防冻剂砂浆锚杆在高寒地区施工应用

防冻剂砂浆锚杆在高寒地区施工应用

安方辉1邱海军2常斌3

1.2.3.黑河黄藏寺水利枢纽工程建设管理中心甘肃兰州730000

摘要：高寒地区（年平均气温0.7℃，年最低气温―31.1℃），坝区低温时段长，每年的9月至次年5月为冰冻期，冰冻时间较长。为了保证施工质量和施工工期，边坡锚杆支护施工在原有砂浆锚杆施工工艺的基础上，添加高效防冻剂来保障砂浆锚杆中砂浆在0℃到-15℃的负温环境中正常水化，降低冰点，提高砂浆在负温下的抗冻性能，使砂浆的早期强度提高80%以上，后期强度不降低，从而保证在负温条件和正常温度条件下强度相同，符合设计的要求。通过28天的龄期（设计边坡锚杆拉拔力为80KN），现场随机抽取了2组掺加防冻剂的锚杆拉拔力为86.1KN、82.3KN，超出设计拉拔力的107.6%、102.9%，均超过设计拉拔力的满足设计要求。希望本文可以对高寒地区低温条件下施工提供一定技术上的参考。

关键词：高寒地区；掺加防冻剂；锚杆施工

工程地处高寒地区（年平均气温0.7℃，年最低气温―31.1℃），坝区低温时段长，每年的9月至次年5月为冰冻期，冰冻时间较长。边坡开挖施工过程中需采用边开挖跟紧支护的原则，才能保证边坡开挖的稳定。为了保证施工质量和施工工期，确保砂浆锚杆在低温条件下（0~-15°）能够正常施工，符合设计监理验收的需要，在项目冬季锚杆支护施工中采用了添加高效防冻剂来保障砂浆锚杆施工生产的实际问题。

1.锚杆施工内容与方法

1.1锚杆施工

采用的砂浆锚杆为：先插锚杆后注浆施工的方式。

测量定孔位→钻孔→清洗钻孔→安装锚杆（附带进浆管和排气管）→孔口处理→注浆→检测

锚杆施工方法

（1）测量定孔位

根据施工图布置的钻孔位置进行孔位测量定位，按设计孔位用红漆标出。

（2）钻孔

1)采用YT-28手风钻、D7钻机钻孔。当孔深大于6m时，采用D7锚杆钻机钻孔，当孔深小于6m时，采用YT28手风钻钻孔。其孔位误差、孔深误差、钻孔偏差角度等按规范要求进行控制。

