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1、锚杆注浆体水灰比探讨邱正兴王勇（杭州图强工程材料有限公司）摘要本文论述了锚杆注浆的重要作用及不同水灰的注浆液比对注浆质量的影响，提出了采用较小水灰比的论据。文中还针对采用小水灰比注浆液所选用的注浆机具提出了建议。关键词 锚杆注浆 水灰比 螺杆泵1前言在岩土锚固工程中锚杆的支护作用，除缝管儒杆、水涨锚杆等摩擦式锚杆及树脂卷锚杆 外，多是通过在安装孔内注浆、待其硬化后在锚杆体与安装孔间形成坚实的注浆层而发挥出 来的。注浆就是以压力的形式把液态水泥质浆体以一定的压力注入到安装有锚杆的地（岩） 层钻孔中的施工过程。锚杆注浆形成的锚固段提高了锚杆的承载力和安装后的抗拔力。同时, 一定压力的注浆可以使注浆
2、体渗入地（岩）层的裂隙和缝隙中，提高锚杆周围地层的强度和 力学指标，从而起到固结地（岩）层、提高地（岩）层承载力的作用。此外包裹在锚杆体上 的注浆层还对锚杆体起到隔离防护和防腐保护的效果。目前在锚杆的安装施工中，采用纯水泥注浆体己被国内外大多数施工单位所接受，但水 泥浆的质量直接影响到锚杆的锚固性能和永久性，其重要参数之一就是水泥浆液的水灰比（重 量比）。2水灰比对注浆体质墨和锚固效果的影响中国工程建设标准化协会颁布的标准CECS22:2005岩土锚杆（索）技术规程中第8.4 .2 中有“宜选用水/灰比的纯水泥浆”的叙述，而在一些有关锚固与注浆技术的书刊 中多推荐最适宜的水灰比为0.400.4
3、5【1】。笔者单位通过试验，并查阅了国内外的有关资料， 认为上述的注浆液的水灰比偏大，不适于锚杆的注浆，较大的水灰比的浆液虽有易于充填所 钻孔中的裂隙的优点，但其不利的弊端更多，主要是：大水灰比的注浆液固结后的强度比小水灰比注浆液固结后的强度低。美国专家Hyett 1992年在波特兰（美国俄勒冈西北部港市）进行了大量的水泥浆注浆试验，依据试验数据 绘出了注浆体强度等与水灰比的关系，见图1和图2 图1描述了随着水灰比的增大，在28天中注浆体单向抗压强度和变形系数都随着降低。图2给出了三种水灰比时的摩尔破坏包罗线，这个结果表明了用水灰比在035到0.4之 间注的浆的特性比那些水灰比超过0.5明显的
4、要好。Hyett在试验中也发现，水灰比低于0.35时试验结果的数据的分散性明显增加。其意即是 较理想的水灰比应在0.35至0.4之间。35 0.360402045 O55(161图1经过28天注浆试验得出的水灰比与平均单向图2水灰比与 压缩强度a -MPa抗压强度及变形系数的关系图（2）大水灰比的注浆液凝固后的收缩率大，注浆体与钻孔壁间易于产生缝隙，注浆体柱 本身在收缩时又会因拉应力产生裂纹，这样既会降低锚杆安装后的抗拔力，又会因缝隙或裂 纹存在积水，加快倘杆体锈蚀。有试验表明，水泥浆中的水灰比在0.38时凝固后的收缩率仅为3. 6%,而水灰比在0.5时 的收缩率达6. 4%o（3）在向上安装
5、锚杆作业中，注浆后卸下注浆接头时，所注入的浆要从注浆孔和排气孔 中漏掉一些（即使是卸下注浆接头时立即用一个小塑料塞塞上注浆孔或是锚杆体的中空孔）， 这样锚杆孔中的下部就会因漏浆而空掉一截，或是因下边漏、上边的浆下落使上边局部形成 空隙，造成注浆不饱满的缺陷，锚杆体上没有被注浆体包裹着的部位就会早早被锈蚀。大水灰比的纯水泥浆易于沉淀析水，在注浆作业中如不连续搅拌浆液，很可能在某一 时段将稀水注入儒杆孔，造成该根锚杆的失效。（5）大水灰比的注浆液很稀，注浆时操作工人的工作条件差，稀浆又喷又淋，往往弄的操 作工人一身一脸，影响到操作工人的身心健康。笔者认为0.45： 1以上的大水灰比注浆液除在安装边
