淺談江蘇句容電站地下廠房頂拱無粘結(jié)端頭預應力錨索施工技術(shù)

張俊陽

(中國葛洲壩集團第二工程公司，四川 成都 610091)

0 引言

在不良地質(zhì)條件下的地下廠房中，頂拱往往設(shè)計預應力錨索作為深層支護形式。在頂拱預應力錨索施工中，因地質(zhì)條件差、成孔困難，頂拱錨索上仰角度大，機械操作困難，各施工工序較常規(guī)邊坡錨索施工復雜。本文以句容工程為例，針對上述施工難題，總結(jié)提煉了可行的解決方案。

1 工程概況

句容抽水蓄能電站地下廠房總長246.5 m，開挖寬度為25.5～27 m，最大開挖高度57.55 m，由副廠房、機組段、安裝場三部分組成。根據(jù)揭露的地質(zhì)情況，主副廠房頂拱層斷層、巖脈、溶蝕裂隙、破碎帶較發(fā)育，不穩(wěn)定塊體多。廠房頂拱層巖體主要為微風化白云巖，其飽和抗壓強度為 47～69 MPa。圍巖類別主要以Ⅲ、Ⅳ類為主，其中Ⅲ類圍巖占49.6%，Ⅳ類圍巖占50.3%，Ⅴ類圍巖占0.1%。廠房頂拱共布置預應力錨索319根。

2 主要技術(shù)指標及要求

無粘結(jié)端頭預應力錨索設(shè)計載荷為1 500 kN，即150 t，由10束1×7-15.2-1860鋼絞線編制而成，錨索設(shè)計鎖定荷載σ con=1 500 kN×0.6=900 kN，錨索與主副廠房洞軸線垂直方向間最小夾角為16°，無粘結(jié)端頭預應力錨索施工結(jié)構(gòu)具體如圖1所示。

圖1 1500 kN無粘結(jié)端頭預應力錨索施工結(jié)構(gòu)圖

3 施工中存在的問題

1)錨索鉆孔作業(yè)困難。該錨索孔為上仰角74°孔，必須采用特制鉆具施工；地質(zhì)條件差，成孔困難。

2)錨索灌漿困難，容易出現(xiàn)灌漿不飽滿的情況。必須研究合適的止?jié){方法和灌漿方案。

3)錨墊板安裝難度大。錨墊板由上下2塊鋼板組成，尺寸分別為50 cm×50 cm及30 cm×30 cm，厚度4.5 cm，總重約120 kg。安裝時既要保證錨墊板安裝角度，加固牢靠，又要克服高空作業(yè)、工作面狹小的困難。施工難度大。

4 施工準備

4.1 試驗檢測

試驗檢測內(nèi)容主要包括錨索灌漿漿液及找平層砂漿配合比試驗、錨索結(jié)構(gòu)材料檢測及張拉設(shè)備配套標定三部分，所有試驗檢測工作應由有相應資質(zhì)的試驗檢測單位完成。句容電站錨索配合比設(shè)計技術(shù)指標要求及成果具體如表1、表2所示。

表1 錨索配合比設(shè)計技術(shù)指標要求

表2 錨索配合比設(shè)計成果表

4.2 工藝及生產(chǎn)性試驗

在進行無粘結(jié)端頭預應力錨索大規(guī)模施工前，應進行工藝及生產(chǎn)性試驗，包括止?jié){包工藝性試驗、超張拉試驗等，以獲取各種施工參數(shù)指導后續(xù)施工。

5 施工方案

5.1 鉆孔

錨索鉆孔采用定制鉆具施工，固定在定制的鉆孔臺車上進行，鉆機固定后，可根據(jù)設(shè)計角度適當調(diào)節(jié)仰角。鉆孔采用YG-30/70 A錨固鉆機，孔深20～25 m，孔徑165 mm。錨索施工前，由測量人員準確放樣定位。錨固鉆機固定平穩(wěn)后，按設(shè)計要求的方向角、傾角進行開鉆。開鉆時，應低壓低速鉆進。在鉆進過程中，利用測斜儀每5 m檢查偏孔情況，并做好鉆孔過程記錄。如鉆進遇不良地質(zhì)，出現(xiàn)塌孔、卡鉆等現(xiàn)象，采用先孔道固結(jié)灌漿后重新掃孔的方式進行處理。若錨固段處于破碎帶等軟弱巖層，采用延長孔深、增加錨固段長度的措施進行處理。

