高精度預(yù)應(yīng)力錨索水平加固高閘墩施工技術(shù)

劉志軍，郭富媚

(廣東省源天工程有限公司，廣州 511340)

1 工程概況

白盆珠水庫(kù)主壩位于白盆珠峽谷上游入口,為混凝土寬縫重力壩，壩頂高程為88.2 m，最大壩高為66.2 m，壩頂長(zhǎng)度為240.0 m，共分11 個(gè)支墩壩段和5個(gè)實(shí)體重力壩段。壩自左至右由左岸實(shí)體重力壩段、左岸支墩壩段、河床支墩溢流壩段、放空底孔壩段、電站廠房壩段、右岸支墩壩段、右岸實(shí)體重力壩段所組成。其中河床溢流壩段為兩孔開(kāi)敞式溢流壩型，堰頂高程為73.0 m，邊墩厚為1.5 m，中墩厚為3.0 m，每孔凈寬為12.0 m，總寬度為30.0 m[1]。2019年第3次安全鑒定，主壩閘墩貫穿性裂縫縫寬超出規(guī)范允許值，需對(duì)閘墩采用預(yù)應(yīng)力錨索加固處理。主壩平面布置見(jiàn)圖1所示。

圖1 主壩平面布置示意

2 錨索加固方案

為保障閘墩的穩(wěn)定性，在右側(cè)邊墩、中墩及左側(cè)邊墩各設(shè)置6束預(yù)應(yīng)力錨索，共18束，每束由7根鋼絞線組成，單孔拉力為100 t[2]，高程分別為75.8 m、77.8 m、79.8 m、83.3 m、85.3 m和87.3 m，預(yù)應(yīng)力錨索由閘墩的下游面向上游面水平鉆穿施工，長(zhǎng)度為21～25 m，鉆孔空位偏差不得大于10 mm，終孔孔軸偏差不得大于100 mm，小于規(guī)范《水工預(yù)應(yīng)力錨固技術(shù)規(guī)范(SL 212—2020)》要求的2%[3]，鉆孔精度要求高。錨索由7Φ5型Φ15.2鋼絞線組成，鋼絞線標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1 860 MPa，松弛級(jí)別：Ⅱ級(jí)。錨索采用YJK錨具、YJJ夾具和YJL連接器，為圓形夾片式，錨索加固結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 錨索加固結(jié)構(gòu)示意

3 錨索加固施工

3.1 主要施工機(jī)械設(shè)備

預(yù)應(yīng)力錨索施工機(jī)械設(shè)備：汽車吊(STC500)、空壓機(jī)(9 m3/min)、注漿機(jī)(UB3)、錨索鉆機(jī)(XY-1)、電動(dòng)油泵(ZB4500型)、千斤頂(YCW400B-200型)。

3.2 搭設(shè)滿堂腳手架支撐作業(yè)平臺(tái)

3.2.1底座基礎(chǔ)

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，泄洪道為陡坡面，不能按照常規(guī)方法搭設(shè)滿堂腳手架，需在泄洪道陡坡面種植M20化學(xué)錨栓作腳手架底座基礎(chǔ)?；瘜W(xué)錨栓豎向間距為0.6 m，橫向間距為1.5 m，長(zhǎng)度為260 mm，深度200 mm，鉆孔孔徑D=25 mm，種植完成后在化學(xué)錨栓套上鋼板(規(guī)格為150 mm×150 mm×8 mm)，鋼板提前穿好D=25 mm的孔，鋼板平貼于溢洪道面，并用螺母擰緊，然后用10#槽鋼一側(cè)水平焊接在鋼板上，槽鋼底面保持水平，10#槽鋼懸空的一側(cè)用鋼板(規(guī)格為150 mm×100 mm×8 mm)焊接支撐[4]。最后在槽鋼上搭設(shè)滿堂腳手架，從而達(dá)到防止立桿傾斜、下滑及受力要求。底座基礎(chǔ)示意見(jiàn)圖3。

圖3 底座基礎(chǔ)示意(單位：mm)