2）锚杆孔的开孔按施工图纸布置的钻孔位进行，其孔位偏差不大于100mm。

3）锚杆孔的孔轴方向满足施工图纸的要求，局部加固锚杆的孔轴方向与可能滑动面的倾向相反，其与滑动面的交角大于45°。

4）锚杆孔深度必须达到施工图纸的规定，孔深偏差值不大于50mm。

5）钢筋外露长度偏差不大于50mm。

（3）清洗钻孔

钻孔结束后，孔内积水和岩粉用高压风（或高压水）将孔壁吹洗干净，验收合格后方可进入下一道工序。

（4）锚杆安装

先注浆的锚杆，在钻孔内注满浆后立即插杆；后注浆的锚杆，在锚杆安装后立即进行注浆。

（5）锚杆的注浆

1）锚杆注浆的水泥砂浆配合比，在以下规定的范围内通过试验选定：

水泥：砂，1：1～1：2（重量比）；

水泥：水，1：0.38～1：0.45。

2）锚杆注浆采用GS3EB型注浆机，将注浆管插入孔底，由里向外进行注浆，并随注浆压力缓缓向孔外抽出注浆管，注浆达到要求后，停止注浆并立即采用人工插入锚杆。

1.2添加防冻剂锚杆施工

1.2.1防冻原材料性能试验

防冻剂材料性能试验

(1)材料特性

a、外观：浅灰色或黑色粉状材料。

b、固体含量：大于90%。

(2)使用方法

a、搅拌时将防冻剂、砂、水泥同时加入注浆机内先干拌均匀，再加水搅拌，搅拌时间常规延长50%。

b、混凝土宜用硅酸盐普通水泥拌制，拌合水可加热至40-60℃，浇筑后的混凝土不应低于5℃。

c、养护时间不得少于七天。如中途遇到寒流袭击，应立即采取保温或加热措施。

d、防冻剂应储存在仓库内，防止受潮，如发现黏块，应先粉碎，并通过孔径为0.6mm的筛后使用。

锚杆注浆施工

1)室外温度的测量，确定防冻剂的掺量。

施工前先用温度计对现场温度进行测量，确定好室外温度后再根据防冻剂的参数，高效防冻剂掺量：当天室外温度–2.6℃，确定防冻剂掺量水泥量的3%。

2)锚杆注浆施工

锚杆安装完成后开始进行锚杆注浆施工，注浆时，按照施工所配置的配合比和防冻剂的掺量并放入注浆机内进行拌合，注浆机搅拌均匀后，注浆机压力达到1.5MPa后打开注浆机阀门后连接注浆软管将掺有防冻剂的水泥砂浆注入锚杆孔内。注浆时，注浆管先插入孔底，然后按照50cm~100cm开始注入水泥砂浆，注浆管随着砂浆的注入缓慢均匀拔出，使孔内填满砂浆，最后再用高标号的砂浆将锚杆孔封住。

砂浆锚杆进浆管，直径为DN20mm的PVC管，长度根据锚杆长度而定，一般长度比锚杆长度50cm。

锚杆注浆压力：锚杆注浆压力初步定为1.50Mpa，根据注浆管的上升高度和注浆管的输送距离进行调整。

2.试验结果及讨论

2.1砂浆分组取样

施工时对砂浆锚杆所配置的水泥砂浆进行取样，检测水泥砂浆的强度，对掺有防冻液的砂浆和常规砂浆各取2组，加防冻剂的在施工作业面同条件养护2组，其余2组存放实验室，进行7天和28天的强度检测。

2.2砂浆试压强度检测

在进行锚杆注浆施工过程中，制作了3组注浆所用的掺加防冻剂的水凝砂浆试块，分别进行7天、28天的试块抗压强度检测，试块压实强度检测如下：

在7天的砂浆试块，在同条件养护下强度为24MPa，达到设计强度的96%，28天的砂浆试块，在同条件养护下强度为28MPa、32.2MPa，达到设计强度的112%、129%，均达到设计强度。

现场注浆取样添加防冻剂试块（龄期28天）抗压强度为32.2MPa，不添加防冻剂试块（龄期28天）抗压强度为40.3Mpa。

2.3锚杆拉拔力检测

通过28天的龄期（设计边坡锚杆拉拔力为80KN），现场随机抽取了2组掺加砂浆锚杆和1组未掺加防冻剂的砂浆锚杆进行拉拔力试验；通过试验未掺假防冻剂的锚杆拉拔力为81.2KN，超出设计拉拔力的100.2%；掺加防冻剂的锚杆拉拔力为86.1KN、82.3KN，超出设计拉拔力的107.6%、102.9%，均超过设计拉拔力的满足设计要求。

2.3影响支护施工时段

高寒高海拔地区，常规的锚杆施工在11月底至4月中旬，因受温度影响而暂停施工，由于在砂浆锚杆施工过程中添加防冻剂施工，气温达到最低-15℃时，还可进行锚杆注浆施工，当气温达到-15℃时施工时段可以延长到2～3个月，施工中锚杆施工可以延长2～3个月。

