水電站地下廠房預(yù)應(yīng)力錨桿質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析

朱家林 李長(zhǎng)青 李培豐

(中國(guó)水利水電建設(shè)工程咨詢北京有限公司，北京 100024)

1 工程概況

雙江口水電站位于四川省阿壩藏族羌族自治州馬爾康縣、金川縣境內(nèi)，是大渡河流域水電梯級(jí)開發(fā)的上游控制性水庫(kù)。雙江口水電站工程為Ⅰ等大(1)型工程，樞紐主要建筑物為1級(jí)建筑物，次要建筑物為3級(jí)建筑物。樞紐工程由攔河大壩、泄洪建筑物、引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。礫石土心墻壩高314.0m，水庫(kù)正常蓄水位為2500m，水庫(kù)總庫(kù)容28.97億m3，死水位為2420m，調(diào)節(jié)庫(kù)容為19.17億m3，電站具有年調(diào)節(jié)能力。裝機(jī)容量2000MW(500MW×4臺(tái))，多年平均年發(fā)電量77.07億kW·h。

引水發(fā)電系統(tǒng)布置在河道左岸，由進(jìn)水口、壓力管道、主廠房、副廠房、主變室、出線場(chǎng)、尾水調(diào)壓室、尾水隧洞及尾水塔等組成，采用“單機(jī)單管供水”及“兩機(jī)一室一洞”的布置格局。其中主、副廠房及安裝間按“一”字形布置，主副廠房長(zhǎng)度219.48m，高度68.32m，跨度28.30m。主變室長(zhǎng)度158.26m，高度25.39m，跨度19.40m。尾水調(diào)壓室長(zhǎng)度137.22m，高度75.50m，跨度20m。

2 預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿結(jié)構(gòu)及布置

2.1 預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿主要由HRB400EC36、L=9.0m普通鋼筋和應(yīng)力計(jì)組合加工而成，應(yīng)力計(jì)位于桿體的3.15m處(距螺母端)。預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿主要部件包括桿體、止?jié){塞、應(yīng)力計(jì)、對(duì)中架、螺母、砂漿墊座和鋼墊板等，預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿鉆孔孔徑90mm，鉆孔深度9.0m，錨桿段和自由段注漿砂漿強(qiáng)度等級(jí)M730，砂漿墊座強(qiáng)度等級(jí)M735。預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿的基本結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿結(jié)構(gòu)1-錨桿孔；2-止?jié){塞；3-應(yīng)力計(jì)；4-對(duì)中架；5-導(dǎo)向管；6-鋼墊板；7-桿體；8-砂漿墊座；9-螺母

2.2 預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿分布

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿主要布置在地下廠房的機(jī)組監(jiān)測(cè)斷面上，監(jiān)測(cè)斷面的監(jiān)測(cè)區(qū)由預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿、錨索測(cè)力計(jì)和多點(diǎn)位移計(jì)等共同組成系統(tǒng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，為施工期和運(yùn)行期建筑物安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。地下廠房預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿分布見圖2。

圖2 地下廠房預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿布置

3 原材料及配合比

3.1 原材料

a.水泥。采用普通硅酸鹽P·O 42.5袋裝水泥，檢測(cè)結(jié)果滿足GB 175—2007標(biāo)準(zhǔn)要求，物理力學(xué)性能指標(biāo)檢測(cè)成果見表1。

表1 P·O 42.5水泥檢測(cè)成果

b.鋼筋。采用HRB400E牌號(hào)直徑36mm的普通熱軋帶肋鋼筋作為錨桿材料，力學(xué)性能檢測(cè)成果見表2。

表2 HRB400E鋼筋檢測(cè)成果

c.人工砂。采用本工程自建的1號(hào)人工砂石骨料加工系統(tǒng)成品砂，使用前先過2.5mm篩進(jìn)行篩分，剔除2.5mm以上粒徑砂進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，過篩后人工砂檢測(cè)成果見表3，顆粒級(jí)配檢測(cè)成果見表4，人工砂質(zhì)量滿足DL/T 5144—2015標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 人工砂品質(zhì)檢測(cè)成果

