宜興抽水蓄能電站地下廠房預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)的探討

李 彬， 徐 愛(ài) 兵

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)國(guó)際工程有限公司，北京 100044）

宜興抽水蓄能電站地下廠區(qū)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，地下水豐富，地下洞室圍巖屬Ⅴ類，局部充填巖屑及泥質(zhì)，工程地質(zhì)條件差。頂拱出露的斷層大約有7-8處。以NWW-NEE為主，寬度一般為0.1-0.4米，帶內(nèi)充填碎裂巖及加泥巖屑，這些斷層主要位于南端墻中部與洞軸線基本上呈大角度相交，局部4處斷層與洞軸線交角小，廠房頂拱部位軟弱巖層單層厚5-50cm。主變洞位于廠房下游，工程地質(zhì)條件與廠房相似，圍巖為高風(fēng)化巖屑砂巖加 泥質(zhì)粉砂巖，頂拱軟弱夾層少量發(fā)育，南北端頂拱部位受兩處斷層影響。受構(gòu)造影響，廠房和主變洞巖石質(zhì)量指標(biāo)較低，圍巖自穩(wěn)能力較差。為確保施工安全和工程的正常運(yùn)行，對(duì)廠房和主變洞進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力錨索加固處理，分別采用內(nèi)錨和對(duì)穿兩種預(yù)應(yīng)力錨索。

1 預(yù)應(yīng)力錨索施工方法

1.1 施工程序

預(yù)應(yīng)力錨索鉆孔采用MD-50型潛孔鉆機(jī)與SGZ－1000型地質(zhì)鉆機(jī)，鉆孔孔徑為130mm，錨索鉆孔孔斜偏差嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求控制在2%以內(nèi)。錨索編制在生產(chǎn)營(yíng)區(qū)鋼筋加工廠進(jìn)行，鋼絞線采用G3GQ400型切割機(jī)進(jìn)行切割。鋼絞線規(guī)格為1×7型，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度1860MPa，松弛級(jí)別：Ⅱ級(jí)。編索驗(yàn)收合格后進(jìn)行穿索與孔口鋼墊墩的安裝，鋼墊墩底部需用預(yù)縮砂漿抹平，保證鋼墊墩底面與鉆孔方向垂直。在墊墩強(qiáng)度滿足要求后，進(jìn)行錨索張拉。錨索張拉采用ZB4-500油泵配套YCW150A千斤頂進(jìn)行，張拉前先根據(jù)監(jiān)理、設(shè)計(jì)指定位置進(jìn)行受力性能試驗(yàn)。根據(jù)受力性能試驗(yàn)確定實(shí)際錨索張拉的參數(shù)。受力性能試驗(yàn)均選擇無(wú)粘結(jié)錨索即安裝錨索測(cè)力計(jì)的錨索進(jìn)行，錨索張拉先用YCW150A型千斤頂進(jìn)行單根預(yù)緊，之后采用YCW150A千斤頂分級(jí)進(jìn)行張拉，張拉分5級(jí)進(jìn)行，第一級(jí)所測(cè)得的千斤頂伸長(zhǎng)值作為初始讀數(shù)。錨索超張拉到鎖定值的1.1倍進(jìn)行鎖定。張拉結(jié)束并穩(wěn)定24小時(shí)后根據(jù)監(jiān)理要求注漿。注漿通過(guò)預(yù)埋的進(jìn)漿管、排氣管進(jìn)行，注漿漿液采用純水泥漿液，漿液水灰比為0.5：1。

1.2 特殊工藝施工

對(duì)于內(nèi)錨式錨索，錨索能否張拉合格，關(guān)鍵在止?jié){袋。為保證止?jié){效果，確保錨固性能，在使用前需對(duì)止?jié){袋的止?jié){效果進(jìn)行了模擬試驗(yàn)：選取透水性能良好徒工布，截取70cm長(zhǎng)，然后縫制成筒型，在其中放入進(jìn)漿管和回漿管，將端口扎緊，然后將止?jié){袋放入模擬錨索孔角度的135鐵管中，然后用注漿泵向布筒內(nèi)注漿，檢驗(yàn)其透水、透氣及耐壓性。最后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選擇透水、透氣性能良好的土工布作為施工用止?jié){袋用布。

