锚杆注浆施工工艺试验

锚杆注浆施工工艺试验第一章试验目的与适用范围1.1目的通过1∶1足尺模拟，验证锚杆注浆在Ⅳ级粉砂质泥岩中的可灌性、浆液扩散半径、锚固力时效曲线及界面剪应力分布，为后续3.2km隧道支护设计提供“注浆压力—注浆量—锚固力”三元定量关系，直接降低15%超耗系数。1.2适用范围本试验成果仅适用于“隧道初支φ25mm中空注浆锚杆＋速凝水泥—水玻璃双液浆”体系，岩性范围：单轴抗压强度15～35MPa、天然含水率8%～18%、RQD30%～60%。超出此区间须重新做试验段。第二章编制依据2.1强制性条文《GB500862015岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》第5.3.4条、第6.2.7条；《TB100032016铁路隧道设计规范》表7.2.3；《JGJ/T1822009锚杆锚固质量无损检测规程》附录C。2.2内部技术文件中铁X局企业标准Q/CRX2022《隧道注浆锚杆作业指导书》；X设计院20230315《X隧道第四系地层注浆参数建议书》。第三章试验准备3.1组织与职责试验组长：项目总工（一级建造师），全面负责数据真实性；试验副组长：试验室主任，负责原材料检测；浆液班长：持“建材试验工高级证”，负责浆液配比；记录员：2人，持“铁路试验员证”，24h旁站记录；安全员：1人，持“注册安全工程师”证，全程监控。3.2试验场地在隧道出口左侧30m处开挖9m×6m×5m试验洞，地面硬化20cm厚C25混凝土，设5‰排水坡，四周设1.2m高防护栏杆。3.3试验段地质自上而下：①粉质黏土1.2m；②强风化粉砂质泥岩3.5m；③中风化粉砂质泥岩≥10m。取芯RQD42%，天然含水率13.7%，黏粒含量26%，pH7.1，无侵蚀。3.4试验锚杆规格中空注浆锚杆φ25mm，壁厚5mm，材质Q345B，左旋外螺纹，螺距12.5mm，标准段长4m，杆体屈服荷载≥180kN，极限荷载≥260kN；配套止浆塞为三元乙丙橡胶，耐压≥5MPa。3.5钻孔设备YT28气腿式凿岩机，钻头φ42mm，合金柱齿，一次成孔；孔深4.2m（超深0.2m沉渣段），孔径42～45mm，孔向垂直岩面，外插角3°～5°。3.6浆液体系双液：A液42.5R普通硅酸盐水泥浆，水灰比0.45；B液水玻璃，模数2.4，浓度38Bé；A∶B体积比=1∶0.6，初凝25s，终凝3min，结石率98%，28d抗压强度≥22MPa。3.7试验仪器（1）SYB70/6型液压注浆泵，额定压力6MPa，流量0～70L/min，带数显压力表精度0.01MPa；（2）LVDT位移计，量程0～50mm，精度0.01mm，自动采集频率1Hz；（3）锚杆拉拔仪YCW100B，量程0～1000kN，精度0.1kN；（4）孔内彩色全景成像仪，像素1200万，可识别0.1mm裂隙；（5）无线温度—压力一体传感器，20～80℃，0～10MPa，采样间隔10s。3.8材料检测水泥：细度筛余1.2%，标准稠度用水量27%，安定性合格；水玻璃：密度1.38g/cm³，pH11.4，无絮凝；拌合水：饮用自来水，氯离子含量18mg/L，SO₄²⁻32mg/L；全部指标存档，编号C20230412～C20230415。第四章试验方案4.1试验变量采用“三因素三水平”正交表L9(3⁴)：因素A—注浆压力：2MPa、3MPa、4MPa；因素B—注浆量：30L、40L、50L；因素C—稳压时间：30s、60s、90s；共9组，每组3根平行杆，合计27根。4.2试验流程图场地测量→钻孔→清孔→安装锚杆→注浆→稳压→拔管→养护→拉拔→无损检测→剖面开挖→数据整理。4.3钻孔与清孔（1）孔位放样：全站仪极坐标法，误差≤20mm；（2）钻孔：低风压0.3MPa开孔，正常风压0.5MPa，每进尺1m吹孔一次；（3）清孔：高压风0.6MPa，风量≥3m³/min，时间≥30s，孔口无岩屑返出为止；（4）孔深验收：测绳＋铅锤，允许偏差0～+10cm，记录表签字确认。4.4锚杆安装（1）杆体居中：焊接φ6mm支架钢筋，每米1组，三点布置；（2）止浆塞位置：孔口以下0.3m，用扭矩扳手拧紧至30N·m；（3）排气管：φ8mmPVC管，插入孔底，外露20cm，弯头朝下防堵。4.5注浆作业（1）管路耐压试验：注浆前泵压5MPa，保压2min，压力降≤0.1MPa；（2）浆液搅拌：高速制浆机≥1200rpm，先加水后加水泥，搅拌时间≥30s，过筛网1mm；（3）注浆顺序：先A液单液洗孔5L，再双液同步注入，注浆速率控制在15L/min；（4）压力控制：分级升压，每级0.5MPa，稳压2min，终压达到设计值后进入稳压阶段；（5）结束标准：同时满足①稳压时间内进浆量≤1L/min；②注浆量达到设计值；③排气管返浆密度≥1.35g/cm³；（6）异常处理：若压力突升＞5MPa，立即停泵，间歇3min后再注，若仍无效，采用“注一段停一段”间歇注浆，间歇时间15min。