淺析450kN預(yù)應(yīng)力錨桿在支護(hù)工程中的應(yīng)用

胡紅敏

【摘 要】黃登水電站尾水調(diào)壓室與連通上室交叉口設(shè)計(jì)采用450kN預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行支護(hù)，通過對(duì)450kN預(yù)應(yīng)力錨桿施工工藝設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，該新穎的支護(hù)方式具有獨(dú)特的支護(hù)效果，有效地維持了交叉口圍巖穩(wěn)定，為類似工程薄弱區(qū)域支護(hù)提供了一個(gè)成功案例供施工參考。

【Abstract】The design of the intersection of tailrace surge chamber and connection upper chamber of Huangdeng hydropower station is to use 450kN prestressed rock bolt to support. Through the analysis of the construction technology design of 450kN prestressed rock bolt and the experimental data， we find that the novel support method has unique support effect， which effectively maintains the stability of the surrounding rock of intersection. And a successful case is provided for construction reference for the support of weak area of similar project .

【關(guān)鍵詞】450kN；預(yù)應(yīng)力錨桿；支護(hù)工程；應(yīng)用

【Keywords】 450kN； prestressed rock bolt； support engineering； application

【中圖分類號(hào)】U455.7+1 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）07-0189-03

1 引言

在地下工程開挖過程中支護(hù)效果的好壞直接影響著施工安全，尤其在各洞室交叉的薄弱區(qū)域選擇合適的支護(hù)方式尤為重要。450kN預(yù)應(yīng)力錨桿作為當(dāng)前新穎的支護(hù)方式，較普通125kN預(yù)應(yīng)力錨桿具有獨(dú)特的施工工藝和支護(hù)效果，能有效維持薄弱區(qū)域的圍巖穩(wěn)定，同時(shí)施工工藝較小噸位（600kN）錨索相對(duì)簡(jiǎn)單，能有效加快施工進(jìn)度，且工程造價(jià)亦低于小噸位錨索，因此，對(duì)于450kN預(yù)應(yīng)力錨桿在支護(hù)工程中的應(yīng)用具有重要的研究意義。

2 工程概況及地質(zhì)條件

黃登水電站位于云南省怒江州，其引水發(fā)電系統(tǒng)中的尾水調(diào)壓室為地下帶連通上室圓筒阻抗式，由2個(gè)圓筒式調(diào)壓井組成，開挖直徑為32.4～36.0m、襯砌后斷面尺寸為φ30m，高80.5m，中心距為70m，尾調(diào)室間在1491.20m高程設(shè)連通上室，斷面為城門洞型，開挖斷面尺寸為13.9m×16.9m（寬×高）。

調(diào)壓室區(qū)域地層主要為T3xd7、T3xd8變質(zhì)火山角礫巖、變質(zhì)火山細(xì)礫巖夾變質(zhì)凝灰?guī)r，微風(fēng)化、未卸荷?？碧浇衣兜闹饕獮棰蠹?jí)、Ⅳ級(jí)及Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面。除斷層外，尚有一些順層擠壓面發(fā)育，巖體中主要發(fā)育有兩組節(jié)理，分別為N70°～90°W，NE∠70°～90°和N0°～20°E，SE（NW）∠60°～85°，其他節(jié)理隨機(jī)出露，成組性差。地下洞室位于地下水位以下，洞室圍巖為微透水巖體。

3 450kN預(yù)應(yīng)力錨桿布置及參數(shù)

根據(jù)尾水調(diào)壓室開挖支護(hù)藍(lán)圖，布置兩排450kN預(yù)應(yīng)力鎖口錨桿Φps32@1.5m×1.5m，L=9m，且尾水調(diào)壓室洞室開挖時(shí)，根據(jù)開挖圍巖揭露的巖質(zhì)情況，增加隨機(jī)450kN預(yù)應(yīng)力錨桿，工程量總約為264根。其對(duì)應(yīng)的具體參數(shù)如表1所示，結(jié)構(gòu)如圖1所示：

