錨桿注漿體水灰比探討

1、錨桿注漿體水灰比探討邱正興王勇（杭州圖強(qiáng)工程材料有限公司）摘要本文論述了錨桿注漿的重要作用及不同水灰的注漿液比對(duì)注漿質(zhì)量的影響，提出了采用較小水灰比的論據(jù)。文中還針對(duì)采用小水灰比注漿液所選用的注漿機(jī)具提出了建議。關(guān)鍵詞 錨桿注漿 水灰比 螺桿泵1前言在巖土錨固工程中錨桿的支護(hù)作用，除縫管儒桿、水漲錨桿等摩擦式錨桿及樹(shù)脂卷錨桿 外，多是通過(guò)在安裝孔內(nèi)注漿、待其硬化后在錨桿體與安裝孔間形成堅(jiān)實(shí)的注漿層而發(fā)揮出 來(lái)的。注漿就是以壓力的形式把液態(tài)水泥質(zhì)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(guò)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(shí), 一定壓力的注漿可以使注漿

2、體滲入地（巖）層的裂隙和縫隙中，提高錨桿周?chē)貙拥膹?qiáng)度和 力學(xué)指標(biāo)，從而起到固結(jié)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(duì)錨桿體起到隔離防護(hù)和防腐保護(hù)的效果。目前在錨桿的安裝施工中，采用純水泥注漿體己被國(guó)內(nèi)外大多數(shù)施工單位所接受，但水 泥漿的質(zhì)量直接影響到錨桿的錨固性能和永久性，其重要參數(shù)之一就是水泥漿液的水灰比（重 量比）。2水灰比對(duì)注漿體質(zhì)墨和錨固效果的影響中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)頒布的標(biāo)準(zhǔn)CECS22:2005巖土錨桿（索）技術(shù)規(guī)程中第8.4 .2 中有“宜選用水/灰比的純水泥漿”的敘述，而在一些有關(guān)錨固與注漿技術(shù)的書(shū)刊 中多推薦最適宜的水灰比為0.400.4

3、5【1】。筆者單位通過(guò)試驗(yàn)，并查閱了國(guó)內(nèi)外的有關(guān)資料， 認(rèn)為上述的注漿液的水灰比偏大，不適于錨桿的注漿，較大的水灰比的漿液雖有易于充填所 鉆孔中的裂隙的優(yōu)點(diǎn)，但其不利的弊端更多，主要是：大水灰比的注漿液固結(jié)后的強(qiáng)度比小水灰比注漿液固結(jié)后的強(qiáng)度低。美國(guó)專(zhuān)家Hyett 1992年在波特蘭（美國(guó)俄勒岡西北部港市）進(jìn)行了大量的水泥漿注漿試驗(yàn)，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù) 繪出了注漿體強(qiáng)度等與水灰比的關(guān)系，見(jiàn)圖1和圖2 圖1描述了隨著水灰比的增大，在28天中注漿體單向抗壓強(qiáng)度和變形系數(shù)都隨著降低。圖2給出了三種水灰比時(shí)的摩爾破壞包羅線(xiàn)，這個(gè)結(jié)果表明了用水灰比在035到0.4之 間注的漿的特性比那些水灰比超過(guò)0.5明顯的

4、要好。Hyett在試驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)，水灰比低于0.35時(shí)試驗(yàn)結(jié)果的數(shù)據(jù)的分散性明顯增加。其意即是 較理想的水灰比應(yīng)在0.35至0.4之間。35 0.360402045 O55(161圖1經(jīng)過(guò)28天注漿試驗(yàn)得出的水灰比與平均單向圖2水灰比與 壓縮強(qiáng)度a -MPa抗壓強(qiáng)度及變形系數(shù)的關(guān)系圖（2）大水灰比的注漿液凝固后的收縮率大，注漿體與鉆孔壁間易于產(chǎn)生縫隙，注漿體柱 本身在收縮時(shí)又會(huì)因拉應(yīng)力產(chǎn)生裂紋，這樣既會(huì)降低錨桿安裝后的抗拔力，又會(huì)因縫隙或裂 紋存在積水，加快倘桿體銹蝕。有試驗(yàn)表明，水泥漿中的水灰比在0.38時(shí)凝固后的收縮率僅為3. 6%,而水灰比在0.5時(shí) 的收縮率達(dá)6. 4%o（3）在向上安裝