3.2.2架體部分

架體分成兩部分，第1部分在泄洪道緩坡面起，開(kāi)始搭設(shè)階梯退臺(tái)式滿堂腳手架，每1級(jí)的最小高度約2.4 m、最小寬度約3.6 m，長(zhǎng)度約27 m的階梯退臺(tái)式腳手架，臺(tái)階不少于5級(jí)；第2部分在作業(yè)受力區(qū)搭設(shè)滿堂腳手架支撐作業(yè)平臺(tái)，長(zhǎng)度約27 m，高度為每層錨索孔口下1.1 m位置，立桿間距為600 mm×600 mm，操作平臺(tái)鋪設(shè)8 mm厚鋼板，在閘墩側(cè)面采用化學(xué)錨栓與滿堂腳手架橫桿焊接連接。從而使架體達(dá)到較高的穩(wěn)定性和安全性，也是保證預(yù)應(yīng)力錨索施工質(zhì)量和精度控制的前提。滿堂腳手架剖面見(jiàn)圖4。

圖4 滿堂腳手架剖面示意

3.3 孔位放線及安裝導(dǎo)向定位裝置

按照施工圖要求，在閘墩下游面上準(zhǔn)確定位預(yù)應(yīng)力錨索孔口位置，在孔口位置上做好十字型標(biāo)記[5]；然后，將導(dǎo)向定位裝置的中心對(duì)準(zhǔn)十字型標(biāo)記，并用螺栓通過(guò)鋼板四角的螺栓孔將鋼板固定；錨索鉆機(jī)的鉆頭穿過(guò)圓孔進(jìn)行鉆孔操作，當(dāng)錨索鉆機(jī)的鉆頭在開(kāi)孔時(shí)，鋼板的圓孔會(huì)限制鉆頭的晃動(dòng)移位，從而減小開(kāi)孔時(shí)孔位的偏差，提高了鉆孔的精確度。導(dǎo)向定位裝置示意見(jiàn)圖5。

圖5 導(dǎo)向定位裝置示意(單位：mm)

3.4 鉆機(jī)就位

預(yù)應(yīng)力錨索擺機(jī)前采用全站儀對(duì)錨索上下游端的位置進(jìn)行坐標(biāo)測(cè)量，根據(jù)測(cè)量得到錨索上下游端兩點(diǎn)坐標(biāo)后向下游方向延伸3個(gè)點(diǎn)，延伸的長(zhǎng)度分別為0.5 m、2.5 m和4.6 m，然后在平臺(tái)面上測(cè)量并標(biāo)記延伸的3個(gè)點(diǎn)位，第1個(gè)點(diǎn)控制前鉆桿位置，第2個(gè)點(diǎn)控制鉆機(jī)位置，第3個(gè)點(diǎn)控制后鉆桿位置。鉆桿水平控制是根據(jù)錨索孔口中心點(diǎn)高程測(cè)量值為基準(zhǔn)值，采用水準(zhǔn)儀按照基準(zhǔn)值測(cè)量鉆桿前中后3點(diǎn)保持在1條水平線上，進(jìn)行定位擺機(jī)，從而使鉆桿與錨索孔在1條直線上，最終將鉆機(jī)通過(guò)鋼管焊接在作業(yè)平臺(tái)上，與作業(yè)平臺(tái)連接成一個(gè)整體，防止鉆機(jī)震動(dòng)位移產(chǎn)生偏差，以上擺機(jī)過(guò)程達(dá)到高精度控制孔軸偏差。錨索鉆機(jī)定位示意見(jiàn)圖6。

圖6 錨索鉆機(jī)定位示意

3.5 鉆孔及清孔

3.5.1鉆孔

閘墩為混凝土結(jié)構(gòu)，鉆孔使用水磨鉆，每鉆進(jìn)1.5 m取1次巖芯，鉆桿每3 m加1個(gè)扶正器[6]，加強(qiáng)鉆桿的剛度及穩(wěn)定性，防止因鉆桿長(zhǎng)度的增加導(dǎo)致孔軸偏差。鉆孔孔徑為130 mm，鉆孔深度為鉆穿閘墩上游面，鉆孔速度及壓力應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，并應(yīng)滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。扶正器示意見(jiàn)圖7。