6、钻边注型的自进式锚杆外不应推荐采 用，而且应取更小水灰比的注浆液，推荐的水灰比为水灰比（0.330.38）： 1,钻孔中裂隙较 多时取大值，钻孔时用高压水清孔的取小值，对向上安装的多重防腐锚杆注浆取小值，一般 在0.35左右时更是比较合适。以这个水灰比搅拌出的注浆体较稠，如用手抓一把，握在手上 再松开拳，掌心朝下，注浆液会从手掌向下挂下来不会立即从拳心落下，以这个水灰比对锚 杆注浆，拆卸掉注浆接头后注入锚杆孔内的注浆液仅从注浆孔（或是排气孔）中流淌出些许, 形状象做奶油蛋糕时挤出的奶油，长度10cm左右，就不再往外淌（若继续往外淌则表示注浆 体水灰比过大，浆液偏稀），这样就能使注浆饱满，不会产
7、生空穴，注浆体固结后的收缩又小。3小水灰比浆液压注方法2008年初在山东某工程施工现场的锚杆招标前的锚杆安装演示会上，笔者单位杭州图强 工程材料有限公司除按招标单位的要求作了规定的锚杆安装演示外又作了 DCP多重防腐锚杆 的注浆演示，注浆前注浆液搅拌好后在场的工程总监第一个伸手抓了一把注浆液，体验035 水灰比的物理感受，注浆完拆去注浆管时，注浆体不滴不冒，受到在场的业主、设计、施工 和监理单位以及同在现场演示的同行单位的赞赏与认同。此外，对于带波纹套管的多重防腐锚杆在向上孔安装时，注浆液由锚杆外露端。259 : 经实心锚杆体与波纹管内壁的环状空间自下往上注入，在注浆液还未涌出波纹套管日，似以
8、 套管内外空间的空气经由波纹套管的外壁与钻孔间的环状空间，再从垫板的排气孔排出，见 图3a）所示。当注浆液开始从波纹套管端II漫出时，注浆液就会在重力下跌落下来堵塞住排气 孔，造成钻孔内的空气排不尽或排不出的现象而影响到注浆饱满度。在这种情况卜解决排气 的传统方法是在波纹管内锚杆体上或是在波纹管外捆绑上一根细的塑料管，塑料管上端一直 与涨壳平齐，这样在垫板上的排气孔被跌落的注浆液堵塞后，上部的殛余气体就可由塑料管 中排出。但对于这种在实心儒杆体外套有塑料波纹管的多重防腐锚杆，无论是实心儒杆体与 波纹套管之间还是波纹套管与钻孔孔壁之间的空间都很小，在这两个空间布置排气管都会影 响到横截面上注浆体
9、的完整圆环形状，从而影响到锚杆的安装强度和防腐性能，而且若排气管放在波纹套管外，还会因安装的环形空间小、塑料排气管很难随锚杆一起插入钻孔中的情 况，使安装无法进行。但是，采用水灰比为0.30.35左右的小水灰比的注浆液就可解决这一 施工问题。小水灰比的注浆液比较粘稠，当注浆液漫出波纹套管后在压力作用下一方面继续 向上流动充满涨壳部件的空间，一方面要往下流淌，由于注浆液间的粘结力使其向下跌落要 有一段时间，此时泵持续泵出的后继的浆液己推着要跌落尚未与后继注浆液分离的注浆液一 起向下运动，因此就不太可能产生注浆液堵塞排气孔造成注浆不饱满的现象，见图3bb)a)图3多重防腐锚杆的注浆1 围岩：2.涨
10、壳：3.实心锚杆体：4.注浆体：5.波纹管：6.波纹管外壁与钻孔壁间的环状空间：7.波纹管内壁与实心锚杆体间的 环状空间笔者单位用内孔与钻孔直径相近的由两半钢管组成的注浆用胎具和透明塑料管分别作过 多次试验，验证了上述的论述。用透明塑料管试验可以直观地看到注浆液在注浆过程中的流 动情况以及在波纹套管与透明塑料管间的环状空间中有无气泡存在，用钢管进行注浆试验则 是在注浆体固结后察看在注浆体的任一截面上（用切割机切出）有无气隙，试验取得了较好 的效果。图4部分横截面注浆情况的照片（图中注浆体因从胎具中剥出易碎裂，用胶带纸裹 住，局部有碎缺，不是气泡所致）。图4多重防腐锚杆注浆试验后注浆体断面图另外
11、笔者还注意到，南非一家从事地下矿业产品的公司DSI South Africa在互联网上登录的网页3】内容的变化，2007年年底前，该公司网页上DCP多重防护锚杆的技术参数中注浆的 水灰比是033-0.50 (Mix 0.33 to 0.50 W/C giout),但最近我再浏览该网页时发现这一数据己 变了，变成了水灰比是0.33-0.35 (Mix 0.33 to 0.35 W/C grout),这就说明，这家公司对借杆 注浆的浆液的水灰比也在不断地研究与试验，找出的最佳水灰比是0.330.35。4选和适宜的注浆泵当然任一事物都有其双重性，水灰比低于0.38的水泥注浆液属于较稠的浆液，流动性差