4 450kN預(yù)應(yīng)力錨桿施工要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程

錨桿孔位放樣→鉆孔→清洗→錨桿加工制作→錨桿安裝→錨固段灌漿→錨墩澆筑→張拉、鎖定→張拉段灌漿→外錨頭保護(hù)。

4.2 主要工序要點(diǎn)

4.2.1 錨桿造孔

錨桿鉆孔采用QJY100B潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，造孔直徑為100mm。開孔前對(duì)孔徑、孔位、孔向、角度進(jìn)行復(fù)核，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求的程度。鉆孔時(shí)，鉆具應(yīng)逐級(jí)加長(zhǎng)，且對(duì)鉆孔過程中的孔徑、孔深、孔內(nèi)情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，若在錨固段發(fā)現(xiàn)軟弱巖層、出水、落鉆等異常情況，要主動(dòng)通知設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位，采取有效處理措施，以確保錨固段位于穩(wěn)定巖層中。當(dāng)造孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，連續(xù)不斷地用水和高壓風(fēng)徹底沖洗鉆孔，直至孔口返出之風(fēng)手感無塵屑，并做好孔口堵塞保護(hù)。

4.2.2 錨桿制作及安裝

首先將9米長(zhǎng)錨桿量出內(nèi)錨段的長(zhǎng)度并做出標(biāo)記，在內(nèi)錨段每隔1米設(shè)置一道對(duì)中支架，張拉段每隔2m設(shè)置一道對(duì)中支架，支架和錨桿用鉛絲扎牢固；其次是錨桿錨固段和張拉段交接處需設(shè)止?jié){環(huán)，上傾角度錨桿錨固段安裝一根PEφ25排氣管和一根PEφ25灌漿管，灌漿管由孔口穿過止?jié){環(huán)200～500mm，排氣管由孔口經(jīng)張拉段穿過止?jié){環(huán)直至孔端頭50cm以內(nèi)；下傾角和平傾角錨桿錨固段安裝一根PEφ25灌漿管，灌漿管由孔口經(jīng)張拉段，穿過止?jié){環(huán)直至孔端頭50cm以內(nèi)。

錨桿安裝主要采用人工進(jìn)行安裝，施工時(shí)，須按實(shí)際孔深、孔底預(yù)留深度及錨桿長(zhǎng)度計(jì)算出外露長(zhǎng)度，并做出明顯標(biāo)記，操作人員協(xié)調(diào)一致，均勻用力往孔里推，保證錨桿在孔內(nèi)順直不扭曲。錨桿孔口外需預(yù)留不小于50cm長(zhǎng)度，以方便混凝土墩頭、螺帽、張拉等工作進(jìn)行。

4.2.3 預(yù)應(yīng)力錨桿灌漿

灌漿采用GMS2008型灌漿自動(dòng)記錄儀。錨固段灌漿在錨桿入孔后即可施工，張拉段灌漿在外錨墩澆筑、張拉鎖定后進(jìn)行；內(nèi)錨固段和張拉段注漿采用壓力注漿，壓力0.3MPa～0.5MPa，漿液為純水泥漿，強(qiáng)度等級(jí)分別為M50、M25；在灌漿過程中，排氣管回濃漿后立即以0.5 MPa壓力閉漿，閉漿時(shí)間15min。如果灌漿量大于理論吸漿量，并且回漿比重不小于進(jìn)漿比重，穩(wěn)壓15min，孔內(nèi)不再吸漿，則灌漿結(jié)束。

4.2.4 錨桿張拉及鎖定

預(yù)應(yīng)力錨桿張拉程序?yàn)闄C(jī)具率定→外錨頭混凝土強(qiáng)度檢查→張拉機(jī)具安裝→預(yù)緊→分級(jí)張拉→鎖定。

