潘新波，岳 伟

(中国水利水电第十一工程局有限公司，河南 郑州 450000)

1 工程概况

黑河黄藏寺水利枢纽工程位于甘肃、青海祁连山腹地，坝址位于黑河峡谷进口下游约1 km处，坝址区河谷狭窄，呈“V”型谷。右岸岸坡坡度一般为45°～60°，岸坡陡峭，坡度一般为60°～80°，两坝肩地形略显不对称。风化层水平埋深45 m～50 m，边坡左岸高257 m，右岸边坡高256 m，土方开挖总量约176万m3。边坡开挖数量高达14级，每级边坡开挖高度20 m～15m不等，边坡支护形式采用锚杆+钢筋网+喷混凝土和锚索框格梁施工等多种形式组合，锚杆支护总量约19500多根，喷锚面积约16万m2。

2 锚喷支护的思路

2.1 砂浆锚杆工艺原理

受本工程地处高寒地区(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～次年5月为冰冻期，冰冻时间较长。根据《水利水电工程喷锚施工技术规范》(SL 377-2007)[1]，《岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范》[2]，在严寒地区或冬季锚喷施工气温不得低于±5℃。本项目开挖施工要经历二个冰冻期，由于边坡地质条件较差、风化层厚度较厚，多为强卸荷体和不利组合面，边坡开挖需采用和支护同步进行的原则，才能保证边坡开挖的稳定[3-5]。为保证施工质量和施工工期，确保砂浆锚杆和边坡喷锚能在低温条件下(-15℃～0℃)能够正常施工，并符合设计、监理验收的需要。采用多种方法进行低温条件下砂浆锚杆和喷锚施工的试验及探索，通过常规试验外部保温、温水拌和等措施，达不到低温条件施工的需要，通过试验在水泥浆液中掺加高效防冻剂，从而使注入锚杆孔内的砂浆产生正常的水化反应，在喷锚边坡中进行喷锚时首先选择适宜的温度施工，在喷射混凝土中加入适宜的防冻剂[6]，最后再对已完成的喷锚面上及时进行保温覆盖来进行边坡锚喷支护施工，从而达到正常施工的效果。

2.2 砂浆抗冻性能试验

根据混凝土防冻剂的特性和工作原理，能有效降低砂浆的冰点，大大提高砂浆在低温下的抗冻性能，对水泥砂浆进行如下试验[7]。

1)监理已批复的砂浆锚杆配合比，见表1。

表1 M25F200砂浆设计配合比

2)根据现场所采购的防冻剂性能指标和试验时段外界的温度情况，在注浆砂浆掺加防冻剂的用量，见表2。

表2 防冻剂掺量表

3)现场砂浆试验。测试时间：2017年3月17日下午17：30；室外温度：白天最高温度0℃，夜间最低温度：-5℃；防冻掺量：按照-5℃防冻剂掺量3%。砂浆试拌地点：项目部试验室拌制，试块制作3组。

4)现场养护状况：同条件下现场养护。

5)掺加防冻剂后砂浆强度报告。

2.3 抗冻试验结果

现场选取2组砂浆试块进行同条件养护，并在7天和28天将试块送至第三方试验室进行试块强度检测，检查结果见表3和表4。

表3 7天砂浆抗冻试验检测报告

表4 28天砂浆抗冻试验检测报告

由表3、表4可知，7天实测抗压强度24 MPa，达到设计强度的96%。28天实测抗压强度28 MPa，达到设计强度的112%。现场掺加防冻剂用于锚杆注浆的水泥砂浆，经过28天同条件下的龄期检验，砂浆强度指标达到设计要求，经监理同意现在进行砂浆锚杆及喷锚支护施工。

3 喷锚支护施工过程

根据前期的砂浆防冻性能试验结果，掺加防冻剂后砂浆强度质量达到设计和施工要求，项目部根据现场施工条件在2017年3月下旬开始进行低温条件下边坡喷锚支护施工[8-10]。

3.1砂浆锚杆施工

施工中锚杆钻孔采用液压钻机进行锚杆孔和排水孔的造孔任务，利用钻机前置吸尘器将孔内岩粉进行吸出，锚杆安装前再用高压风将孔内残留的粉末清除干净，锚杆孔及排水孔清理验收完毕后进行锚杆安装施工。

锚杆施工前用温度计测量现场及锚杆孔内的温度，现场将拌和砂浆所用的水升温至35℃～45℃之间，利用现有的使用平台将锚杆注浆机和拌制砂浆的平台放置在避风棚内，注浆管外用橡塑海绵进行抱箍，拌制砂浆时根据室外温度和水泥用比例掺假高效防冻，水泥砂浆拌制完成后开启注浆机向锚杆孔内进行水泥砂浆的注入；锚杆孔内砂浆注满后接着进行下一个锚杆孔注入施工，同时已注满完成的锚杆孔外采用高一标号的防冻砂浆进行封孔，并将外露的锚杆头用橡塑海绵进行抱箍并用铅丝进行固定。

