一种适用于平顶窟顶板岩体锚固工程的倒置灌浆方法

技术领域

本发明涉及石窟寺赋存岩体加固保护领域，具体地讲，是一种适用于平顶窟顶板岩体锚固工程自下而上灌浆的技术和方法，该方法可以有效排除锚孔中气体，采用多次分级注浆及孔底返浆法，确保灌浆的密实性。

背景技术

中国石窟寺种类丰富、数量繁多，生动再现了佛教艺术和文化在我国的起始及发展过程，是我国物质文化遗产中十分重要的艺术瑰宝。石窟开凿之初，岩体内部原有的应力平衡状态被破坏，为岩体的卸荷松弛提供了充足的空间，洞室开挖造成应力重分布和卸荷拉张变形。平顶窟顶面一般与岩层层面近乎平行，岩层层面胶结较差，在重力和岩体卸荷松弛作用下，层间产生拉张裂隙，裂隙规模随变形不断扩大。后期在自然风化、人类活动及地下水的影响下，石窟顶板开裂岩体逐渐碎裂、掉块。该过程的不断发生导致窟顶塌陷，最终石窟被破坏。

石窟赋存岩体开裂病害加固方法较多，锚杆锚固是其中最为重要的一种。岩体锚固通常是锚杆倾斜向下植入岩体，锚固灌浆浆液沿注浆管注入锚孔，由高至低在重力作用下流动充满锚孔，以此提高岩体结构的稳定性。然而在平顶窟顶板岩体锚固工程中，锚杆须垂直顶面由下而上植入岩体，如果采用传统的锚固注浆方法，浆液在重力作用下向下流动，易导致锚孔部分区域形成空腔，灌浆密实度低致使锚杆的锚固能力下降，影响锚固工程的质量，不利于遗址的长期保存。因此，研究适用于平顶窟顶板岩体锚固灌浆的技术和方法对于防止石窟顶板损害、保护石窟寺具有重要的意义。

发明内容

目前，锚固工程是石窟寺赋存岩体结构稳定性加固最主要的措施之一，锚固浆液填充密实度是控制锚固工程质量的重要因素之一。平顶窟顶板开裂岩体锚固工程与常见岩体锚固方向及角度有较大差别，一般岩体锚固是指垂直崖面成孔延伸至岩体内部，且往往适当向上倾斜增大支撑力，浆液在重力作用下自然流动至成孔底部逐步灌满，需要适当的水灰比确保灌浆密实。而锚孔部分区域出现空腔，灌浆密实度低是导致锚杆的锚固能力下降的主要因素之一。平顶窟顶板岩体锚固措施需垂直窟顶面自下而上灌浆，因此，如何克服克服重力因素使浆液充满锚孔成为平顶板岩体锚固技术的关键问题。

综上所述，本发明的目的是提供一种适用于平顶窟顶板岩体锚固工程的倒置灌浆方法。本方法通过布设多条不同长度的注浆管，采用逐级压力注浆的方式，在不断排除孔内气体的同时逐级灌满锚孔，克服由下而上注浆过程中的浆液重力和孔洞中空气阻力。

本发明的目的是通过以下的技术手段来实现：

一种适用于平顶窟顶板岩体锚固工程的倒置灌浆方法，其特征在于：

（1）布设多条注浆管

根据工程实施方案安装锚杆由下至上进行锚固，对平顶窟顶板岩体2进行定位成孔，孔深为0.5m~1.0m，钻孔完毕后，将锚杆与布设多级长度不同、连续的注浆管同步插入锚孔；

（2）对埋设的注浆管进行多次逐级注浆

注浆先从第一级注浆管管底开始，在注浆泵的注射压力下，浆液由第一级注浆管流出并逐渐上升进入第二级注浆管，堵塞第一级注浆管管底，浆液在管中滞留10~20分钟，第一级注浆以孔口溢出浓浆为该级注浆结束为标志，拔掉第一级注浆管；进行第二级注浆管的注浆，在注浆泵注射压力下，浆液由第二级注浆管流出并逐渐上升至第三级注浆管，浆液在管中滞留20~30分钟，第二级注浆以孔口溢出浓浆为该级注浆结束为标志，拔掉第二级注浆管，同样，在注浆泵的注射压力下，浆液由第三级注浆管进入第四级注浆管，浆液在管中滞留35~40分钟，拔掉第三级注浆管，经1~3级注浆管对浆液的压缩，浆液密实度得以提高，在注浆泵的注射压力下，由第四级注浆管直接将密实浆液填充锚孔，浆液在锚孔固结一昼凝固后，完成平顶窟顶板岩体锚固。

