葛藤坳水库锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆配合比设计

杨 峰，袁好好

(江西星光建设工程有限公司，南昌 330000)

0 引 言

岩土锚固工程中的锚杆支护一般以压力形式将液态水泥砂浆注入设置有锚杆的地层钻孔中，待浆液硬化后在注浆孔和锚杆体之间形成坚固注浆层。锚杆注浆所形成的锚固段能有效提升锚杆承载力和工后抗拔力，浆液在设计注浆压力的作用下深入地层裂隙，提升锚杆周围地层结构强度和力学指标，达到固结地层并提升地层承载力的效果；裹覆在锚杆体上的注浆层还起到隔离、防腐的保护锚杆体的作用。锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆取材方便，成本低廉，操作简便，在当前岩土工程锚杆安装施工方面应用广泛，工程实践证明，锚杆锚固性能和永久性主要受到水泥浆液配合比和质量的影响较大，但是《岩土锚杆技术规程》、《锚杆喷射混凝土支护技术规范》等现行规范对锚杆注浆水泥砂浆配合比的规定较为混乱，且对于砂浆强度等级、流动性表示、试配强度、性能试验方法等缺乏明确规定。为便于指导施工，保证注浆浆液配合比的合理性，文章以具体工程为例，并通过试验进行浆液水灰比和配合比分析，以便为类似工程提供借鉴参考。

1 工程概况

铜鼓县备用水源工程葛藤坳水库坝址位于铜鼓县城西大沩山林场附近，距铜鼓县城约16km，坝址以上控制流域面积8km2，主河道长7.1km，属于武宁水支流大感桥水流域。坝址地理位置为E114°14′59〃，N28°29′15〃，拟建坝顶高程371.74m，最大坝高37.44m；水库正常水位高程367.00m，总库容为97.3万m3，P=1%的校核洪水位为370.24m，水库P=5%的设计洪水位为369.51m。葛藤坳水库是一座以供水为主，兼防洪功能的小(2)型水库，主要建筑物包括：混凝土重力坝和输水涵管。枢纽工程等级为V级，永久性主要建筑物为V级，永久性次要建筑物为5级，设计洪水标准采用20a一遇，校核洪水标准采用100a一遇。大坝为现浇混凝土重力坝结构型式，由左侧非溢流坝、溢流坝和右侧非溢流组成，全长95.73m，大坝坐落基础为弱风化变质粉砂岩，地基承载力为2.0MPa。本工程支护工程主要为右岸坝肩部位开挖边坡的锚喷支护以及左右岸灌浆廊道洞口锁口锚杆与洞内锚喷支护。

2 原材料方面的要求

锚喷支护锚杆注浆用水泥砂浆主要用于全长黏结性锚杆，并由水泥、粒径≤2.5mm的中细砂、拌和用水、外加剂等所掺配而成，且水泥砂浆强度等级应至少为M20。

2.1 水泥

水泥必须使用强度等级32.5MPa以上的普通硅酸盐水泥或抗硫酸盐水泥，且其性能指标必须符合相关规范，不得使用高铝水泥。通常情况下，大坝坝肩锚喷支护锚杆注浆强度等级

2.2 砂、拌和用水

根据相关规范并结合本工程附近供料情况，锚喷支护锚杆注浆用水泥砂浆制备应采用粒径≤2.5mm的中细砂，并过筛后使用。拌和用水使用饮用水，且水质情况符合规范。

2.3 外加剂

本水库锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆使用控制砂浆泌水，提升浆体流动性，调整凝结时间，减少拌和用水量，促进浆液早强的外加剂，并严格按照规范进行外加剂形式的选择和质量控制，同时要求外加剂掺加后不能对钢筋材料造成腐蚀，不能影响和降低浆体黏结性能。外加剂掺量必须结合规范、通过试验确定。本水库锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆中主要掺加减水剂和膨胀剂，既能控制砂浆浆液泌水，降低水泥用量，又能使硬化后的砂浆略具膨胀性，提升砂浆浆体密实性和锚杆抗拔力，且减水剂和膨胀剂掺加后必须确保砂浆浆液中氯化物含量控制在水泥重量的0.1%以内。

