锚杆框格梁施工在南水北调工程膨胀岩处理中的应用

李朗聆

（中国水电建设集团第十五工程局有限公司 陕西 西安 710065）

1 引言

南水北调中线一期工程总干渠沿线涉及到膨胀（岩）土问题的渠段较长，涉及范围广、条件复杂，任何局部的边坡失稳、衬砌结构的破坏都将可能影响渠道正常输水。安阳段是南水北调中线一期工程总干渠Ⅳ渠段（黄河北～漳河南段）的组成部分，位于该渠段的末端。全渠段总长40.262km，其中设计桩号 AY31+780～AY33+130，AY33+580～AY33+780，AY34+215～AY34+946段，渠道以半挖半填为主，底部为强膨胀的粘土岩，上部有黄土状中壤土及卵石覆盖。前期设计处理方案为换填2.5m厚粘性土，为确保膨胀岩渠段的施工质量，后期新增加了土锚杆+混凝土框格梁的加固措施。

2 锚杆框格梁结构设计特点

框格梁采用C20钢筋混凝土，设置在换填粘土内部，梁上顶面与换填粘性土上顶面相平，框格梁纵、横断面尺寸均为0.3m×0.5m（宽×高），纵横梁间距均为2.0m，沿水流方向,每16m为一单元。横梁沿渠坡设置垂直高度为4.5m,渠底沿坡脚向中心线设置4.0m。每一纵向梁与横向梁交叉点设置一根土锚杆,方向垂直于换填面。土锚杆采用Φ28二级钢筋、长9m、设计孔径60mm。

3 锚杆框格梁施工的技术难点

根据渠道断面设计，一级马道下边坡为1:2～1:3，边坡施工钻机固定难度大，且施工工期紧，同时框格梁锚杆加固在安阳段是第一次实施，可供借鉴的经验不多，施工方法及工艺需要摸索。

相较于其他支护形式，锚杆是一种主动支护体，即潜在滑移土体尚未产生变形时即作用于该土体，对减少滑移土体变形起到至关重要的作用。因此，锚杆施工质量显得尤为重要。锚杆施工根据其工艺流程可分为成孔、锚杆制作及安装、注浆、框格梁开挖、钢筋混凝土施工等环节，下面主要针对该几个环节在施工中遇到的难点进行讨论，并根据施工实践对各难点提出相应对策。

3.1 锚杆成孔

目前国内应用最广泛的锚杆成孔工艺为潜孔钻成孔（干作业法）、回转钻成孔（湿作业法），前者适用于无水的风化岩、残积土层成孔，后者适合于各类土层中成孔。本工程采用潜孔钻成孔法。

在钻孔过程中应根据地质情况控制进尺速度，对回填压实土层、卵石层和砂层则应采用慢转速慢钻进；当由硬地层钻到软地层时,可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时,要减速慢进，避免卡钻及损坏钻杆；在易缩径的地层中,应适当增加扫孔次数,防止缩径。

3.2 卡钻

对于潜孔钻卡钻的原因主要有两个方面：一是围岩裂隙发育、岩体破碎，成孔过程中碎岩块塌落；二是风化岩中含较多大粒径的石英砂砾，空压机送风难以将碎屑吹出导致碎屑堆积。

当设计锚杆长度较大时，钻杆由于接长在自重作用下本身产生一定挠曲，这种挠曲非常容易导致埋钻。

卡钻可导致钻机动力设备停机，由于处理烦琐，大幅降低工效，处理不及时还有可能导致整套钻具被埋置无法取出，造成较大的经济损失，技术上还因为埋置钻具的障碍，导致该处锚杆无法按设计孔位施钻。

潜孔钻在通过破碎基岩时，钻进速度宜慢，每钻进30cm～50cm即拔管后退，多次反复清理孔壁，使孔壁围岩趋于稳定。另采用大功率空压机，使孔内保持较大风量及风压，利于岩屑的清除，防止渣土的堆积。

