篩，細(xì)骨料含泥量2.6%，泥塊含量0.7%，含水率0.1%，松散堆積密度1410kg/m3；水泥則選用工程就近H水泥廠的P.O42.5普通硅酸鹽水泥，初凝和終凝時(shí)間分別為115min和186min，3d和28d抗折強(qiáng)度分別為5.1MPa和9.0MPa，30和28d抗壓強(qiáng)度分別為21.9MPa和47.2MPa。

3.3.1 方案一

結(jié)合相關(guān)規(guī)范，按照1∶1-1∶2的重量比確定水泥和砂之比，并將水灰比控制在0.38-0.45范圍內(nèi)，錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿配合比試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表1所示。

表1 錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿配合比試驗(yàn)結(jié)果

續(xù)表1 錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿配合比試驗(yàn)結(jié)果

由表1試驗(yàn)結(jié)果可以看出，在設(shè)計(jì)配合比下水泥砂漿黏稠度偏小，且取值均在106mm以內(nèi)；在不摻加減水劑的情況下，水泥砂漿流動(dòng)性較差，普遍存在堵管現(xiàn)象，無(wú)法展開(kāi)順利施工。

3.3.2 方案二

按照1∶05-1∶2.25的重量比確定水泥和砂之比，砂漿流動(dòng)度按250mm±10mm控制，水灰比按0.50-0.76控制，錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿配合比試驗(yàn)結(jié)果詳見(jiàn)表2所示。

表2 錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿配合比試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著砂灰比的增加，水灰比呈增大趨勢(shì)，且當(dāng)砂灰比<1.50時(shí)，隨砂灰比的增加，拌和用水量減小，當(dāng)砂灰比在1.50-2.25區(qū)間變動(dòng)時(shí)，用水量趨于穩(wěn)定。水泥砂漿28d抗壓強(qiáng)度隨水灰比的增大而呈下降趨勢(shì)，這與規(guī)范所規(guī)定的水灰比決定水泥砂漿強(qiáng)度的規(guī)律相吻合[3]，且施工情況良好。為此，本水庫(kù)錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿配合比設(shè)計(jì)應(yīng)選擇方案二。

4 結(jié) 論

綜上，水庫(kù)錨噴支護(hù)錨桿注漿水泥砂漿配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于水灰比、灰砂比的確定，若水灰比過(guò)小則砂漿流動(dòng)性和可注性差，黏稠度高，很容易發(fā)生堵管，不利于正常注漿施工；而水灰比過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致漿液離析，無(wú)法保證漿體密實(shí)度，漿體在凝結(jié)硬化時(shí)也容易發(fā)生收縮，導(dǎo)致漿體強(qiáng)度損失。灰砂比過(guò)小，則會(huì)增大水泥用量和施工乘本，而灰砂比過(guò)小，為保證水泥砂漿的流動(dòng)性，必然需要較大的水灰比。