圖7 扶正器示意

3.5.2清孔

鉆孔工作結(jié)束時(shí),用帶壓力風(fēng)水沖洗,將孔道內(nèi)的鉆孔泥沙沖洗干凈,直到回水變清,并經(jīng)監(jiān)理工程師驗(yàn)收合格后才準(zhǔn)安裝錨索;在安裝錨索前,應(yīng)將鉆孔孔口進(jìn)行臨時(shí)堵塞保護(hù)[7]。

3.6 錨索施工

3.6.1施工程序

預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝：錨索制作與安裝→張拉前準(zhǔn)備及張拉→封孔回填灌漿于錨頭保護(hù)[8]。

3.6.2錨索制作與安裝

每批預(yù)應(yīng)力鋼絞線進(jìn)場(chǎng)均應(yīng)對(duì)產(chǎn)品合格證、檢驗(yàn)報(bào)告及外觀質(zhì)量進(jìn)行驗(yàn)收，并按規(guī)范要求對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼絞線抽樣進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)[9], 將試驗(yàn)成果報(bào)送監(jiān)理工程師。錨索制作過(guò)程中應(yīng)滿足以下技術(shù)要求:

1) 下料長(zhǎng)度按設(shè)計(jì)孔深+鋼墊板厚度(0.04 m)+錨具長(zhǎng)度(0.16 m)+千斤頂工作長(zhǎng)度(0.4 m)+0.30 m，每股長(zhǎng)度偏差控制在50 mm以內(nèi)，采用冷切割下料，嚴(yán)禁使用電焊切割。

2) 錨束沿軸線方向每隔3 m設(shè)置1束線環(huán)(定位器)，錨固段兩束線環(huán)中間設(shè)一隔離架，張拉段用塑料套管包裹，與錨固段相交處的管口應(yīng)密封并用鐵絲捆扎牢固。

3) 保證鋼絲間有一定間隙，以保證灌漿后錨束內(nèi)空隙填實(shí)充分， 鋼絲和桿體得到充分的握裹和保護(hù)。

4)在編排鋼鉸線時(shí)，同時(shí)安放2根注漿管，管口均設(shè)在下游端，其中1根為灌漿管，長(zhǎng)度至上游孔口50～100 cm，另1根為回漿管，長(zhǎng)度為300～400 cm；注漿管采用塑膠管，插入束線環(huán)或隔離架的中央。

錨索制作完成后，利用人工運(yùn)輸。運(yùn)輸過(guò)程中防止發(fā)生磨損，彎曲半徑不宜小于3 m; 同時(shí)運(yùn)輸過(guò)程中防止發(fā)生磨損[10]。

在鋼鉸線組合成索和鉆孔完成后及時(shí)將錨索放入孔內(nèi)。放入過(guò)程中，嚴(yán)禁上下抖動(dòng)、來(lái)回扭轉(zhuǎn)和撞動(dòng)，防止中途散束和卡阻，造成安裝失敗。穿束后錨索外露部分應(yīng)用膠布包裹防止生銹(見(jiàn)圖8所示)。

圖8 錨索示意

3.6.3張拉前準(zhǔn)備及張拉

1) 張拉前應(yīng)對(duì)上、下游側(cè)的承壓面砼進(jìn)行打磨至平整，使得砼面與鋼墊板接觸良好。

2) 為減小錨索張拉過(guò)程中對(duì)相鄰錨索應(yīng)力的影響,應(yīng)優(yōu)化錨索張拉順序。閘墩錨索預(yù)應(yīng)力時(shí)，要從中部向上下兩方向均勻施加預(yù)應(yīng)力。

3) 對(duì)錨索采用一端張拉，先鎖定上游端錨索，實(shí)行下游段張拉。

4) 張拉機(jī)具就位后，應(yīng)進(jìn)行空載試運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查其運(yùn)行狀態(tài)及可靠性[11]。

5) 張拉過(guò)程分4個(gè)階段:預(yù)張拉、張拉、鎖定設(shè)計(jì)噸位和補(bǔ)償張拉

6) 預(yù)張拉:錨索正式張拉前,先施加0. 2 P(P為設(shè)計(jì)張拉噸位,下同,分?jǐn)偟矫抗射摻g線為P/7)的預(yù)緊荷載,對(duì)鋼絞線進(jìn)行逐根對(duì)稱張拉,使每根鋼絞線受力均勻,并起到調(diào)直對(duì)中的作用。