3 水泥砂浆配合比设计

3.1 试配强度

GB50086-2001和CECS22:2005中并未规定锚杆注浆水泥砂浆试配强度，本水库锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆试配强度主要根据JGJ/T98-2010的规定进行计算，公式如下[2]：

fm,0=kf2

(1)

式中：fm,0水泥砂浆试配强度，MPa；k为强度系数；f2为水泥砂浆强度等级。

3.2 砂浆性能

当前相关规范对于岩土工程锚杆注浆水泥砂浆性能试验方法、养护条件、流动性评价、温度控制等的规定较为模糊，结合类似工程水泥砂浆配合比设计经验，本水库锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆性能试验主要参照JGJ/T98-2010的规定进行分析计算，公式如下[2]：

fm.cu=NU/A

(2)

式中：fm.cu锚杆注浆水泥砂浆立方体试件抗压强度，MPa；NU为水泥砂浆立方体试件破坏荷载，N；A为水泥砂浆立方体试件承压面积，mm2。

为保证锚喷支护锚杆注浆施工质量，水泥砂浆流动性必须符合要求，既不能因流动性过小而堵塞注浆管，又不能因流动性过大而造成离析，也即浆液必须具备良好的可泵性和密实性。结合施工经验，本水库采用流动度为锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆流动性的评价指标，并根据JC/T986-2005所规定的试验方法进行性能试验，且按250mm±10mm进行浆液流动度控制，以提升注浆施工效率，保证连续注浆，加快施工进度。

3.3 配合比设计方案

本水库锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆试配试验采用大感桥水流域河沙细骨料，并过2.5mm筛，细骨料含泥量2.6%，泥块含量0.7%，含水率0.1%，松散堆积密度1410kg/m3；水泥则选用工程就近H水泥厂的P.O42.5普通硅酸盐水泥，初凝和终凝时间分别为115min和186min，3d和28d抗折强度分别为5.1MPa和9.0MPa，30和28d抗压强度分别为21.9MPa和47.2MPa。

3.3.1 方案一

结合相关规范，按照1∶1-1∶2的重量比确定水泥和砂之比，并将水灰比控制在0.38-0.45范围内，锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆配合比试验结果详见表1所示。

表1 锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆配合比试验结果

续表1 锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆配合比试验结果

由表1试验结果可以看出，在设计配合比下水泥砂浆黏稠度偏小，且取值均在106mm以内；在不掺加减水剂的情况下，水泥砂浆流动性较差，普遍存在堵管现象，无法展开顺利施工。

3.3.2 方案二

按照1∶05-1∶2.25的重量比确定水泥和砂之比，砂浆流动度按250mm±10mm控制，水灰比按0.50-0.76控制，锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆配合比试验结果详见表2所示。

表2 锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆配合比试验结果

试验结果显示，随着砂灰比的增加，水灰比呈增大趋势，且当砂灰比<1.50时，随砂灰比的增加，拌和用水量减小，当砂灰比在1.50-2.25区间变动时，用水量趋于稳定。水泥砂浆28d抗压强度随水灰比的增大而呈下降趋势，这与规范所规定的水灰比决定水泥砂浆强度的规律相吻合[3]，且施工情况良好。为此，本水库锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆配合比设计应选择方案二。

4 结 论

综上，水库锚喷支护锚杆注浆水泥砂浆配合比设计的关键在于水灰比、灰砂比的确定，若水灰比过小则砂浆流动性和可注性差，黏稠度高，很容易发生堵管，不利于正常注浆施工；而水灰比过大，则会导致浆液离析，无法保证浆体密实度，浆体在凝结硬化时也容易发生收缩，导致浆体强度损失。灰砂比过小，则会增大水泥用量和施工乘本，而灰砂比过小，为保证水泥砂浆的流动性，必然需要较大的水灰比。