5、錨桿作業(yè)中，注漿后卸下注漿接頭時(shí)，所注入的漿要從注漿孔和排氣孔 中漏掉一些（即使是卸下注漿接頭時(shí)立即用一個(gè)小塑料塞塞上注漿孔或是錨桿體的中空孔）， 這樣錨桿孔中的下部就會(huì)因漏漿而空掉一截，或是因下邊漏、上邊的漿下落使上邊局部形成 空隙，造成注漿不飽滿(mǎn)的缺陷，錨桿體上沒(méi)有被注漿體包裹著的部位就會(huì)早早被銹蝕。大水灰比的純水泥漿易于沉淀析水，在注漿作業(yè)中如不連續(xù)攪拌漿液，很可能在某一 時(shí)段將稀水注入儒桿孔，造成該根錨桿的失效。（5）大水灰比的注漿液很稀，注漿時(shí)操作工人的工作條件差，稀漿又噴又淋，往往弄的操 作工人一身一臉，影響到操作工人的身心健康。筆者認(rèn)為0.45： 1以上的大水灰比注漿液除在安裝邊

6、鉆邊注型的自進(jìn)式錨桿外不應(yīng)推薦采 用，而且應(yīng)取更小水灰比的注漿液，推薦的水灰比為水灰比（0.330.38）： 1,鉆孔中裂隙較 多時(shí)取大值，鉆孔時(shí)用高壓水清孔的取小值，對(duì)向上安裝的多重防腐錨桿注漿取小值，一般 在0.35左右時(shí)更是比較合適。以這個(gè)水灰比攪拌出的注漿體較稠，如用手抓一把，握在手上 再松開(kāi)拳，掌心朝下，注漿液會(huì)從手掌向下掛下來(lái)不會(huì)立即從拳心落下，以這個(gè)水灰比對(duì)錨 桿注漿，拆卸掉注漿接頭后注入錨桿孔內(nèi)的注漿液僅從注漿孔（或是排氣孔）中流淌出些許, 形狀象做奶油蛋糕時(shí)擠出的奶油，長(zhǎng)度10cm左右，就不再往外淌（若繼續(xù)往外淌則表示注漿 體水灰比過(guò)大，漿液偏稀），這樣就能使注漿飽滿(mǎn)，不會(huì)產(chǎn)

7、生空穴，注漿體固結(jié)后的收縮又小。3小水灰比漿液壓注方法2008年初在山東某工程施工現(xiàn)場(chǎng)的錨桿招標(biāo)前的錨桿安裝演示會(huì)上，筆者單位杭州圖強(qiáng) 工程材料有限公司除按招標(biāo)單位的要求作了規(guī)定的錨桿安裝演示外又作了 DCP多重防腐錨桿 的注漿演示，注漿前注漿液攪拌好后在場(chǎng)的工程總監(jiān)第一個(gè)伸手抓了一把注漿液，體驗(yàn)035 水灰比的物理感受，注漿完拆去注漿管時(shí)，注漿體不滴不冒，受到在場(chǎng)的業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工 和監(jiān)理單位以及同在現(xiàn)場(chǎng)演示的同行單位的贊賞與認(rèn)同。此外，對(duì)于帶波紋套管的多重防腐錨桿在向上孔安裝時(shí)，注漿液由錨桿外露端。259 : 經(jīng)實(shí)心錨桿體與波紋管內(nèi)壁的環(huán)狀空間自下往上注入，在注漿液還未涌出波紋套管日，似以

8、 套管內(nèi)外空間的空氣經(jīng)由波紋套管的外壁與鉆孔間的環(huán)狀空間，再?gòu)膲|板的排氣孔排出，見(jiàn) 圖3a）所示。當(dāng)注漿液開(kāi)始從波紋套管端II漫出時(shí)，注漿液就會(huì)在重力下跌落下來(lái)堵塞住排氣 孔，造成鉆孔內(nèi)的空氣排不盡或排不出的現(xiàn)象而影響到注漿飽滿(mǎn)度。在這種情況卜解決排氣 的傳統(tǒng)方法是在波紋管內(nèi)錨桿體上或是在波紋管外捆綁上一根細(xì)的塑料管，塑料管上端一直 與漲殼平齊，這樣在墊板上的排氣孔被跌落的注漿液堵塞后，上部的殛余氣體就可由塑料管 中排出。但對(duì)于這種在實(shí)心儒桿體外套有塑料波紋管的多重防腐錨桿，無(wú)論是實(shí)心儒桿體與 波紋套管之間還是波紋套管與鉆孔孔壁之間的空間都很小，在這兩個(gè)空間布置排氣管都會(huì)影 響到橫截面上注漿體