12、、 粘着力强，易凝固，阻塞注浆管道，所以在注浆过程中要避免长时间中断。如停机时间超过4 分钟，应将注浆II对准料斗开机10-20秒，使浆液流动循环，以防止浆液在管路中固结，最好 是在水泥注浆液中加入适量的缓凝剂，以增加浆液的流动性能。因注浆液的流动性差，用活 塞式或柱塞式注浆泵注浆己很难胜任，在这里笔者推荐使用螺杆式注浆泵(G型单螺杆泵，以 下简称为螺杆泵)。螺杆泵的工作原理是转子是一个大导程大齿高和较小螺旋内径的螺杆，定子是与转子相配 的双头螺线和螺套，这样在转子和定子之间形成了储存介质的空间。当转子在定子内运转时, 介质沿轴向由吸入端向排出端运动o螺杆泵的主要优点是：输送的介质的粘度大，锚
13、杆注浆的纯水泥浆的水灰比可允许0.30, 一般挤压式注浆泵、 柱塞式注浆泵所输送的纯水泥浆的水灰比是30. 50。所以当采用0.35的水灰比时，应首选螺 杆式注浆泵。螺杆泵压力恒定，而挤压式注浆泵、柱塞式注浆泵的压力是波动的；双级的螺杆泵的 输出压力是1.2MPa,适合于除边钻边注儒杆以外的各类锚杆的注浆作业。螺杆泵的定子与转子接触的螺旋封线将吸入腔与排出腔完全分开，使泵具有阀门的隔 断作用，而且有着泵停浆止的功能，这一功能在注浆作业时很重要。在注浆作业中当注完一 根锚杆后将连在注浆机上的注浆软管拆卸下时装到另一根锚杆前的过程中，注浆出I I不会有 浆体喷出，既保持工作场所的环境和操作工人的整
14、洁，又节约了注浆液材料。螺杆泵的流 量与转速成正比，借助改变泵的输入转速可方便地实现流量的调节。参考文献1梁炯坚，等.锚固与注浆技术手册.中国电力出版社，1999.2程良奎，等.岩土锚固.中国建筑工业出版社，2003.3 Dr. Evert Hoek , Practical Rock Engineering-Rockbolts and cables, 1998.4 网址：.某水电站厂房后边坡稳定分析及处理设计石钦等（196）压力分散型锚索不宜作为永久性锚索刘玉堂等（200）深圳新世界四季山水花园抗浮锚杆设计与试验王贤能等（205）武落钟离山风景区危岩加固方案的探讨王平等（211）压力型锚索锚固
15、力探讨吴志刚等（217）桩头预应力锚索设计拉力及锁定值的规划求解刘代文等（223）预应力锚固在喜河水电站表孔闸的应用王毅呜等（230）预应力锚索在岩溶地区灾害治理中的应用汤永福等（235）土体中扩大头压力型预应力锚索研究及工程应用孙凯等（241）压剪筒压力分散型借索锚固工法孙学毅等（249）化学灌浆试验技术在锦屏一级电站工程中的应用范光华（252）锚杆注浆体水灰比探讨项小珍等（258）高强度大直径预应力锚杆在巳贡水电站的应用徐方才等（262）压力分散型锚索的施工工艺及质量控制吴国华等（266）小湾水电站大吨位闸墩预应力锚索施工技术黄中权等（271）长河坝水电站导流洞进I I边坡破碎岩体锚索施工技术陈军龙等（274）深井高地压大变形围岩巷道支护技术及锚杆设计王亚杰（277）4边坡加固与滑坡治理三峡船闸高强锚杆的应用与研究陈孝英（291）锦屏一级水电站大吨位超长预应力锚索施工实践余江洪等（298）浅析丽龙高速公路某滑坡特征及治理措施何昌平等（302）滑动边坡治理工程的施工方法肖喜斌（307）高速公路某标段高边坡治理工程实践张志勇等（312）陕西铜黄高速公路老窑子古滑坡体综合治理侯延华等（316）预应力锚索挡板墙在高大填方边坡治理中的应用李四全等（322）某滑坡治理工程方案比选与论证分析李丽等（329）城市垃圾回填高边坡的加固措施及施工方案的探讨王润等（33