錨索編制完畢后，固定好止?jié){袋，并在下索過(guò)程，控制下索節(jié)奏，對(duì)止?jié){袋作相應(yīng)的保護(hù)。下索完成后，固定錨索，檢查進(jìn)漿管和排氣管的暢通情況，確認(rèn)通暢后，對(duì)止?jié){袋進(jìn)行注漿，當(dāng)止?jié){袋內(nèi)的回漿管回漿時(shí)，立即停止注漿，扎緊進(jìn)漿管，并用高壓風(fēng)吹通回漿管。

2 錨索受力性能試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)施工措施編制依據(jù)

①《水工預(yù)應(yīng)力錨固施工規(guī)范》SL46-94；

② 招標(biāo)文件技術(shù)條款；

③ 設(shè)計(jì)單位技術(shù)聯(lián)系單；

④ 預(yù)應(yīng)力錨索受力性能試驗(yàn)及驗(yàn)收試驗(yàn)措施。

2.2 試驗(yàn)錨索結(jié)構(gòu)形式

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，受力性能試驗(yàn)錨索有內(nèi)錨和對(duì)穿兩種結(jié)構(gòu)形式，內(nèi)錨式錨索全長(zhǎng)20m，其中錨固段長(zhǎng)6m，每束錨索由七根鋼絞線、隔離架、進(jìn)漿管、回漿管、止?jié){袋和導(dǎo)向帽組成。鋼絞線沿隔離架有序排列，保證鋼絞線之間有足夠的縫隙。對(duì)穿式錨索按不同的施工部位，其長(zhǎng)度有所變化，每束錨索由七根鋼絞線、隔離架進(jìn)漿管和回漿管組成，鋼絞線沿隔離架有序排列。

有觀測(cè)儀器的錨索采用無(wú)粘結(jié)式，其余采用粘結(jié)式。每束無(wú)粘結(jié)錨索由七根鋼絞線（有PE保護(hù)膜）、隔離架、進(jìn)漿管、回漿管、波紋管、導(dǎo)向帽和外對(duì)中支架組成，鋼絞線沿隔離架有序排列，保證鋼絞線之間、錨束與波紋管間有足夠的注漿體。

2.3 試驗(yàn)錨索位置的選擇

依據(jù)受力性能選型的原則和設(shè)計(jì)院技術(shù)聯(lián)系單，結(jié)合地下廠房地質(zhì)和錨索布置的實(shí)際情況，由設(shè)計(jì)和監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)確定內(nèi)錨式錨索和對(duì)穿式錨索的部位進(jìn)行試驗(yàn)錨索施工。

2.4 試驗(yàn)儀器、設(shè)備

① 鉆孔采用MD－50、YG－50型鉆機(jī)；

② 張拉采用ZB1－630A油泵配套YDCW1500A千斤頂。壓力表、千斤頂和油壓泵在使用前經(jīng)合格的法定計(jì)量單位進(jìn)行率定和校驗(yàn)；

③ 灌漿采用3SNS高壓注漿泵。

2.5 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

① 驗(yàn)證并修改設(shè)計(jì)參數(shù)；

② 熟悉并檢驗(yàn)工藝操作。

2.6 原材料的選用及試驗(yàn)

① 鋼絞線選用國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的1×7-15.24粘結(jié)型和1×7-15.24無(wú)粘結(jié)型鋼絞線，鋼絞線原材料檢測(cè)委托國(guó)內(nèi)某大學(xué)工程結(jié)構(gòu)與材料試驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)鋼絞線原材料的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率和彈性模量等各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)。

② 錨具選用國(guó)內(nèi)某公司預(yù)應(yīng)力制品制造有限公司生產(chǎn)的YM15-7型錨具，錨具原材料檢測(cè)委托某大學(xué)工程結(jié)構(gòu)與材料試驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)錨具原材料各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)。

③ 張拉設(shè)備的選用及率定：千斤頂采用YDCW1500A型液壓千斤頂,油泵采用ZB1-630A型,千斤頂、油壓泵及配套壓力表使用前均經(jīng)過(guò)率定。

④ 鋼墊墩原材料由國(guó)內(nèi)某鋼鐵公司生產(chǎn)，鋼墊墩原材料檢測(cè)委托國(guó)內(nèi)一家試驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)檢測(cè)鋼墊墩原材料各項(xiàng)指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)。

