河北豐寧抽水蓄能電站廠房預(yù)應(yīng)力錨桿施工技術(shù)

趙洪倉(cāng)

摘 要：河北豐寧抽水蓄能電站廠房地質(zhì)條件復(fù)雜，錨桿施工過(guò)程中發(fā)生塌孔及錨桿成型后無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求抗拉拔力等問(wèn)題，在采用預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)，加快了工程進(jìn)度、施工質(zhì)量好、經(jīng)濟(jì)效益高等特點(diǎn)，本文結(jié)合本工程實(shí)例，詳細(xì)介紹預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)用特點(diǎn)和施工工藝。既保證了施工質(zhì)量，洞室安全，又提高施工功效，是預(yù)應(yīng)力錨桿在地下洞室地質(zhì)復(fù)雜條件下采取加強(qiáng)支護(hù)的一次成功應(yīng)用案例。

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力錨桿；施工；技術(shù)應(yīng)用

1 工程概述

河北豐寧抽水蓄能電站位于河北省豐寧滿(mǎn)族自治縣境內(nèi)，工程區(qū)距豐寧縣公路里程約62km，電站對(duì)外有國(guó)道、省道和簡(jiǎn)易鄉(xiāng)村道路相通。工程規(guī)劃裝機(jī)容量3600MW，為一等工程，大（1）型規(guī)模。分兩期建設(shè)，本期裝機(jī)容量1800MW，安裝6臺(tái)單機(jī)容量為300 MW的可逆式水泵水輪機(jī)組。電站主要由上水庫(kù)、水道系統(tǒng)、地下廠房系統(tǒng)、蓄能專(zhuān)用下水庫(kù)及攔沙庫(kù)等建筑物組成。電站建成后，在京津唐電網(wǎng)系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相和事故備用任務(wù)。

根據(jù)設(shè)計(jì)藍(lán)圖，在主廠房洞、主變洞斷層部位、裂隙發(fā)育及不穩(wěn)定塊體設(shè)置Φ28@1.5m，L=8m（P=100KN），外露15cm預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂錨桿，錨桿前端加工成45°楔形面，尾部加工15cm長(zhǎng)度絲扣，孔口依次布設(shè)200×200×10mm（長(zhǎng)×寬×厚）鋼墊板、φ70mm半球形墊圈、M28螺帽。

2 施工方法

錨桿按照設(shè)計(jì)要求采用Ф28，L=8.0m，HRB400級(jí)鋼筋制作，墊板、半球形墊圈、螺母均外購(gòu)。錨固劑選用φ35mm，L=30cm快速、中速樹(shù)脂藥卷，錨固段填充快速凝固樹(shù)脂卷，張拉段填充中速凝固樹(shù)脂卷。錨桿采用多臂鉆造孔，根據(jù)《樹(shù)脂錨桿 第1部分：錨固劑》建議值，經(jīng)核算錨固劑及桿體截面積，擬定選擇φ45鉆頭造孔。樹(shù)脂藥卷及錨桿安裝均采用反鏟平臺(tái)進(jìn)行。錨桿張拉采用TG1000型扭力扳手進(jìn)行，張拉前需對(duì)扭力扳手進(jìn)行預(yù)置。

3 施工工藝

具體流程見(jiàn)圖1所示：

3.1 施工方法

（1）測(cè)量放線(xiàn)、錨孔定位

按照設(shè)計(jì)要求或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師指令放好錨桿孔位、角度，并用紅油漆作好標(biāo)記，鉆孔時(shí)嚴(yán)格按放好的錨桿角度開(kāi)鉆，按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行施工。

（2）造孔

①錨桿孔采用多臂鉆施工。因選用φ35樹(shù)脂藥均，根據(jù)《樹(shù)脂錨桿 第1部分：錨固劑》建議值，經(jīng)核算樹(shù)脂藥均及桿體截面積總和，選擇φ45鉆頭造孔。

②施鉆時(shí)鉆頭要對(duì)準(zhǔn)巖壁上錨桿孔孔位標(biāo)識(shí)下鉆，最大偏差不得大于150mm，開(kāi)孔應(yīng)用小功率緩慢鉆進(jìn)，鉆進(jìn)約50cm后，校正鉆孔方向，全功率鉆進(jìn)。錨桿鉆孔軸線(xiàn)與設(shè)計(jì)軸線(xiàn)的間距偏差不大于3%。