9、的完整圓環(huán)形狀，從而影響到錨桿的安裝強(qiáng)度和防腐性能，而且若排氣管放在波紋套管外，還會(huì)因安裝的環(huán)形空間小、塑料排氣管很難隨錨桿一起插入鉆孔中的情 況，使安裝無(wú)法進(jìn)行。但是，采用水灰比為0.30.35左右的小水灰比的注漿液就可解決這一 施工問(wèn)題。小水灰比的注漿液比較粘稠，當(dāng)注漿液漫出波紋套管后在壓力作用下一方面繼續(xù) 向上流動(dòng)充滿(mǎn)漲殼部件的空間，一方面要往下流淌，由于注漿液間的粘結(jié)力使其向下跌落要 有一段時(shí)間，此時(shí)泵持續(xù)泵出的后繼的漿液己推著要跌落尚未與后繼注漿液分離的注漿液一 起向下運(yùn)動(dòng)，因此就不太可能產(chǎn)生注漿液堵塞排氣孔造成注漿不飽滿(mǎn)的現(xiàn)象，見(jiàn)圖3bb)a)圖3多重防腐錨桿的注漿1 圍巖：2.漲

10、殼：3.實(shí)心錨桿體：4.注漿體：5.波紋管：6.波紋管外壁與鉆孔壁間的環(huán)狀空間：7.波紋管內(nèi)壁與實(shí)心錨桿體間的 環(huán)狀空間筆者單位用內(nèi)孔與鉆孔直徑相近的由兩半鋼管組成的注漿用胎具和透明塑料管分別作過(guò) 多次試驗(yàn)，驗(yàn)證了上述的論述。用透明塑料管試驗(yàn)可以直觀(guān)地看到注漿液在注漿過(guò)程中的流 動(dòng)情況以及在波紋套管與透明塑料管間的環(huán)狀空間中有無(wú)氣泡存在，用鋼管進(jìn)行注漿試驗(yàn)則 是在注漿體固結(jié)后察看在注漿體的任一截面上（用切割機(jī)切出）有無(wú)氣隙，試驗(yàn)取得了較好 的效果。圖4部分橫截面注漿情況的照片（圖中注漿體因從胎具中剝出易碎裂，用膠帶紙裹 住，局部有碎缺，不是氣泡所致）。圖4多重防腐錨桿注漿試驗(yàn)后注漿體斷面圖另外

11、筆者還注意到，南非一家從事地下礦業(yè)產(chǎn)品的公司DSI South Africa在互聯(lián)網(wǎng)上登錄的網(wǎng)頁(yè)3】?jī)?nèi)容的變化，2007年年底前，該公司網(wǎng)頁(yè)上DCP多重防護(hù)錨桿的技術(shù)參數(shù)中注漿的 水灰比是033-0.50 (Mix 0.33 to 0.50 W/C giout),但最近我再瀏覽該網(wǎng)頁(yè)時(shí)發(fā)現(xiàn)這一數(shù)據(jù)己 變了，變成了水灰比是0.33-0.35 (Mix 0.33 to 0.35 W/C grout),這就說(shuō)明，這家公司對(duì)借桿 注漿的漿液的水灰比也在不斷地研究與試驗(yàn)，找出的最佳水灰比是0.330.35。4選和適宜的注漿泵當(dāng)然任一事物都有其雙重性，水灰比低于0.38的水泥注漿液屬于較稠的漿液，流動(dòng)性差

