公伯峽水電站壓力鋼管邊坡預應力錨索施工

劉興旺

(葛洲壩集團第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概況

黃河上游公伯峽水電站壓力鋼管右側高邊坡開挖后揭露出了大范圍的古全風化及強風化巖體，并存在邊坡開挖后產(chǎn)生的松弛變形，影響到電站廠房的安全運行。業(yè)主要求對該部位采用預應力錨索及鋼筋混凝土支護。預應力錨索工程量如表1所示。

表1 壓力鋼管右側邊坡錨索工程量表

2 鉆孔施工工藝試驗

2.1 鉆孔設備選擇及鉆孔工藝試驗

2.1.1 鉆孔設備選擇

巖體預應力錨固施工工序繁多，技術要求嚴格。在實際施工中，如何確保預應力工程施工質(zhì)量，首先也是最重要的一點是必須確保錨索孔道的質(zhì)量。經(jīng)過分析比較并結合工程實際及現(xiàn)場實際地質(zhì)情況，決定采用無錫生產(chǎn)的YG－50型液壓式錨固工程鉆機，配以長1 500 mm，φ89鉆桿，φ120金剛石鉆頭，每套鉆具增設2～3個φ115自制齒輪式扶正器。YG－50型鉆機的主要技術參數(shù)如表2所示。

2.1.2 鉆孔工藝試驗

在正式進行鉆孔施工前，先期進行了2個孔的鉆孔工藝試驗。鉆孔工藝試驗中采用多點照相測斜儀跟進觀測孔斜誤差情況，其具體試驗情況如下:

表2 YG－50型工程鉆機主要技術參數(shù)表

(1)在不加設任何扶正器、不采取任何糾偏措施的情況下，其孔深與孔斜關系具有代表性的數(shù)據(jù)如表3及圖1所示.

圖1 無糾偏措施孔道孔深與孔斜對應關系圖

表3 無糾偏措施孔道孔深與孔斜對應關系表

孔徑120 mm，L=45 m，r= －40°。

通過以上數(shù)據(jù)和圖示表明，在鉆孔施工過程中，若不采取任何糾偏措施，其孔斜基本呈加速下傾的變化趨勢，且下傾變化較大，變化趨勢與拋物線類似。

(2)根據(jù)不采用任何糾偏措施的鉆孔效果，并結合類似工程(如三峽)造孔施工經(jīng)驗，我們采取了由密到疏(即沖擊器后應緊跟一個扶正器，然后過3根鉆桿再加設一個扶正器，過7根鉆桿再加設一個扶正器，以此等差數(shù)列類推)的方法加設孔道扶正器進行孔道糾偏，其孔深與孔斜關系具有代表性的數(shù)據(jù)如表4及圖2所示。

表3 加設扶正器糾偏措施孔道孔深與孔斜的對應關系表

孔徑120 mm，L=45 m，r= －40°。

圖2 加設扶正器糾偏措施孔道孔深與孔斜對應關系圖

通過以上數(shù)據(jù)和圖示表明，在鉆孔施工過程中，采用此種糾偏措施糾偏效果較好，其孔斜基本呈勻速下傾變化趨勢，且下傾變化趨勢明顯減緩。

據(jù)此并結合其他類似工程的實際施工經(jīng)驗，可以歸納出以下幾點鉆孔工藝原則:

①扶正器能夠起到一定的扶正效果，但加設扶正器的方法必須恰當。

②扶正器的加設一般應按照由密到疏的原則進行。

③扶正器的使用數(shù)量不宜過多，一般孔深不超過50 m的孔道不宜超過4個，否則不但不能起到扶正的效果，反而增加了鉆進中的摩擦阻力，阻礙了鉆孔過程中正常的返風返塵，不利于鉆孔的正常進行。

(3)遵照以上鉆孔施工工藝原則，在實際造孔過程中的孔斜控制完全達到了規(guī)范要求。該部位A區(qū)部分錨索孔道孔斜誤差情況見表4。

表4 A區(qū)部分錨索孔道孔斜誤差情況表

3 預應力錨索施工準備

根據(jù)批準的施工組織設計，建立并落實了施工管理機構以及所必須的作業(yè)人員、施工設備、材料;制訂了各項技術操作規(guī)程，進行了材料性能試驗、生產(chǎn)工藝試驗，對張拉機具進行了配套標定。

3.1 巖體預應力錨索施工工藝流程(圖3)

圖3 預應力錨索施工工藝流程圖

3.2 錨索孔施工

3.2.1 測量放線、標定孔位

按照設計圖紙和測定的控制點座標及高程，用全站儀測放孔位，并用鐵釬和紅油漆準確作出錨孔位置標記。

3.2.2 承重腳手架搭設

根據(jù)施工部位的情況及鉆機工作寬度，確定承重排架工作平臺寬度為4.5 m，間距1.2 m，排距1.5 m，橫桿步距1.5 m，每層排架的工作平臺確保能滿足2臺鉆機同時工作。排架搭設完畢并經(jīng)有關安全部門檢查驗收合格后投入使用。