5.2 錨索制安

5.2.1 錨索下料

錨索下料長度根據(jù)實際孔深(尤其是增加錨固段長度的孔深)、找平層厚度、錨具厚度、千斤頂長度等因素通過計算決定。下料時，鋼絞線應采用砂輪切割機切斷，要求切口整齊無散頭現(xiàn)象。

5.2.2 編索

1)錨索編索在編索平臺上進行，按照施工圖紙要求依次完成鋼絞線、對中支架、隔離架、進回漿管等安裝，并編簾扎束。

2)錨索編制前將鋼絞線錨固段去皮洗油，并用布料清水洗擦干凈。對內(nèi)錨固段和自由張拉段連接處應使用防水膠帶進行捆綁密封處理，以防灌漿時漿液流入未去皮鋼絞線內(nèi)，影響錨索張拉效果。

3)止?jié){包制作。由于錨索孔大角度斜向上方，錨索灌漿時為防止?jié){液倒流，需在錨索自由張拉段距孔口約71 cm處設(shè)置30 cm長止?jié){包。止?jié){包采用400 g/m2無紡土工布制作而成，其兩端土工布與索體鋼絞線間空隙采用水泥砂漿填充密實，并用無鋅鉛絲綁扎牢固。在制作止?jié){包時，應嚴格控制止?jié){包中無紡土工布的寬度，確保錨索止?jié){包上部錨固段及自由張拉段灌漿時，在漿液自重及灌漿壓力作用下，止?jié){包不會出現(xiàn)大的位移。

4)進、回漿管的設(shè)置。無粘結(jié)端頭預應力錨索共設(shè)有5條進、回漿管，具體如圖1所示。其中1#進漿管伸出止?jié){包外約50 cm，該進漿管在止?jié){包處應剖開截面的2/3；2#進漿管(兼回漿管)伸出止?jié){包外約70 cm，3#進漿管位于孔口處；1#回漿管設(shè)置在距離孔底約15cm處，2#回漿管設(shè)置在距離止?jié){包下部約15cm處。這5根管中，1#、2#進漿管及1#回漿管主要用于滿足錨索止?jié){包上部灌漿需要，3#進漿管及2#回漿管主要用于滿足錨索止?jié){包下部灌漿需要。錨索進、回漿管均采用φ20 mm塑料管，管道應與錨索索體綁扎牢固，管口通過涂刷不同顏色油漆或纏繞不同顏色膠布進行標識。

5)波紋管設(shè)置。錨固段索體需要外包波紋管，以保護錨固段鋼絞線防止腐蝕。波紋管周邊鉆孔形成花管，確保灌漿漿液能順利流入管內(nèi)包裹索體。安裝波紋管時，一端插入導向帽中，另一端與索體間采用水泥砂漿填充密實，并用無鋅鉛絲綁扎牢固，以防穿索過程中，波紋管脫落。

6)錨索編索結(jié)束后，端部安裝導向帽，其內(nèi)充填環(huán)氧砂漿，并掛牌編號，其編號應與錨索孔號一致。

5.2.3 送索

錨索編索完成后，用自制小車人工配合運輸至施工部位。

5.2.4 穿索

錨索索體入孔前，先用高壓風再次洗孔，經(jīng)復核無誤后，利用自制臺車作為操作平臺，先由人工將索體扛抬至孔位附近，然后利用2臺2 t手動葫蘆輔以人工交替拉拽方式將錨索緩慢送入孔內(nèi)。穿索過程中，手動葫蘆掛在與拱頂系統(tǒng)錨桿或插筋焊接牢固的鋼筋上，拉拽錨索體的繩索應采用軟繩，以免拉拽過程中損傷索體。錨索穿索結(jié)束后，利用1臺2 t手動葫蘆，通過鐵絲將索體牢牢固定在錨桿上。