12、、 粘著力強(qiáng)，易凝固，阻塞注漿管道，所以在注漿過(guò)程中要避免長(zhǎng)時(shí)間中斷。如停機(jī)時(shí)間超過(guò)4 分鐘，應(yīng)將注漿II對(duì)準(zhǔn)料斗開(kāi)機(jī)10-20秒，使?jié){液流動(dòng)循環(huán)，以防止?jié){液在管路中固結(jié)，最好 是在水泥注漿液中加入適量的緩凝劑，以增加漿液的流動(dòng)性能。因注漿液的流動(dòng)性差，用活 塞式或柱塞式注漿泵注漿己很難勝任，在這里筆者推薦使用螺桿式注漿泵(G型單螺桿泵，以 下簡(jiǎn)稱(chēng)為螺桿泵)。螺桿泵的工作原理是轉(zhuǎn)子是一個(gè)大導(dǎo)程大齒高和較小螺旋內(nèi)徑的螺桿，定子是與轉(zhuǎn)子相配 的雙頭螺線(xiàn)和螺套，這樣在轉(zhuǎn)子和定子之間形成了儲(chǔ)存介質(zhì)的空間。當(dāng)轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí), 介質(zhì)沿軸向由吸入端向排出端運(yùn)動(dòng)o螺桿泵的主要優(yōu)點(diǎn)是：輸送的介質(zhì)的粘度大，錨

13、桿注漿的純水泥漿的水灰比可允許0.30, 一般擠壓式注漿泵、 柱塞式注漿泵所輸送的純水泥漿的水灰比是30. 50。所以當(dāng)采用0.35的水灰比時(shí)，應(yīng)首選螺 桿式注漿泵。螺桿泵壓力恒定，而擠壓式注漿泵、柱塞式注漿泵的壓力是波動(dòng)的；雙級(jí)的螺桿泵的 輸出壓力是1.2MPa,適合于除邊鉆邊注儒桿以外的各類(lèi)錨桿的注漿作業(yè)。螺桿泵的定子與轉(zhuǎn)子接觸的螺旋封線(xiàn)將吸入腔與排出腔完全分開(kāi)，使泵具有閥門(mén)的隔 斷作用，而且有著泵停漿止的功能，這一功能在注漿作業(yè)時(shí)很重要。在注漿作業(yè)中當(dāng)注完一 根錨桿后將連在注漿機(jī)上的注漿軟管拆卸下時(shí)裝到另一根錨桿前的過(guò)程中，注漿出I I不會(huì)有 漿體噴出，既保持工作場(chǎng)所的環(huán)境和操作工人的整

14、潔，又節(jié)約了注漿液材料。螺桿泵的流 量與轉(zhuǎn)速成正比，借助改變泵的輸入轉(zhuǎn)速可方便地實(shí)現(xiàn)流量的調(diào)節(jié)。參考文獻(xiàn)1梁炯堅(jiān)，等.錨固與注漿技術(shù)手冊(cè).中國(guó)電力出版社，1999.2程良奎，等.巖土錨固.中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.3 Dr. Evert Hoek , Practical Rock Engineering-Rockbolts and cables, 1998.4 網(wǎng)址：.某水電站廠(chǎng)房后邊坡穩(wěn)定分析及處理設(shè)計(jì)石欽等（196）壓力分散型錨索不宜作為永久性錨索劉玉堂等（200）深圳新世界四季山水花園抗浮錨桿設(shè)計(jì)與試驗(yàn)王賢能等（205）武落鐘離山風(fēng)景區(qū)危巖加固方案的探討王平等（211）壓力型錨索錨固

15、力探討吳志剛等（217）樁頭預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)拉力及鎖定值的規(guī)劃求解劉代文等（223）預(yù)應(yīng)力錨固在喜河水電站表孔閘的應(yīng)用王毅嗚等（230）預(yù)應(yīng)力錨索在巖溶地區(qū)災(zāi)害治理中的應(yīng)用湯永福等（235）土體中擴(kuò)大頭壓力型預(yù)應(yīng)力錨索研究及工程應(yīng)用孫凱等（241）壓剪筒壓力分散型借索錨固工法孫學(xué)毅等（249）化學(xué)灌漿試驗(yàn)技術(shù)在錦屏一級(jí)電站工程中的應(yīng)用范光華（252）錨桿注漿體水灰比探討項(xiàng)小珍等（258）高強(qiáng)度大直徑預(yù)應(yīng)力錨桿在巳貢水電站的應(yīng)用徐方才等（262）壓力分散型錨索的施工工藝及質(zhì)量控制吳國(guó)華等（266）小灣水電站大噸位閘墩預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)黃中權(quán)等（271）長(zhǎng)河壩水電站導(dǎo)流洞進(jìn)I I邊坡破碎巖體錨索施工

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