3.控制措施

3.1质量控制措施

锚杆注浆施工过程时，支护材料必须选用符合规范要求的材料并严格按照施工图纸要求进行制作，

已完成的锚杆孔安装前须仔细量测孔深、孔的角度，不合格的孔不得安装锚杆。锚杆在安装及注浆过程中值班技术员必须全过程旁站，。

注浆前，按规范要求进行调整注浆机的注浆压力和锚杆孔内注浆所需的时间，注浆锚杆注浆压力必须达到设计要求。

锚杆安装后，在水泥砂浆强度未达到设计强度签，严禁敲击、碰撞和牵拉。

水泥砂浆要随伴随用，倘因停歇时间过久，砂浆已经初凝，则必须作废料处理。在任何情况下严禁将已初凝的砂浆加水重新拌和。

注浆完成的砂浆锚杆养护时间不得少于七天。如中途遇到寒流袭击，应立即采取保温或加热措施。

3.2安全措施

（1）进入施工现场所有的监理人员、试验人员、施工人员必须正确佩戴安全防护设施；

（2）现场所有施工设备和试验设备均符合现场安全用电需要；

（3）现场试验人员和施工人员必须提前在进行技术交底和现场安全交底后进行试验；

（4）现场试验前先将坡面松动的岩石进行清除，将现场试验的脚手架和作业平台进行稳固搭设，脚手架外侧护栏安全必须无缝搭设，确认没有安全隐患的前提下进行试验；

（5）试验人员和施工人员在上脚手架平台超过2m，必须正确佩戴安全带后方可进行试验；

（6）配置砂浆和倒入水泥的人员必须戴防尘口罩和防护眼镜；

（7）进行锚杆注浆的施工人员必须和下部开注浆机阀门的人员，保持统一，防止行动不一造成锚杆进浆管在拔出时砂浆溢流在边坡开挖面上，造成开挖坡面的污染和材料的浪费。

3.3环保措施

锚杆注浆施工过程中会产生一定和水凝粉尘污染和拌制水泥砂浆的废水污染，针对锚杆注浆以上问题针对的处理措施如下：

在水泥砂浆拌合过程中搭设一个密闭的施工棚，防止水泥和防冻剂在拌制添加过程中遇到刮风产生的粉尘污染，现场锚杆注浆所用的水泥和防冻剂应满足当天所需的用量，现场临时储存的水泥和防冻剂应设有防潮隔水措施。

在拌制水泥砂浆浆液过程中，施工拌和所用的水和多余的浆液应该设置专门排水沟将施工所需的废水和废弃的浆液及时进行排出并将引排至现场的沉淀池中。

在锚杆注浆过程中，锚杆注浆时有时因浆液在出口时注浆压力过大会使锚杆孔内的浆液溢出空外，根据灌浆时间在孔口注浆时应该缓慢拔出注浆管，减少浆液的外流。边坡砂浆锚杆在灌浆过程中外流的水泥砂浆污染边坡开挖面，在锚杆注浆完成后因及时进行清理。

现场注浆施工过程中因及时进行清理，拌制砂浆所用的水泥带和防冻剂带应及时回收，在每次锚杆注浆施工完成后将现场施工场地进行清理。

4.结束语

(1)在北方高寒高海拔地区开挖施工、支护施工需要跨越冬季，采用防冻剂施工确保在低温条件下施工的可能性，保障了砂浆锚杆的施工质量，加快了施工进程，降低了由于因支护施工不足而引发的安全风险。

(2)通过实验结果表明，高效防冻剂能有效降低砂浆的冰点，大大提高砂浆在负温下的抗冻性能。掺加防冻剂28天的砂浆试块，在同条件养护下均达到设计强度，并且均超过设计拉拔力的满足设计要求。

通过以上研究结论，可以指导高寒高海拔地区水泥混凝土掺加防冻剂在水利工程中的实际应用，为按期完成施工任务打好基础。

参考文献：

[1]《水利水电工程喷锚施工技术规范SL377-2007》，在寒冬地区或冬季锚喷施工气温不得低于±5℃。