3.2.3 鉆機定位

(1)確定鉆機位置:根據(jù)設計孔位坐標高程、傾角計算鉆機實際工作位置及高度，作為鉆機定位和墊高依據(jù)。

(2)加固鉆機:為使鉆孔時鉆機穩(wěn)固、確保鉆孔精確，鉆機應與排架連成整體，原則上使鉆機在工作時不發(fā)生軸向及橫向位移，鉆機荷載均勻分布于排架工作平臺上。

3.2.4 鉆進過程控制

開孔時，要嚴格控制鉆機開孔誤差不超過設計孔位10 cm，對沖擊器和鉆頭應有一個支撐和限制，以達到設計控制點，并嚴格按照試驗孔成果所確定的鉆孔工藝原則進行錨索孔鉆進施工。

3.2.5 錨索孔地質(zhì)缺陷處理

(1)預應力錨索的內(nèi)錨段必須置于穩(wěn)定完整的巖層內(nèi)。如果孔深已達到設計深度而仍處于破碎或斷層等軟弱巖層，應報告監(jiān)理人。待監(jiān)理人同意后繼續(xù)鉆進直至監(jiān)理人認可的深度為止。

(2)鉆孔完畢用壓力風清孔，采用多點照相測斜儀進行孔道測斜并記錄。經(jīng)監(jiān)理人驗收合格后隨即進行錨索安裝。若錨孔驗收不合格，則作為廢孔處理，即時并全孔灌注水泥砂漿待其達到一定強度后重鉆，經(jīng)驗收合格后方可進行錨索安裝、錨固段注漿等工序。

(3)鉆孔過程中應做好鉆孔原始記錄，如鉆進中的返風、返巖粉、涌水、孔斜情況及地質(zhì)情況等。鉆孔完畢應及時對記錄進行匯集、整理，以作為分析孔道質(zhì)量的依據(jù)。

3.3 錨索制安

3.3.1 鋼絞線材質(zhì)檢驗及錨具硬度檢驗

鋼絞線采用江西新華金屬制品有限公司生產(chǎn)的φ15.24、1 860 MPa高強低松弛有粘結預應力鋼絞線，錨具采用柳州OVM公司生產(chǎn)的OVM15－6型錨具及與其配套的夾片。使用前按照規(guī)范要求進行鋼絞線材質(zhì)檢驗及錨具硬度檢驗，檢驗合格后方可投入使用。

3.3.2 鋼絞線的存放

鋼絞線進場后若不能及時下料，應臨時存放在具有防雨雪、防塵功能的庫內(nèi)，其底部須墊高至少20 cm并覆蓋以防潮防塵。登記每卷鋼絞線的編號，鋼絞線的出廠牌號應保存歸檔，同時必須附有相關材質(zhì)證明書。

3.3.3 錨索下料

根據(jù)各錨索孔的實際孔深和張拉施工所需長度計算出各錨索的下料長度。鋼絞線下料在編索平臺上完成。下料時應做到:開盤后的鋼絞線至編索平臺沿程均應順直在同一水平線上，以保證鋼絞線的下料精度。在下料過程中，應特別注意安全，避免鋼絞線彈力傷人。

3.3.4 錨索的制作

錨索各種附件須經(jīng)檢查合格后方可使用。進、回漿管均采用 φ3/4″(1″=2.54 cm)塑料管，按設計長度下料，一期進漿管用紅油漆在兩頭及中間做標識，二期進漿管用黃油漆標示，二期回漿管不做標識。

編索時，先將鋼絞線在編索平臺上順次平鋪，然后將架線環(huán)、止?jié){環(huán)按設計尺寸與數(shù)量穿好，再進行編簾扎束，并將外圈第一根鋼絞線兩端用紅色油漆標示，內(nèi)圈第一根鋼絞線兩端用黃色油漆標示，以使編簾扎束中鋼絞線不發(fā)生相互交叉。每根鋼絞線在架線環(huán)及止?jié){環(huán)內(nèi)的位置必須一致，且兩端相互對應，架線環(huán)與鋼絞線均須綁扎牢固，并確保綁扎時鋼絞線與進回漿管平行，否則錨索張拉中可能發(fā)生安全事故。錨索制作完畢應編號、掛牌標示，并作臨時防護。

3.3.5 錨索制安

將合格的錨索運至相應孔位(該鉆孔已驗收合格)，運輸時各支點間距不得大于2 m，入孔時錨索體的彎曲半徑不得小于3 m。錨索安裝時應有專人協(xié)調(diào)指揮，行進速度應均勻平穩(wěn)緩慢，且應使二期進漿管始終處于錨索的正上方。錨索安裝到位后須將孔口臨時封堵，對孔口外的索體進行包裹防護，以免污染。