在錨固段注漿體混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行張拉，錨桿采用YCW-150型千斤頂進(jìn)行張拉（實(shí)驗(yàn)錨桿采用1000kN錨索測(cè)力計(jì)檢查張拉效果），張拉前先安裝鎖頂螺帽，再用連接套對(duì)錨桿進(jìn)行連接接長(zhǎng)，接長(zhǎng)后安裝螺帽保護(hù)套、千斤頂?shù)?，螺帽保護(hù)套是用來方便后期螺帽鎖定的一個(gè)工具，整體由鋼材制成，但在下方有預(yù)留缺口，待張拉完成后，人工通過缺口利用扳手進(jìn)行鎖定。張拉過程控制程序?yàn)椋?kN→100kN→300kN→450kN鎖定，除最后一級(jí)持荷時(shí)間為20min，其余每級(jí)張拉持荷時(shí)間均為5min，張拉在同一時(shí)間完成，否則應(yīng)卸荷后依次張拉。該預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計(jì)永存力為450kN，因此在張拉完成后人工先利用扳手鎖定螺帽，再利用錨索測(cè)力計(jì)測(cè)定回彈力，并做好記錄，反復(fù)循環(huán)，直至設(shè)計(jì)永存力為450kN。初次張拉按照設(shè)計(jì)永存力的105%進(jìn)行，即495kN左右。且加荷、卸荷速率應(yīng)平穩(wěn)。張拉時(shí)，升荷速率每分鐘不宜超過設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.1；卸荷速率每分鐘不宜超過設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.2。

5 預(yù)應(yīng)力錨桿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

5.1 張拉理論長(zhǎng)度計(jì)算

工藝實(shí)驗(yàn)前需要進(jìn)行理論彈性伸長(zhǎng)量計(jì)算。對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式為l=PL/EA（式中：L—錨桿的有效長(zhǎng)度；錨固端至張拉錨具之間的距離，P—張拉應(yīng)力，理論伸長(zhǎng)量對(duì)應(yīng)的是理論應(yīng)力；E—鋼材的彈性模量；A—鋼材的斷面面積），本次錨桿L取6000mm，P取0～450kN，A取804.2mm2，E取2.06×105N/mm2。

5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過450kN預(yù)應(yīng)力錨桿工藝實(shí)驗(yàn)，對(duì)體現(xiàn)其支護(hù)效果的各項(xiàng)數(shù)據(jù)做了全面統(tǒng)計(jì)，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

5.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)錨桿張拉力數(shù)據(jù)分析，在液壓千斤頂張拉力達(dá)到450kN時(shí)對(duì)應(yīng)測(cè)力計(jì)的原始數(shù)據(jù)為479.87kN，考慮到人工鎖定時(shí)對(duì)錨桿的應(yīng)力，鎖定完成后測(cè)力計(jì)數(shù)據(jù)為504.14kN，并在張拉完成3天后測(cè)力計(jì)數(shù)據(jù)降低為482.47kN，與原始數(shù)據(jù)基本保持不變且大于設(shè)計(jì)450kN，張拉力滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)錨桿伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)錨桿伸長(zhǎng)量比理論值增量略大，主要由自由段的長(zhǎng)度存在誤差、千斤頂張拉錨具及夾片的變形及油壓表的讀數(shù)誤差引起，整體情況比較理想，滿足工藝施工要求。實(shí)現(xiàn)了450kN預(yù)應(yīng)力錨桿在地下支護(hù)工程中的應(yīng)用。

6 結(jié)語

在工程建設(shè)高速發(fā)展的今天，對(duì)于高邊坡、深基坑及薄弱地段的施工安全、進(jìn)度和成本越來越受重視，選擇適合的支護(hù)方式很重要，450kN預(yù)應(yīng)力錨桿較普通125kN預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)效果更強(qiáng)，更能保證施工安全；較小噸位（600kN）錨索工序更簡(jiǎn)單，更能保證施工進(jìn)度和降低成本。通過實(shí)驗(yàn)分析，在450kN預(yù)應(yīng)力錨桿施工過程中只要嚴(yán)格控制好錨桿造孔、錨桿制作安裝、錨桿灌漿、錨桿張拉鎖定的工序要點(diǎn)，450kN預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)效果就能完美體現(xiàn)，其成功開辟了一種新的支護(hù)方式，可在高邊坡、深基坑、薄弱地段及洞室交叉口推廣使用，因此，分析450kN預(yù)應(yīng)力錨桿施工工藝和支護(hù)效果具有重要意義。