7) 錨索張拉過(guò)程:0.2 P預(yù)緊→0.25 P→0.5 P→0.75 P→1.0 P→1.1 P,除最后一次要求靜載持續(xù)30 min外,其余加載持續(xù)時(shí)間均為5 min。

8) 采用張拉應(yīng)力控制為主，伸長(zhǎng)值校核的雙控操作方法。張拉各級(jí)穩(wěn)壓前后,均應(yīng)量測(cè)鋼絞線的伸長(zhǎng)值,若實(shí)測(cè)值與理論值相差超過(guò)10%或小于5%時(shí),應(yīng)立即停止張拉,查明原因并采取措施后，才能重新張拉。

9) 保持1.1 P的總荷載30 min,并測(cè)量此段時(shí)間內(nèi)錨索的徐變位移量,若徐變值不超過(guò)1 mm,則認(rèn)為錨索合格。

10) 錨索合格后，以小于0.2 P/min速率均勻卸載至P鎖定。張拉鎖定后48 h內(nèi),發(fā)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力損失超過(guò)設(shè)計(jì)張拉力的10%時(shí),應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。補(bǔ)償張拉應(yīng)在鎖定值基礎(chǔ).上一次張拉至1. 1 P,補(bǔ)償張拉次數(shù)不能超過(guò)2次。

11) 根據(jù)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)束張拉，試驗(yàn)束的數(shù)量為5%，但不少于3束，在進(jìn)行錨索試驗(yàn)時(shí),應(yīng)認(rèn)真記錄壓力傳感器的讀數(shù),千斤頂?shù)淖x數(shù)以及試驗(yàn)束在不同張拉噸位時(shí)的伸長(zhǎng)值。

3.6.4封孔回填灌漿于錨頭保護(hù)

1) 封孔回填灌漿材料采用水泥砂漿或純水泥漿進(jìn)行灌漿,漿液配合比應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定[12]，其7 d的抗壓強(qiáng)度應(yīng)不低于M30。

2) 觀察出漿管排水、排漿情況,當(dāng)排漿濃度與進(jìn)漿濃度相同時(shí),方可進(jìn)行屏漿，屏漿壓力0.3～0.4 MPa,屏漿時(shí)間20～30 min。

3) 灌漿結(jié)束24 h后,如發(fā)現(xiàn)孔道漿體不飽滿,應(yīng)采取必要措施進(jìn)行補(bǔ)充灌漿。

4) 灌漿完成后,錨具外的鋼絞線除留存15 cm外,其余部分應(yīng)切除，對(duì)錨頭采用厚度不小于250 um的醇酸或環(huán)氧類防腐涂料保護(hù)，并進(jìn)行C30細(xì)石砼錨頭保護(hù)帽(見(jiàn)圖9所示)。

圖9 錨頭保護(hù)示意(單位：mm)

4 加固效果

右側(cè)邊墩、中墩及左側(cè)邊墩18束預(yù)應(yīng)力錨索，終孔孔軸偏差實(shí)測(cè)范圍為20～90 mm，均符合設(shè)計(jì)要求。

錨索加固施工完成后，在閘墩上設(shè)置5個(gè)觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)閘墩位移及沉降進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)頻率為每7 d觀測(cè)1次，經(jīng)過(guò)半年的監(jiān)測(cè)、觀察，閘墩未出現(xiàn)變形問(wèn)題，錨索加固后閘墩穩(wěn)固。監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意見(jiàn)圖10。

圖10 監(jiān)測(cè)點(diǎn)示意

5 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目針對(duì)白盆珠水庫(kù)閘墩加固工程，工程施工過(guò)程中應(yīng)用了預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝，克服了錨索鉆孔長(zhǎng)、閘墩寬度小、孔軸偏差控制要求高，作業(yè)面懸空等復(fù)雜條件，目前，高精度預(yù)應(yīng)力錨索加固工程已完成，實(shí)踐表明孔軸偏差全部控制在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，保證了錨索施工質(zhì)量和人員安全，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效益，得到業(yè)主等單位的好評(píng)，可為同類工程提供借鑒。