5.3 找平層施工及錨墊板制安

找平層砂漿及錨墊板安裝須在錨索止?jié){包上部錨固段及自由張拉段灌漿結(jié)束后24 h方能進行，以免擾動已灌漿液。錨墊板采用2塊鋼板，總重約120 kg。錨墊板安裝前，首先將導向管與鋼板間按要求焊接牢固，然后采用臺車上的液壓升降裝置將鋼板送到一定的位置后，通過人工將錨墊板及導向管托舉至孔口并插入孔內(nèi)至一定位置，及時安裝工作錨板夾片。在錨墊板四周頂拱上采用手風鉆造孔并安裝4根錨桿，錨桿與錨墊板焊接牢固；錨墊板固定完畢后，在施工錨板與頂拱基巖間用預縮砂漿找平層。

5.4 灌漿

錨索采用水泥凈漿灌注，漿液水灰比0.33:1，鉆孔灌注的水泥漿7 d抗壓強度不低于35 MPa。灌漿采用純壓式，灌漿壓力0.3～0.5 MPa，當排漿比重與灌漿濃度相同時，封堵回漿管方可進行屏漿，屏漿壓力0.5 MPa，屏漿時間30 min。

錨索分2次進行灌漿，第一次進行錨索止?jié){包上部錨固段及自由張拉段灌漿。該灌漿在穿索完成后進行，漿液由1#進漿管注入，當漿液從2#進漿管流出時，表明止?jié){包已完全灌滿，等待15～20 min后，采用壓力水將2#進漿管管內(nèi)漿液沖洗干凈，然后對2#進漿管進行灌漿，直至漿液從1#回漿管溢出。第二次進行錨索止?jié){包下部孔口段灌漿。該灌漿在已灌段漿液達到7 d設(shè)計強度且錨索完成張拉后進行，漿液由3#進漿管注入，2#回漿管溢出。

5.5 張拉機具安裝

張拉機具安裝前，應認真進行檢查，確保錨墊板承壓面、鋼鉸線、錨具夾片等表面潔凈、無油污，工作錨具與鉆孔已對中，錨錐孔內(nèi)夾片已安裝無遺漏，鋼鉸線已依次穿入錨具孔內(nèi)且無交叉，方可開始進行張拉。

5.6 張拉

當錨索錨墊板找平砂漿達到設(shè)計強度后，即可開始進行錨索張拉。張拉采用應力應變雙控，先單根預緊，后整體張拉，共分6級進行。分級張拉程序為：0—預緊0.2 σcon(單根18 kN)—0.25 σcon(整體225 kN)—0.5 σcon(450 kN)—0.75 σcon(675 kN)—1.0 σcon(900 kN)—1.1 σcon(990 kN，穩(wěn)壓30 min徐變量小于1 mm)—卸荷鎖定—(48 h后損失超過10%進行補償張拉)。

錨索單根預緊張拉按照“先中間，后周邊，間隔對稱分序”的原則進行，張拉過程中，對每一級在控制張拉力下的實測值與理論值進行比較，如兩者差值超出10%或小于-5%，則應停止張拉，查明原因并采取相應措施。錨索張拉合格，卸荷并鎖定48 h后如發(fā)現(xiàn)預應力損失超過10%(整體小于810 kN)時，實施補償張拉。

5.7 封錨及外錨頭保護

錨索張拉完成并驗收合格后，端頭僅預留15 cm長鋼絞線，其余均予以切除。洗凈工作錨具及留存鋼絞線后，采用鋼制保護罩進行保護，罩內(nèi)充填防腐油脂，保護罩外涂刷防腐油漆。

6 實施效果評價

在主副廠房頂拱錨索施工過程中，業(yè)主單位委托第三方安全監(jiān)測單位在頂拱處其中2根無粘結(jié)端頭預應力錨索上安裝了NVMS-1500型玄式錨索測力計，以監(jiān)測錨索預應力變化情況，具體如表3所示。

表3 預應力錨索測力成果表

從表3中可知，錨索在張拉48 h后預應力損失率均小于10%，完全能夠滿足設(shè)計及規(guī)范要求，施工質(zhì)量可靠。

7 結(jié)語

句容電站地下廠房在無粘結(jié)端頭預應力錨索施工過程中，解決了鉆具加固、成孔困難、墊板安裝等問題，采用二次性灌漿法施工，錨索施工質(zhì)量優(yōu)良。自廠房頂拱無粘結(jié)端頭預應力錨索施工完成一年多以來，通過廠房安裝的錨索測力計監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，錨索應力損失在規(guī)范范圍以內(nèi)，施工質(zhì)量可靠。