⑤ 水泥漿、預(yù)縮砂漿試驗(yàn)及配比由試驗(yàn)室提供。

2.7 施工方法

2.7.1 施工程序

2.7.2 施工方法

（1）鉆孔：

① 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙測(cè)量放線開(kāi)孔的具體位置，并做好標(biāo)記。

② 錨索鉆孔采用MD-50和YG-50型鉆機(jī)，利用高壓風(fēng)水排除孔內(nèi)巖粉成孔。在鉆孔過(guò)程中要不斷的調(diào)整鉆機(jī)的角度，確?？孜环显O(shè)計(jì)要求。根據(jù)巖石的具體情況調(diào)整鉆具的鉆進(jìn)速度，并用高壓風(fēng)掃孔，防止埋鉆、卡鉆。作好鉆孔原始記錄，以便分析施工部位的地質(zhì)情況。鉆孔結(jié)束后用高壓風(fēng)水對(duì)孔壁進(jìn)行清洗，直至孔口返出清水為止。作好孔口保護(hù)，防止掉渣堵孔。為滿足施工需要，需用鋼管搭設(shè)一個(gè)鉆孔平臺(tái)，驗(yàn)算其剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性，滿足施工和安全的需要。

（2）錨索制作、安裝

錨索加工車(chē)間設(shè)置G3GQ400型切割機(jī)和B×1-250-2型電焊機(jī)各一臺(tái)，同時(shí)在加工車(chē)間內(nèi)布設(shè)鋼絞線放線架一個(gè)，鋼絞線組裝平臺(tái)一個(gè)。錨索零部件加工平臺(tái)一個(gè)及其他電氣附屬設(shè)施，預(yù)應(yīng)力錨索組裝加工工序如下：

① 下料：將鋼絞線放在放線架上，人工將鋼鉸線慢慢在組裝架上放開(kāi)，用切割機(jī)按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度截取鋼絞線，每組7根。粘結(jié)式鋼絞線應(yīng)剔除刻痕、松散和銹蝕部分，無(wú)粘結(jié)錨索千斤頂工作段要?jiǎng)兂齈E包裹膜。

② 鋼鉸線清洗：鋼鉸線清洗采用高壓風(fēng)水清洗2～3分鐘，如鋼鉸線上仍有殘余樹(shù)脂，用棉紗或毛刷沾松香水清洗干凈。

③ 編索：將清洗干清的鋼鉸線擺放在組裝平臺(tái)上，將七根鋼鉸線用無(wú)鋅鉛絲均勻固定在隔離架上，綁扎牢固，以使鋼鉸線沿長(zhǎng)度方向有序地排列，保證鋼鉸線之間能充滿水泥漿，按設(shè)計(jì)圖紙布置好進(jìn)漿管和回漿管，并加以固定。無(wú)粘結(jié)錨索編索結(jié)束后，波紋管外每隔1.5m綁扎一個(gè)外對(duì)中支架，保證預(yù)應(yīng)力錨索位于鉆孔的中心位置，使鋼鉸線周?chē)凶銐虻淖{層。

④ 錨索的運(yùn)輸：用平板車(chē)將錨索由加工場(chǎng)地運(yùn)至廠房，然后由人工抬至各工作面。

⑤ 錨索安裝：對(duì)穿錨索下索前主要考慮相鄰洞室之間，以附洞室作為施工作業(yè)平臺(tái)進(jìn)行下索，確保主洞室相應(yīng)的其它工序正常施工。下索前先檢查注漿管和回漿管的暢通情況，確定無(wú)堵塞，用尼龍繩將錨索一端綁扎加以固定后，利用孔口錨桿，用滑輪人工將錨索慢慢送入孔內(nèi)。在錨索到達(dá)設(shè)計(jì)位置后，用托盤(pán)加以固定。對(duì)于無(wú)粘結(jié)錨索應(yīng)先將波紋管送入孔內(nèi)，固定后，將錨索下入管內(nèi)，并加以固定。注意控制好下索的速度和節(jié)奏。

（3）錨固端、張拉端鋼墊墩安裝

① 張拉端砼墩的澆筑

在加工間按施工圖紙下料、加工鋼筋和孔口鋼管，將加工好的鋼筋和孔口鋼管運(yùn)至工作面，按施工圖紙、技術(shù)規(guī)范及監(jiān)理要求進(jìn)行安裝。保證錨墩構(gòu)造鋼筋和孔口鋼管位置正確，安放并固定好模板。現(xiàn)場(chǎng)拌制砼，由進(jìn)料口下料，采用軟軸插入式振搗器，必要時(shí)采用木棒敲擊模板外部輔助振搗。砼分層下料振搗，保證振搗密實(shí)，無(wú)蜂窩麻面。