（3）洗孔

采用多臂鉆鉆孔，在錨桿鉆孔完成后，用高壓力水反復(fù)洗孔直至清洗干凈；當(dāng)采用潛孔鉆鉆孔，對(duì)所有錨桿孔依次采用高壓風(fēng)水槍進(jìn)行沖洗，直至孔內(nèi)不再有濁水流出時(shí)，結(jié)束沖洗，然后用壓力風(fēng)槍將孔內(nèi)積水吹出孔外。洗孔完成后，應(yīng)在孔口周?chē)?0×30cm范圍內(nèi)采用M20水泥砂漿找平。

（4）鉆孔檢查與驗(yàn)收

錨孔清洗完畢，進(jìn)行孔位編號(hào)。編號(hào)后對(duì)各孔的實(shí)際孔徑、孔深、孔位進(jìn)行三檢，填好檢查記錄表，合格后報(bào)請(qǐng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收，監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一步工序施工。

（5）樹(shù)脂藥卷安裝

①樹(shù)脂藥卷描述

預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂錨桿分為錨固段和張拉段，分別采用快速錨固劑和中速錨固劑填充，單根直徑35mm，長(zhǎng)度30cm，重0.6kg，由樹(shù)脂膠泥與固化劑兩部分采用塑料隔膜分隔包裝成卷形（外觀與火腿腸一致），表面采用不同顏色標(biāo)示，快速錨固劑采用“MSK3530”表示，顏色為藍(lán)色，中速錨固劑采用“MSZ3530”表示，顏色為白色。

②錨固長(zhǎng)度確定

根據(jù)《水電工程預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計(jì)規(guī)范》6.2.2，錨固段長(zhǎng)度可按照下式計(jì)算。

摘抄《水電工程預(yù)應(yīng)力錨固設(shè)計(jì)規(guī)范》附錄A如下：

將上述參數(shù)帶入公式可得：

L1≥（1.1×1×1.3×1.2×1.15×100）/（45×6）=0.73m

根據(jù)《樹(shù)脂錨桿 第1部分：錨固劑》，第5.8抗拔力：錨固長(zhǎng)度125mm，模擬孔直徑28mm，配套桿體直徑為20mm，屈服強(qiáng)度500MPa的無(wú)縱肋螺紋鋼桿體，齡期2h條件下，抗拔力不小于100KN。

綜合考慮施工工藝、施工熟練程度，并結(jié)合類(lèi)似施工經(jīng)驗(yàn)，擬定本次預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂錨桿錨固段長(zhǎng)度為1.0～2.0m，具體錨固長(zhǎng)度根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定。

③樹(shù)脂藥卷安裝

根據(jù)設(shè)計(jì)布局，本標(biāo)段預(yù)應(yīng)力樹(shù)脂錨桿分為為豎向和水平兩種，針對(duì)豎向孔，為避免已經(jīng)安裝錨固劑脫落，采用φ8鋼筋作骨架，將樹(shù)脂藥卷旋轉(zhuǎn)180°對(duì)稱(chēng)綁扎在鋼筋上，具體形式如圖02。為保證樹(shù)脂藥卷順利安裝，預(yù)先綁扎3～5m段，剩余段邊綁扎邊安裝。樹(shù)脂藥卷安裝利用反鏟平臺(tái)，人工安裝，安裝完成后，將φ8鋼筋彎折與預(yù)先在孔邊施工的φ8插筋綁扎固定，防止樹(shù)脂藥卷整體脫落。針對(duì)水平孔，直接采用PVC管將樹(shù)脂藥卷逐一送入孔內(nèi)。

（6）錨桿安裝

錨桿安裝利用反鏟平臺(tái)配合人工進(jìn)行，插桿工人必須熟悉各個(gè)孔的孔向，以便桿體能夠一次性順利插入。錨桿安裝應(yīng)均勻、快速進(jìn)行，必須在10～15分鐘之內(nèi)完成。

在安插錨桿前先將墊板、球形墊圈、螺帽逐一戴上，防止插桿過(guò)程中樹(shù)脂污染桿體絲口，同時(shí)避免插桿過(guò)程中損壞絲口，致使螺帽不能順利安裝。