表4 人工砂顆粒級(jí)配檢測(cè)成果

3.2 配合比

孔內(nèi)桿體M730砂漿和墊座M735砂漿均采用上述材料，拌和用水由工區(qū)凈水廠統(tǒng)一供應(yīng)，減水劑為甲供材料，質(zhì)量檢測(cè)均合格。配合比見表5。

表5 砂漿配合比

4 施工工藝安排

4.1 測(cè)量及鉆孔施工

預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿孔位均采用全站儀測(cè)量放點(diǎn)，登高臺(tái)車或多臂鉆臺(tái)車配合標(biāo)注點(diǎn)位，對(duì)于頂拱徑向布置的預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿，則提前計(jì)算測(cè)算錨桿的角度。由于地下廠房和主變室邊墻和頂拱的系統(tǒng)支護(hù)和監(jiān)測(cè)設(shè)施，如系統(tǒng)錨桿、系統(tǒng)錨索、觀測(cè)孔、排水孔等相對(duì)密集，任何工序測(cè)量放點(diǎn)的精準(zhǔn)程度對(duì)周邊工序均會(huì)產(chǎn)生影響，因此，測(cè)量放點(diǎn)均采用“雙控”措施，即承包人測(cè)量自校、監(jiān)理工程師復(fù)核方式，以確保各測(cè)量點(diǎn)位的準(zhǔn)確性，同時(shí)定期復(fù)核施工控制網(wǎng)的精度。

預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿采用多臂鉆鉆孔，設(shè)計(jì)孔深9.0m，鉆孔深度超設(shè)計(jì)孔深5～10cm。為精準(zhǔn)控制孔向及傾角，開孔前用地質(zhì)羅盤對(duì)鑿巖機(jī)導(dǎo)軌的方向及傾角進(jìn)行測(cè)量，合格后用半功率開孔，開孔深度達(dá)到0.5m和3.0m時(shí)，均對(duì)孔向及傾角進(jìn)行復(fù)核，3.0～9.05m范圍可采用全功率鉆進(jìn)，直至鉆孔結(jié)束，以保證孔壁直順。施鉆時(shí)一般先在鉆桿上做孔深控制標(biāo)記，施鉆結(jié)束后采用高壓水清洗鉆孔，然后檢測(cè)孔深，合格后孔口采取保護(hù)措施，防止其他工序污染孔壁。

4.2 預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿制作

預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿桿體加工在鋼筋加工廠進(jìn)行，按照設(shè)計(jì)要求采用HRB400E 的C36、L=9.0m鋼筋加工。預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿由鋼筋和應(yīng)力計(jì)組合而成，將9m鋼筋采用切割機(jī)裁切，一段裁切長(zhǎng)度3.0m，一端采用剝肋滾絲機(jī)車15cm螺紋，涂抹黃油后裹膠帶封閉，配套M36螺母，另一端切8mm深45°坡口。另一段裁切長(zhǎng)度5.24m，一端切成45°夾角，另一端斜切8mm深45°坡口。準(zhǔn)備完成后，由土建和監(jiān)測(cè)單位配合，將裁切后的鋼筋與76cm長(zhǎng)應(yīng)力計(jì)進(jìn)行組焊加工。上述工作完成后，開始安裝止?jié){塞、對(duì)中架、注漿管(錨固段)和排氣管(錨固段和自由段)，桿體加工完成后盡早運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。自卸汽車運(yùn)輸時(shí)與其他桿體或物體進(jìn)行隔離，防止應(yīng)力計(jì)和監(jiān)測(cè)電纜發(fā)生破壞。