② 螺桿安裝：根據(jù)施工圖紙螺桿孔的位置用YT-27手風(fēng)鉆鉆孔，在鉆孔過(guò)程中要控制好手風(fēng)鉆的角度，保證孔位正確。成孔后用高壓風(fēng)水將鉆孔吹洗干凈，檢查錨固劑是否為質(zhì)地松軟、無(wú)受潮變硬、外包裝無(wú)破損的合格產(chǎn)品。除去錨固劑的外包裝，按照錨固劑使用說(shuō)明書(shū)要求的時(shí)間，將錨固劑浸入水中，待錨固劑松軟后，用竹竿將錨固劑送入孔底，攪拌均勻達(dá)到設(shè)計(jì)要求后插入錨桿。

③ 鋼墊墩安裝：鋼墊墩安裝前拌制好C40干硬性預(yù)縮砂漿，當(dāng)砂漿達(dá)到預(yù)縮時(shí)間后，在鋼墊墩底部平鋪C40干硬性預(yù)縮砂漿找平，準(zhǔn)備好鋼墊墩和錨具，調(diào)整好安裝角度，將螺桿插入鋼墊墩預(yù)留的四個(gè)孔中，安放墊片擰緊螺絲，將鋼墊墩固定牢固。

2.8 實(shí)驗(yàn)步驟

2.8.1 受力性能試驗(yàn)

內(nèi)錨式錨索受力性能試驗(yàn)在內(nèi)錨段漿液達(dá)到齡期、孔口鋼墊墩安裝后即可進(jìn)行；對(duì)穿式錨索受力性能試驗(yàn)在兩孔口鋼墊墩安裝后即可進(jìn)行。受力性能試驗(yàn)步驟：

① 由設(shè)計(jì)和監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)確定受力性能試驗(yàn)錨索后，內(nèi)錨式錨索張拉利用制作好的腳手架平臺(tái)，在平臺(tái)上鋪設(shè)竹制跳板，竹制跳板與鋼管綁扎牢固，四周設(shè)置防護(hù)欄；

② 內(nèi)錨式張拉設(shè)備、儀器的運(yùn)輸利用1.5t導(dǎo)鏈人工配合運(yùn)至工作面；對(duì)穿式錨索張拉設(shè)備、儀器由人工運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)；

③ 張拉設(shè)備儀器準(zhǔn)備就緒后，依次將錨板、錨具、千斤頂安裝、固定，連接油泵和千斤頂?shù)倪M(jìn)、回油管，連接電源，啟動(dòng)油泵，準(zhǔn)備張拉；

④ 整體張拉時(shí)，以20KN/min左右的速率進(jìn)行均勻6級(jí)加載,分級(jí)總荷載分別為200KN、250KN、500KN、750KN、1000KN、1150KN,每級(jí)荷載穩(wěn)壓5分鐘，用游標(biāo)卡尺測(cè)量錨索的實(shí)際伸長(zhǎng)值，若實(shí)際伸長(zhǎng)值大于理論伸長(zhǎng)值的10%或小于5%時(shí)，暫停張拉待查明原因并采取調(diào)整措施后再繼續(xù)張拉。

保持1150KN的總荷載20分鐘，并測(cè)量20分鐘內(nèi)錨索的徐變位移量，若徐變值不超過(guò)1mm，則認(rèn)為錨索合格，逐級(jí)卸荷至零荷載，每級(jí)荷載穩(wěn)壓5分鐘，用游標(biāo)卡尺測(cè)量錨索的實(shí)際伸長(zhǎng)值，觀察錨索預(yù)應(yīng)力損失情況。卸至零荷載后，移開(kāi)千斤頂上好夾片，采用單根對(duì)稱預(yù)拉，以消除鋼絞線松弛，然后整體張拉的方法。單根預(yù)拉的荷載為50KN，首先預(yù)拉中間一根鋼絞線,然后在采用對(duì)稱張拉的方法逐一預(yù)緊剩余六根鋼絞線,待7根鋼絞線全部預(yù)拉50KN消除錨索的松弛后,在以此作為初始荷載,進(jìn)行錨索的整體張拉。整體張拉時(shí),以20KN/min左右的速率均勻加載至935KN（設(shè)計(jì)噸位85T的1.1倍）,穩(wěn)壓20分鐘, 測(cè)定千斤頂卸荷前后錨索位移，算出錨索的實(shí)際鎖定噸位，若徐變值超過(guò)1mm，則再穩(wěn)壓45分鐘，并測(cè)量錨索的伸長(zhǎng)值，如果彈性變形在下述兩個(gè)限值之內(nèi)：