4.6养护注浆结束后，孔口用湿麻袋覆盖，24h内不得敲击锚杆；环境温度25℃，相对湿度≥80%，养护72h后方可进行拉拔。4.7拉拔试验（1）设备标定：拉拔仪每年一次，系数1.02；（2）加载制度：GB50086附录F，分级加载0.1Nu→0.2Nu→0.3Nu→0.4Nu→0.5Nu→0.6Nu→0.8Nu→1.0Nu→1.2Nu（Nu为杆体极限荷载260kN），每级持荷3min，记录位移；（3）破坏判定：①锚杆拔断；②位移突增＞2mm且荷载下降＞5%；③岩体锥形破坏；（4）终止条件：达到1.2Nu或破坏，取两者先出现值；（5）数据修约：荷载精确到0.1kN，位移精确到0.01mm。4.8无损检测采用声波反射法，每根杆检测3次，取平均波速，若波速≥4.8km/s且波形一致，判定为Ⅰ类（饱满）；4.0～4.8km/s为Ⅱ类（局部缺陷）；＜4.0km/s为Ⅲ类（不饱满）。Ⅲ类必须补浆。4.9剖面开挖拉拔结束后，沿锚杆轴线垂直开挖1.0m×1.0m×4.2m探槽，实测浆脉厚度、扩散半径，拍照并绘制1∶20素描图。第五章数据记录与处理5.1原始记录采用“锚杆注浆试验原始记录表”QRXJ202304，含23项指标：孔号、孔深、注浆压力、注浆量、稳压时间、返浆密度、拉拔荷载、位移、破坏形态、波速、气温、湿度、记录人签字等。5.2数据校核现场记录→试验室主任复核→项目总工签字→扫描PDF上传OA，原始纸质版封存2年。5.3统计方法采用SPSS26.0进行三因素方差分析，显著性水平α=0.05，若P＜0.05，则认为该因素显著；再用Duncan法多重比较，给出最优组合。5.4成果输出（1）锚固力—注浆压力关系：F=52.3P+128.7（kN），相关系数R²=0.94；（2）浆液扩散半径：r=0.85√Q，Q为注浆量（L），r单位cm；（3）界面剪应力：τ=0.42P+0.18，MPa；（4）最优参数组合：注浆压力3MPa、注浆量40L、稳压60s，对应锚固力285kN，较2MPa组提高22%，较4MPa组仅降低3%，但可节省水泥15%，综合最优。第六章质量控制制度6.1原材料进场检验每批水泥≤200t、水玻璃≤50t为一检验批，若首次检验不合格，双倍复检，再不合格整批退场。6.2注浆过程旁站记录员全程旁站，每5min拍照一张，照片带水印时间、经纬度；若出现“注浆压力＞5MPa且进浆量＜0.5L/min”持续＞10min，必须启动“异常注浆预案”。6.3奖惩措施（1）数据造假：一经发现，对责任人罚款5000元/次，并调离试验岗位；（2）注浆量节约率＞10%，奖励班组2000元；（3）Ⅲ类锚杆比例＞5%，罚班组1000元/根，并补浆费用自付。第七章安全与环保7.1危险源清单高压注浆、粉尘、噪声、水泥灼伤、水玻璃腐蚀、台车倾覆。7.2防控措施（1）注浆泵设5MPa安全阀，每周标定；（2）操作人员戴护目镜、防碱手套，穿雨靴；（3）水泥罐设防尘布袋，PM10≤0.5mg/m³；（4）废浆集中收集，pH调节至6～9后回用，禁止外排；（5）夜间作业≤55dB，超分贝立即停止。7.3应急预案（1）爆管：立即停泵→关闭阀门→人员撤离至5m外→更换高压软管；（2）人员灼伤：清水冲洗15min→2%碳酸氢钠中和→送医；（3）岩壁突水：启动“突水应急”，拉响警报→撤离→反压回填砂袋。第八章试验成果应用与验证8.1参数植入设计将最优组合写入《X隧道支护设计变更通知单》第03号：注浆压力3MPa、注浆量40L、稳压60s，锚杆间距1.2m×1.2m，梅花形布置。8.2现场验证2023年5月10—20日，在K2+100～K2+200段应用，共施工锚杆1120根，注浆超耗系数由1.35降至1.18，节约水泥42t，直接经济效益6.3万元；拉拔抽检56根，平均锚固力278kN，变异系数7.8%，满足设计要求≥250kN。8.3经验反馈（1）粉砂质泥岩裂隙＞0.4mm时，注浆量需增加10%；（2）孔口返浆密度监测可提前30s预判注满程度；（3）夏季高温（＞30℃）时，水玻璃浓度下调至36Bé，可延长初凝至35s，便于操作。第九章常见问题与排错指南9.1注浆压力上不去原因：①管路泄漏；②止浆塞未拧紧；③裂隙贯通空腔。排查：用红墨水试漏→紧固接头→二次复钻→加早强剂。9.2锚固力离散大原因：①孔深不足；②浆液析水；③杆体偏斜。排查：测绳复测→降低水灰比0.4→加对中支架。9.3返浆密度低原