注浆泵的注射压力为0.5~2.0MPa，注浆管管径为5cm，注浆泵注射量为5cm

本发明的优点和产生的有益效果是：

（1）本发明在锚杆安装过程中，埋设多级伸入钻孔长度不同的注浆管，然后采用多次分级注浆法，通过多次注浆，克服竖置自下而上注浆过程中的重力问题，使浆液填充密实，确保平顶窟顶板岩体锚孔内不留空隙。有效提高锚固工程的灌浆质量。本发明解决了传统的锚固注浆方法使浆液在重力作用下向下流动，导致了锚孔部分区域形成空腔，灌浆密实度低导致锚杆的锚固能力下降的问题。

（2）本发明不仅适用于石质文物保护中的不同方向、不同角度的锚固注浆，也为岩土工程领域的研究及工程应用提供一种新的方法和思路。

（3）本方法操作简单，应用便利，经济实用，可广泛应用于遗址保护中的锚杆锚固工程的多种灌浆场景。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是注浆管布设平面图；

图中：1-石窟寺赋存岩体、2-平顶窟顶板开裂岩体、2-锚孔、4-锚杆、5-第一级注浆管、6-第二级注浆管、7-第三级注浆管、8-第四级注浆管、9-注浆泵、10-施工平台。

具体实施方法

下面结合附图及技术实施方法再作进一步详细说明：

一种适用于平顶窟顶板岩体锚固工程的倒置灌浆方法，其方法包括：

（1）根据孔位固定钻机，钻进方向为竖置向上，为防止工程用水对石窟寺赋存岩体1的不利影响，锚杆成孔全部采用牙轮钻头无水干钻，以高压风清孔渣。为减少机械振动对平顶窟顶板开裂岩体2的稳定造成破坏，采用轻型、高频冲击器冲击钻进，在岩层较薄部位，首先采用合金钻头或牙轮钻头开孔，避免震动，确保文物安全。锚孔的深度根据工程实施方案选择0.5m~1.0m不等，此处以孔深0.5m为例。

（2）使用高压空气将孔内岩粉及水体全部清出孔外，以免降低砂浆与孔壁岩土体的粘结强度。

（3）锚杆4安装前，要确保每根锚杆4顺直，不扭不斜叉，排列均匀，除锈、除油污，对有显著变形、机械损伤及锈坑处剔出。安装锚杆4前再次认真核对锚孔编号，人工缓缓将锚杆体放入锚孔3内，用钢尺量出孔外露出的锚杆长度，计算孔内锚杆长度，确保锚固长度符合设计要求。

（4）锚杆4安装的同时布设多条伸入钻孔长度不同的注浆管。注浆泵9安装在施工平台10上，注浆泵的出口软管与第一级注浆管5连接，其后对埋设的注浆管进行逐次注浆。注浆采用多次1~4级注浆及孔底返浆法，以确保钻孔内不留空隙。

平顶窟顶板岩体锚固由1~4级连续伸入锚孔长度为1.5-5.0m的注浆管垂直窟顶面由下至上进行锚固。注浆先从长度为2.0m的第一级注浆管5管底开始，在注浆泵0.5 MPa的注射压力下，浆液由第一级注浆管5进入长度为1.5m的第二级注浆管6，堵塞第一级注浆管管底，浆液在第一级注浆管5和第二级注浆管6中滞留10-20分钟，拔掉第一级注浆管管底堵塞，以第一级注浆以孔口溢出浓浆为该级注浆结束为标志，然后卸掉第一级注浆管5；进行第二级注浆管6的注浆，在注浆泵1.0MPa的注射压力下，浆液由第二级注浆管6向连接的第三级注浆管7上升，浆液在管中滞留20-30分钟，拔掉第二级注浆管管底堵塞，第二级注浆以孔口溢出浓浆为该级注浆结束为标志，卸掉第二级注浆管6；同样，在注浆泵1.5 MPa的注射压力下，浆液由长度为1.0m第三级注浆管7进入长度为0.5m第四级注浆管8，浆液在管中滞留35-40分钟，拔掉第三级注浆管管底堵塞，卸掉第三级注浆管7，经1~3级注浆管对浆液的压缩，浆液密实度得以提高，在注浆泵2.0MPa的注射压力下，由第四级注浆管8直接将密实浆液填充至锚孔3。浆液在锚孔3固结一昼凝固后，完成平顶窟顶板岩体锚固。

全部注浆管注浆结束后，将注浆管、注浆枪和注浆套管清洗干净，施工过程中，做好注浆记录。

（5）注浆完成后对锚垫板焊接封锚并风貌协调性处理，确保与石窟环境相协调。

根据工程实施方案，可对平顶窟顶板岩体2周围进行多个钻孔，多次多级注浆，确保平顶窟顶板岩体稳定，防止窟顶开裂、崩塌，使国家文物得以保护。