4.3 桿體安裝及注漿

預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿采用“先插桿后注漿”工藝，該工藝相對(duì)“先注漿后插桿”工藝，更加有利于保證注漿密實(shí)度。桿體運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)后及安裝前，必須對(duì)桿體外觀質(zhì)量和應(yīng)力計(jì)進(jìn)行一次全面檢查，確認(rèn)桿體質(zhì)量合格，并在鉆孔驗(yàn)收合格后進(jìn)行桿體安裝。為方便桿體順利插入, 現(xiàn)場(chǎng)采用8t隨車吊輔以人工將桿體緩慢推入孔內(nèi)，控制桿體外露長(zhǎng)度在8～15cm。對(duì)于水平方向以外的上傾角桿體，安裝完成后采用膨脹螺栓和鐵絲對(duì)桿體進(jìn)行臨時(shí)固定，防止安裝及注漿時(shí)桿體滑落造成打擊傷害事件。

預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿桿體安裝完成后，需對(duì)應(yīng)力計(jì)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，確認(rèn)應(yīng)力計(jì)處于成活狀態(tài)，同時(shí)確認(rèn)注漿管和排氣管是否暢通，上述確認(rèn)完畢后盡早進(jìn)行錨固段注漿。預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿采用兩次注漿工藝，桿體安裝完成后首先進(jìn)行錨固段注漿，張拉結(jié)束后則進(jìn)行自由段注漿。兩次注漿均采用低速螺旋注漿泵，注漿壓力0.30MPa，排氣管末端插入裝水的透明瓶體內(nèi)，注漿時(shí)，關(guān)注排氣管排氣情況，瓶體內(nèi)不冒氣泡視為注漿結(jié)束。

4.4 安裝承載體

承載體由導(dǎo)向管、砂漿墊座、自由段注漿管、鋼墊板和螺母組成，在錨固段注漿8h后可進(jìn)行承載體施工。砂漿墊座采用M735干硬性預(yù)縮砂漿，找平厚度在3～5cm，砂漿墊座為鋼墊板提供堅(jiān)實(shí)平整的受力基礎(chǔ)。鋼墊板安裝時(shí)，采用φ6鋼筋固定，并多次進(jìn)行校平，保證桿體軸心與墊板保持垂直狀態(tài)，否則張拉時(shí)容易出現(xiàn)螺母滑絲導(dǎo)致桿體報(bào)廢。

4.5 安裝桿體防扭擋桿

根據(jù)預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿模擬試驗(yàn)情況，張拉前，必須在外露桿體端部采用桿體防扭轉(zhuǎn)措施，防止張拉時(shí)桿體扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致應(yīng)力計(jì)發(fā)生破壞。擋桿采用C32鋼筋制作，長(zhǎng)45cm，錨筋采用C25鋼筋制作(錨入基巖20cm，外露20cm)，擋桿一端與預(yù)應(yīng)力錨桿端部點(diǎn)焊，另一端與錨筋點(diǎn)焊。防扭擋桿結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 防扭擋桿結(jié)構(gòu)示意圖1-鋼墊板；2-螺母；3-桿體；4-擋桿；5-錨筋

4.6 張拉施工

預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿張拉常采用扭矩扳手或千斤頂張拉工藝，本工程預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿采用與普通預(yù)應(yīng)力錨桿相同的張拉施工工藝，即采用扭矩扳手張拉。根據(jù)類似工程經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)指標(biāo)，采用國(guó)產(chǎn)1500N·m級(jí)的開口型扭矩扳手作為張拉工具。根據(jù)規(guī)范要求，張拉前采用專用工具對(duì)扭矩扳手和錨桿應(yīng)力計(jì)進(jìn)行配套率定。