3.4 錨索孔灌漿

(1)有粘結錨索孔灌漿分為內(nèi)錨段灌漿和張拉段灌漿兩部分。采用NJ－600型攪拌機制漿，2SNS型單泵注漿機注漿。

漿材為M45水泥凈漿，水泥標號為普硅型P.O.42.5。

(2)首先對一期進漿管注水使孔口有返風或返水，孔內(nèi)注水潤濕后開始灌漿。灌漿壓力為0.3 ～0.4 MPa，回漿比重與進漿比重相同時進行屏漿，屏漿壓力為0.4 MPa，屏漿時間為30 min。屏漿結束后將一期進漿管和回漿管扎緊。

(3)張拉段灌漿在錨索張拉鎖定后進行。灌漿前，須用壓力風水沖洗孔壁，再用風將孔內(nèi)余水排干，灌漿材料、灌漿壓力、結束標準、屏漿壓力和時間等均與內(nèi)錨段相同。

3.5 錨墩混凝土澆筑

錨索安裝到位后即可進行錨墩混凝土澆筑。按設計要求將錨墩底部巖石整平、清理干凈，然后安裝孔口管與錨墊板，埋設螺旋筋，安裝穿過錨墩的暗梁鋼筋、面層鋼筋網(wǎng)，安裝加固模板，經(jīng)驗收合格后澆筑混凝土。由于施工部位地處高原，氣候干燥，錨墩混凝土澆筑完畢的保濕保溫養(yǎng)護極為重要，否則將嚴重影響混凝土強度。

3.6 錨索張拉鎖定

(1)待暗梁混凝土、錨敦及護坡混凝土達到設計強度后進行錨索張拉。在錨索張拉施工前，先對3束設有測力計的錨索進行生產(chǎn)性張拉試驗。根據(jù)試驗索鎖定后的應力損失情況確定是否進行補償張拉，并以試驗索的張拉工藝指導其他錨索的張拉施工。

(2)錨索張拉施工準備。

采用YCW150B型千斤頂與ZB4－500型電動油泵配套進行錨索張拉，單根鋼絞線預緊采用YDC240Q型千斤頂。在錨索張拉作業(yè)前，對張拉機具如千斤頂、油管、壓力表、測力計進行標定，給出配套“油壓值——張拉力”對應關系曲線，并經(jīng)監(jiān)理工程師批準后使用。

(3)錨索張拉。

①順次安裝錨板、夾片、限位板、千斤頂及工具錨(安裝前錨板錐形孔及夾片表面應清潔)。工具錨板上孔的排列位置需與工作錨的孔位一致，不允許千斤頂穿心孔中的鋼絞線有交叉現(xiàn)象。

②錨索正式張拉前，先對每股鋼絞線施加10 kN的張拉荷載進行預張拉，以使錨索各鋼絞線順直且受力均勻，并將該荷載鎖定在錨板上，再對整束錨索進行張拉至超張拉荷載后鎖定。張拉控制以張拉力為主，輔以伸長值校核。張拉時按以下分級進行，并及時準確進行記錄。

1 000 kN級錨索:預張拉(100 kN)→200 kN→400 kN→600 kN→800 kN→1 000 kN→1 100 kN(鎖定)。

張拉過程中，在達到控制張拉力后穩(wěn)壓5 min再進行下一級張拉，直到達到最后一級張拉力后穩(wěn)壓30 min即可鎖定。

③張拉時，當實際伸長值大于理論計算值10%或小于5%時應暫停張拉，查明原因并采取相應措施予以調(diào)整后方可繼續(xù)張拉。

④錨索鎖定后，當預應力損失超過設計應力10%時，應進行補償張拉。

3.7 錨索張拉段的封孔灌漿

待錨索張拉段灌漿完畢，從錨具外端量起50 mm以外鋼絞線用砂輪切割機截去。采用圓形鋼罩將外錨頭罩住并固定密封，在其內(nèi)灌注C20混凝土進行防護。

4 結語

黃河上游公伯峽水電站壓力鋼管右側高邊坡錨索支護工程自2005年3月10日正式開始施工至2005年6月31日竣工，歷時112 d，共完成錨索144束，計6 610 000 kN·m，錨索合格率達100%，優(yōu)良率達92.5%，被監(jiān)理評為優(yōu)質(zhì)工程。實際施工過程中，由于嚴格實施了施工工藝過程控制，使錨索施工不僅在質(zhì)量上完全滿足設計和規(guī)范的要求，沒有發(fā)生任何質(zhì)量安全事故，而且施工速度較快，提前達到了施工計劃的進度要求，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。