（7）攪拌

錨桿插入孔內(nèi)采用風(fēng)炮旋轉(zhuǎn)錨桿，將孔內(nèi)快速凝固樹(shù)脂卷和緩凝固樹(shù)脂卷攪拌均勻，攪拌時(shí)間宜為30S。

（8）張拉

在錨固段內(nèi)的錨固劑固化15～30分鐘后，采用扭力扳手對(duì)錨桿施加預(yù)應(yīng)力至100KN，錨桿張拉必須在張拉段填充錨固劑凝固之前完成。扭力扳手使用前，采用通過(guò)在錨桿上安裝鋼筋計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)等對(duì)辦法對(duì)工作力矩和實(shí)際張拉力的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)，繼而對(duì)扭力扳手刻度進(jìn)行預(yù)置。

4 質(zhì)量控制措施

（1）錨桿原材料型號(hào)、規(guī)格、品種、錨桿各部件質(zhì)量及技術(shù)性能應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，且進(jìn)場(chǎng)原材料必須檢測(cè)合格后方可投入使用，杜絕不合格預(yù)應(yīng)力錨桿使用。

（2）嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)藍(lán)圖及監(jiān)理工程師指示及有關(guān)施工規(guī)范進(jìn)行施工。

（3）施工中必須按照預(yù)應(yīng)力錨桿施工工藝進(jìn)行施工，每道工序必須驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下一道工序施工。

（4）應(yīng)根據(jù)樹(shù)脂藥卷、桿體截面積選擇合適的造孔鉆頭；

（5）鉆孔前根據(jù)設(shè)計(jì)要求定出孔位，做出標(biāo)記；

（6）錨桿孔深不應(yīng)小于桿體有效長(zhǎng)度，且不應(yīng)大于桿體有效長(zhǎng)度30mm；

（7）清孔后在每根錨桿安裝前須仔細(xì)量測(cè)孔深、孔的角度，不合格的孔不得安裝錨桿；

（8）預(yù)應(yīng)力鋼筋不允許焊接，宜采用整根；

（9）樹(shù)脂卷宜存放在陰涼、干燥和溫度在5～25℃的防火倉(cāng)庫(kù)中；

（10）樹(shù)脂卷應(yīng)在規(guī)定的儲(chǔ)存期內(nèi)使用，使用前，應(yīng)檢查樹(shù)脂卷質(zhì)量，變質(zhì)的樹(shù)脂卷不得使用；

（11）張拉型錨桿的墊板與巖面應(yīng)緊密接觸，墊板不得出現(xiàn)彎曲；

（12）預(yù)應(yīng)力錨桿應(yīng)有完整的錨桿性能試驗(yàn)和驗(yàn)收檢驗(yàn)資料以及施工記錄；

（13）錨桿施工過(guò)程中，值班質(zhì)量人員必須全程旁站。

5 預(yù)應(yīng)力錨桿施工總結(jié)分析

在地下洞室群施工中，經(jīng)常遇到地質(zhì)圍巖較差條件下進(jìn)行施工，如何科學(xué)論證系統(tǒng)支護(hù)參數(shù)是直接影響地下洞室安全施工，通過(guò)對(duì)揭露圍巖類(lèi)別科學(xué)分析，主動(dòng)對(duì)圍巖施加徑向壓力，大大增強(qiáng)了圍巖的自身穩(wěn)定，減少了施工中掉塊、塌方等現(xiàn)象，并以其施工安全可靠，經(jīng)濟(jì)高效，特別是樹(shù)脂藥卷的應(yīng)用，為預(yù)應(yīng)力錨桿的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

6 結(jié)語(yǔ)

地下廠房施工存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)，直接取決于其不同圍巖支護(hù)方案和施工程序，洞室安全問(wèn)題越來(lái)越受到人們的關(guān)注。根據(jù)實(shí)際情況，科學(xué)合理地組織施工，有效地減少地下洞室的安全風(fēng)險(xiǎn)，加快施工進(jìn)度，保證了洞內(nèi)作業(yè)人員的安全。目前，河北豐寧抽水蓄能電站地下廠房正在進(jìn)行安全洞室開(kāi)挖，受到了業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理的好評(píng)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：中國(guó)水利水電第七工程局有限公司）