預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿張拉前，首先將桿體外露部分的螺紋保護(hù)膠帶和黏結(jié)在鋼墊板雜物予以清理，螺紋及螺母與墊板接觸區(qū)域薄涂黃油，以起到張拉過程的潤(rùn)滑作用。上述準(zhǔn)備工作到位后，可進(jìn)行張拉施工。根據(jù)配套率定結(jié)果和扭矩扳手分刻度值，張拉過程分5級(jí)完成，即310N·m(預(yù)緊)→380N·m→800N·m→1080N·m→1150N·m，張拉值按設(shè)計(jì)荷載的1.1倍控制并鎖定，以48h應(yīng)力損失小于鎖定值的10%為合格。地下廠房現(xiàn)場(chǎng)張拉的5根預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿扭矩值與應(yīng)力值見表6。

表6 地下廠房預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿扭矩值與應(yīng)力值對(duì)比

4.7 注漿封錨

張拉完成48h后經(jīng)采集數(shù)據(jù)確認(rèn)應(yīng)力損失小于鎖定值的10%后，可進(jìn)行自由段封孔注漿，注漿工藝同自由段注漿。注漿結(jié)束后，外露桿體采用一級(jí)配混凝土進(jìn)行封錨或采用噴混凝土封閉，并按措施要求做好監(jiān)測(cè)設(shè)施標(biāo)識(shí)，防止其他工序?qū)︻A(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿造成破壞。

5 質(zhì)量檢測(cè)和應(yīng)力監(jiān)測(cè)分析

由于預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿的特殊構(gòu)造，無(wú)損檢測(cè)聲波波形在錨桿應(yīng)力計(jì)處發(fā)生突變，不能根據(jù)聲波波形準(zhǔn)確判斷錨桿應(yīng)力計(jì)以內(nèi)桿體注漿飽滿度和長(zhǎng)度。因此，預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿質(zhì)量控制主要以各環(huán)節(jié)的工序控制和監(jiān)測(cè)應(yīng)力為主要控制指標(biāo)。

經(jīng)過監(jiān)測(cè)，目前地下廠房已安裝預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿5支，張拉后48h應(yīng)力損失均低于規(guī)范要求。隨著地下廠房的下臥開挖和支護(hù)，5支錨桿應(yīng)力計(jì)的測(cè)值均有不同程度的增減變化，其中應(yīng)力變化區(qū)間在-10.02～54.95kN之間，應(yīng)力增減時(shí)點(diǎn)主要表現(xiàn)為現(xiàn)場(chǎng)開挖爆破后，其他時(shí)段一般表現(xiàn)為應(yīng)力收斂狀態(tài)。

6 結(jié) 語(yǔ)

預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿各工序環(huán)節(jié)的工藝質(zhì)量控制是重點(diǎn)，通過嚴(yán)格按照工藝方案實(shí)施，預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿成活率100%，各項(xiàng)指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求?？刂瓶卓阡搲|板與錨桿的垂直度，以及桿體在孔內(nèi)居中狀態(tài)，直接關(guān)系完成張拉和應(yīng)力鎖定，因此，控制桿體居中和與墊板的垂直度是關(guān)鍵；在進(jìn)行鋼筋與錨桿應(yīng)力計(jì)焊接時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制焊接速率，在應(yīng)力計(jì)焊接處用濕毛巾等包裹或?yàn)⑺M(jìn)行降溫，防止焊接時(shí)過高溫度傳導(dǎo)破壞應(yīng)力計(jì)電纜和內(nèi)部結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿采用扭矩扳手張拉時(shí)，孔口應(yīng)采取必要的防扭措施；在地下廠房關(guān)鍵部位的監(jiān)測(cè)斷面上布置預(yù)應(yīng)力監(jiān)測(cè)錨桿，與錨索測(cè)力計(jì)和多點(diǎn)位移計(jì)共同監(jiān)測(cè)，能夠真實(shí)反饋淺層和深層圍巖應(yīng)力狀態(tài)和變形情況，也為相關(guān)人員判斷圍巖應(yīng)力應(yīng)變狀況和支護(hù)深度的合理性提供科學(xué)佐證。