① 錨索的伸長(zhǎng)值上限為自由段長(zhǎng)度的彈性伸長(zhǎng)值

② 錨索的伸長(zhǎng)值下限為80%的自由段長(zhǎng)度的理論彈性伸長(zhǎng)值

則認(rèn)為錨索合格，分級(jí)卸荷至5MP、0MP后鎖定，用游標(biāo)卡尺測(cè)量錨索的實(shí)際伸長(zhǎng)值，觀察錨索預(yù)應(yīng)力損失情況。算出錨索的實(shí)際鎖定噸位。

2.9 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，在200KN這一級(jí)荷載，有幾根錨索的實(shí)際伸長(zhǎng)值遠(yuǎn)大于理論伸長(zhǎng)值的10%。在各級(jí)張拉荷載，其實(shí)際伸長(zhǎng)值均不同程度的超出設(shè)計(jì)、規(guī)范允許值。經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位共同研究、討論，認(rèn)為造成實(shí)際伸長(zhǎng)值超出設(shè)計(jì)、規(guī)范允許范圍的原因，可能為以下幾點(diǎn)：

① 由于索體自重，錨索在張拉前呈極度松弛狀態(tài)，在開(kāi)始加載時(shí)，索體要經(jīng)歷一個(gè)消除松弛的過(guò)程；

② 由于試驗(yàn)錨索部位巖石十分破碎，巖體受擠壓后產(chǎn)生變形；

③ 墊墩和錨具自身的變形；

④ 油壓表、游標(biāo)卡尺在讀數(shù)過(guò)程中引起累計(jì)誤差。

錨索在各級(jí)荷載下的實(shí)際伸長(zhǎng)值變化呈線性，也就是說(shuō)錨索在張拉過(guò)程中的變化是均勻的、彈性的。從荷載和錨索變形的曲線也能反應(yīng)出這種線性變化關(guān)系。經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位認(rèn)真細(xì)致的分析和討論，認(rèn)為此次錨索受力性能試驗(yàn)充分反映了實(shí)際情況，達(dá)到了驗(yàn)證設(shè)計(jì)參數(shù)，熟悉并檢驗(yàn)工藝操作的目的，試驗(yàn)是成功的，可行的，能滿足設(shè)計(jì)及各有關(guān)要求。

3 施工質(zhì)量過(guò)程控制

錨索施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙、相關(guān)規(guī)范以及經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)的"錨索施工技術(shù)和組織方案"、工程部編寫(xiě)的施工作業(yè)指導(dǎo)書(shū)及現(xiàn)場(chǎng)交底執(zhí)行，嚴(yán)格執(zhí)行"三檢制度"，嚴(yán)格控制施工質(zhì)量。預(yù)應(yīng)力錨索孔位按設(shè)計(jì)圖紙由測(cè)量逐個(gè)放點(diǎn)。在鉆孔過(guò)程中，每隔幾分鐘，用測(cè)斜儀檢查鉆孔角度和方向，發(fā)現(xiàn)偏差，及時(shí)糾正。鉆孔完成后，實(shí)際測(cè)量孔深，按實(shí)際孔深逐孔下料，并做好標(biāo)示。索體和錨索孔經(jīng)檢查驗(yàn)收通過(guò)后，方允許穿索。錨索具備張拉條件后，按設(shè)計(jì)要求逐級(jí)張拉?，F(xiàn)場(chǎng)計(jì)算張拉伸長(zhǎng)率，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，停止張拉，待查明原因，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理同意后，方可進(jìn)行施工。

4 小結(jié)

預(yù)應(yīng)力錨索的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是預(yù)應(yīng)力錨索施工的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件，確定對(duì)穿和內(nèi)錨錨索的施工部位，然后進(jìn)行試驗(yàn)，通過(guò)科學(xué)的手段得出的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為加快預(yù)應(yīng)力錨索提供了科學(xué)的依據(jù)。