3.3 锚杆制作安装

锚杆对中支架应根据杆材选用，在锚杆上每隔2m焊接一个，对中支架直径比成孔直径小4cm～6cm，对中支架安装应牢固不易脱落，以确保注浆时杆材为浆体包裹。入孔时锚杆角度与钻孔倾角保持一致，不得任意扭转杆体，使安好后的杆体始终处于钻孔中心。锚杆上部60cm(包括15cm弯钩)由于处于框格梁混凝土中，注浆前采用胶带缠绕保护，待框格梁开挖成型浇筑混凝土前清除干净，有效保护钢筋不受损坏。

3.4 锚杆注浆及拉拔

注浆效果直接影响到锚杆的抗拔力。施工中注浆的控制要点为浆体水灰比，注浆压力及注浆饱满度。砂浆配合比的主要参数通过工艺试验确定。

按照《水利水电工程锚喷支护技术规范》(SL 377-2007)5.2.1第2条要求，灰：砂=1∶1～1∶2，灰∶水 =1∶0.38～1∶0.45间选取。水泥砂浆配合比以《水工混凝土试验规程》（SL352-2006）附录B水工砂浆配合比设计方法，按照水灰比0.45，灰砂比1∶1.3、1∶1.54、1∶1.69系列配合比进行了试验，锚杆砂浆试验配合比详见表1。

表1 锚杆砂浆试验施工配合比（水灰比0.45）

表2 锚杆砂浆试验配合比（水灰比0.45）的施工性能参数

锚杆砂浆试验配合比（水灰比0.45）的施工性能参数见表2。

锚杆砂浆的龄期均大于9天后进行锚杆拉拔力试验，7天水泥锚杆砂浆（同条件养护）的强度均大于设计强度0.9倍，即22.5MPa，拉拔时的瞬时最大拉拔力在137kN～140kN之间，满足设计要求。为了监测锚杆位移，使用DS32自动安平水准仪测量，经测量锚杆顶部在未卸压五分钟的垂直位移量与90kN时的垂直位移量相比，均为0mm，试验的位移量均满足有关要求。因此，从便于施工满足可灌性保水性指标要求考虑，使用水灰比0.45不变，灰砂比为1:1.5的配合比。

3.5 框格梁施工

框格梁基础开挖均为回填粘土，为保证设计尺寸的准确性，需采用人工进行开挖，设计梁垂直于坡面。施工人员必须站在梁内进行洋镐开凿和铁锨修面才能施工，且纵梁上部形成倒坡，易悬空坍塌，开挖完成后应及时进行钢筋绑扎及混凝土浇筑，防止雨水造成开挖成型沟槽坍塌。

由于框格梁采用地膜，因此在绑扎钢筋时需注意钢筋对地膜的破坏。且需采用与混凝土同标号的混凝土保护层垫块把钢筋固定在地膜中。在钢筋安装完毕后，为防止边坡框格梁浇筑时淤堵总干渠纵向集水暗管，需在集水暗管穿框格梁处预埋管径200mm的UPVC管，集水暗管从UPVC管内穿过。

混凝土浇筑采用铁皮溜槽，人工配合入仓。浇筑混凝土前，从马道路面边缘搭设铁皮溜槽至坡面中部，设计为活接头，人工纵向移动以覆盖更多的仓面，局部覆盖不到部位用人工填补。

4 结语

土层锚杆支护体系经大量的工程实践检验，证明其是安全可靠的。南水北调中线安阳段膨胀岩加固处理锚杆施工中，通过创新加工及工艺试验，得到了指导施工的正确参数和成熟的施工方法及工艺流程，提高了施工效率，降低了施工成本。通过在实践中不断总结经验，改良工艺，锚杆框格梁施工在安阳段膨胀岩加固处理中已大规模展开施工，各项技术成熟稳定，完成的工程质量均满足要求。陕西水利

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