采用的砂浆锚杆为先插锚杆后注浆施工的方式，见图1。

图1 锚杆注浆施工工艺图

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%。

3.2 喷锚施工

要保证喷锚料在低温条件能够正常使用，喷锚料中最有效的施工方法就是对骨料提前进行保温措施，为确保喷锚所需的砂子和小石能够正常使用，对骨料进行保温处理，对封闭的骨料仓采用蒸汽加热的方式，使得骨料内部温度达到10℃～15℃，同时在喷锚枪头前将所需的喷锚用水加热到30℃～40℃，并根据施工时所测定的现场温度掺加相应的防冻剂用量。喷锚所用的喷混凝土设计配合比见表5。

表5 C25喷锚配合比

防冻剂掺量根据施工时的温度和水泥量为准，用量参考表2。

边坡锚杆安装完成后边坡进行钢筋网的铺设，为提高现场施工效率确保钢筋网片之间连接点绑扎质量，提前将施工所用的钢筋网片按照设计图纸加工成4.0 m×4.0 m的钢筋网片运至已开挖坡面进行现场安装，施工工艺简单挂网效率极快，不受温度条件的限制。网片安装完成验收后，现场进行喷锚作业施工，锚喷作业施工受温度影响极大，由于低温天气的原因喷锚施工选择在11：00～16：30之间进行施工，并要求已喷锚面的覆盖时间不晚于17：30。

喷锚施工前先检查拌制喷锚料的骨料预热温度情况和现场喷锚用水的加热情况，当这两项指标符合后现场准备进行喷锚作业施工(图2)。首先将已验收合格的网片坡面用高压风对岩面进行清扫并在钢筋网片做好喷锚厚度的钢筋头厚度检查点，外界温度测定好后，现场再拌制喷锚料时将速凝剂和防冻剂同时加入喷锚料中，进行喷锚作业，由于外界温度降低已完成的喷锚面施工完成后立即采用塑料薄膜进行覆盖，根据现场条件一般喷锚面积达到10 m2～15 m2时，需对已完成的喷锚面进行永久保温覆盖，故在已喷锚面外侧再铺设2～3层2.5 cm厚度橡塑海绵进行保温防护。

图2 挂网、喷锚施工工艺图

3.3 喷锚支护施工质量检测过程及结果

受工程区域施工气候条件因素的影响，3月下旬至4月下旬大坝边坡开挖锚喷支护防冻保温施工的龄期已达到，根据《水利水电工程施工质量检测与评定规程》需对现场施工的锚杆及喷混凝土进行检查。

3.3.1 砂浆锚杆拉拔力检测

砂浆锚杆长度6 m，锚杆直径Ф=25 mm，锚固深度5.9 m，外露长度0.1 m，检测结果见表6。砂浆锚杆长度4.5 m，锚杆直径Ф=25 mm，锚固深度4.4 m，外露长度0.1 m，检测结果见表7，砂浆锚杆长度3.5 m，锚杆直径Ф=22 mm，锚固深度2.9 m，外露长度0.1 m，检测结果见表8。

表6 砂浆锚杆抗拉强度检测表(Ф25，L=6.0m)

表7 砂浆锚杆抗拉强度检测表(Ф25，L=4.5 m)

表8 砂浆锚杆抗拉强度检测表(Ф22，L=3.0 m)

3.3.2 砂浆试块强度检测

施工中通过对右岸边坡EL2740～EL2710砂浆锚杆28天试块，砂浆防冻试块强度的检测见表9。由表9可知，28天实测抗压强度27.1 MPa，达到设计强度的108%。

表9 砂浆试块抗拉强度检测表

3.3.3 喷混凝土强度检测

边坡喷混凝土施工中掺加防冻剂和采取了表层保温后28天，同条件状态下右岸边坡EL2740～EL2710，同条件状态下，喷锚大板抗压强度检测，见表10。

表10 喷锚大板抗拉强度检测表

28天实测抗压强度31.7 MPa，达到设计强度的106%。

4 主要施工技术总结

本项目处于高寒高海拔地区，常规的锚杆施工在11月底～4月中旬，因受温度影响而暂停施工，由于在低温条件项目锚喷支护采用防冻保温施工措施，低温月份施工并未受阻，采用砂浆防冻和锚喷保温防护措施后，在气温达到最低-15℃时，还可进行锚杆注浆施工，通过对表11中温度变化情况分析，当气温达到-15℃时施工时段可以延长到2～3个月，节省了施工工期。

表11 锚喷支护受温度影响支护施工时段

通过表12进行分析，根据锚杆钻孔的孔径和配合比进行测算，掺加防冻的砂浆锚杆，每米锚杆所增加的原材料成本为0.35元，冬季计划施工期锚杆施工总数达到4500根，折合27000延米，每延米消耗防冻剂成本0.35元，共计增加防冻剂材料成本9450元。如冬季不进行支护施工，在来年的4月份以后进行支护，所增加的间接成本达到每月2.65万元。

表12 常规支护和防冻保温支护原材料消耗成本测算分析

5 结语

在施工过程中项目部工程技术人员，根据工程实际情况，克服项目施工中存在的难题，通过大量的工程试验，最终在监理和业主方的认可下，在低温条件下进行锚喷支护施工，由于在开挖期间及时进行支护施工，避免了开挖施工中的塌方等现象的产生，降低了安全风险，同时将不利与施工的冬季间歇期转化成了有利施工的有效条件，增加了工程进度，并在项目实施过程中施工进展和经济效应达到双赢的效果。