預(yù)應(yīng)力錨索施工質(zhì)量控制及監(jiān)測結(jié)果淺析

謝長福 李 斌 李云松

(中國水電基礎(chǔ)局有限公司 天津 301700)

1 前言

湖北清江水布埡水利樞紐工程是一座以灌溉和供水為主，兼有發(fā)電、防洪、環(huán)境保護(hù)、旅游等綜合效益的水利工程。水布埡電站由于大壩較高，且溢洪道出口臨近大壩下游，因此，在河床兩岸地基中設(shè)有鋼筋混凝土防淘墻。防淘墻用預(yù)應(yīng)力錨索錨固于兩岸山體，在高程178m、186m、196m上各設(shè)置一排預(yù)應(yīng)力錨索，隨著防淘墻下游端高度的降低，預(yù)應(yīng)力錨索的排數(shù)相應(yīng)減少。本工程采用的預(yù)應(yīng)力錨索有內(nèi)錨式和對穿式兩種形式，本文只介紹內(nèi)錨式預(yù)應(yīng)力錨索的施工情況。

內(nèi)錨式預(yù)應(yīng)力錨索在防淘墻內(nèi)預(yù)留的錨索廊道內(nèi)施工，共139根，其中上傾38根，傾角8°，下傾101根，傾角5～11°(如圖1所示)，錨索的長度為45～53m，其中錨固段長度為10m，自由段無粘結(jié)，單束設(shè)計張拉力2000kN。

圖1 內(nèi)錨式預(yù)應(yīng)力錨索施工布置圖

2 錨索的類型和結(jié)構(gòu)

本工程內(nèi)錨式預(yù)應(yīng)力錨索，為多重保護(hù)無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，單根錨索結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 內(nèi)錨式無粘結(jié)錨索結(jié)構(gòu)圖

錨索主體由14根直徑15.2mm的鋼絞線和波紋管、隔離架、對中支架、導(dǎo)向頭等附件組成。高強(qiáng)低松弛無粘結(jié)型鋼絞線采用PE塑料套和涂油雙重保護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為1860MPa。錨索外套有波紋管，波紋管內(nèi)外均灌入水泥砂漿充填，外端用環(huán)氧砂漿進(jìn)行封堵;波紋管和水泥漿均有保護(hù)鋼絞線作用。隔離架位于波紋管內(nèi)，成對設(shè)置，中心距離錨固段為1.0m，自由段為2.0m，起隔離、支撐各根鋼絞線和灌漿管、排氣管的作用。對中支架裝于波紋管內(nèi)外，位置、間距與成對的隔離架相同，用于在鉆孔中錨索對中，使錨索四周間隙基本一致，錨索孔直徑為錨固段165mm，自由段185mm。

3 錨索施工

施工程序:測量定位→鉆孔→洗孔注水檢查→固結(jié)灌漿→掃孔→穿索→澆筑錨墩→錨固灌漿→張拉鎖定→回填廊道。

3.1 造孔

造孔錨索孔采用潛孔鉆機(jī)風(fēng)動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝造孔。根據(jù)控制點坐標(biāo)用鋼卷尺確定開孔位置;用地質(zhì)羅盤儀和傾角儀分別校正方位角和傾角。開孔位置偏差不得大于10cm，孔斜誤差不得大于孔深的2%，不允許欠深，超深不得大于20cm。鉆孔完畢后，用水和風(fēng)輪換沖洗鉆機(jī)，直至出水或回水澄清5min后結(jié)束。所有鉆孔沖洗結(jié)束后均對全孔進(jìn)行注水檢查，然后進(jìn)行固漿灌結(jié)。

3.2 固結(jié)灌漿

錨固段的圍巖固結(jié)灌漿采用孔內(nèi)卡塞、全孔一次純壓式灌漿法，灌漿壓力為0.3MPa，其他要求執(zhí)行《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》(DL/T 5148—2001)的規(guī)定。固結(jié)灌漿結(jié)束并待凝一段時間后，對錨索孔進(jìn)行掃孔處理。安裝錨索前，將鉆孔孔口堵塞保護(hù)。

3.3 編索錨索

采用1860MPa、15.2mm高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)鋼絞線編制。鋼絞線用型材切割機(jī)下料，并徹底清洗。沿錨索長度方向安設(shè)隔離支架組件，用隔離支架固定鋼絞線和注漿管的斷面位置;隔離支架2塊一組，間距內(nèi)錨段1m，自由段2m，兩對隔離支架間綁扎一道過火鐵絲(如圖3所示);綁扎前調(diào)直各鋼絞線，使之保持平行。然后在束體外面套上波紋管，最后在各對隔離支架間處裝上對中支架，并綁扎牢固。

圖3 錨索體編制示意圖

3.4 穿索

穿索錨索采用人工輔以機(jī)械方法安放，安放前先檢查錨索的制作質(zhì)量和完好情況，并用高壓風(fēng)清理鉆孔內(nèi)雜物。穿索時應(yīng)注意彎曲半徑，防止損壞波紋管。

3.5 錨孔注漿

錨索安裝到位后進(jìn)行全孔一次性澆筑純水泥漿。水泥漿水灰比為0.35∶1～0.4∶1，漿液中摻入一定數(shù)量的減水早強(qiáng)劑，其摻量為水泥質(zhì)量的3% ～6%。注漿壓力為0.5MPa。設(shè)置2根φ20mm PVC管作為進(jìn)、出漿管。灌漿采用有壓循環(huán)灌漿法，在排氣管上安裝壓力表;開始灌漿時敞開排氣管排出孔內(nèi)空氣、水和稀漿，回漿變濃時逐步關(guān)小排氣閥控制灌漿壓力。當(dāng)吸漿率小于0.4L/min時，灌注30min后再灌漿30min結(jié)束。

3.6 承壓墊墩制作

外錨頭承壓墊墩采用C35混凝土制作，施工前要求將基巖面上的松散巖層、巖面清洗干凈。澆筑混凝土前按設(shè)計要求安置螺旋鋼筋、導(dǎo)向套管、錨墊板、混凝土墊墩鋼筋籠，并使其中心線重合?；炷翝仓r要注意將錨墩下部搗實，防止出現(xiàn)蜂窩麻面。

3.7 張拉

當(dāng)錨固段水泥結(jié)石強(qiáng)度達(dá)到35MPa，承壓墊座混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%以上時，方可進(jìn)行張拉施工。根據(jù)錨固荷載，采用千斤頂配合高壓電動油泵張拉。張拉采用單根預(yù)緊再分級整體張拉的施工工藝。單根鋼絞線預(yù)緊拉力為30kN，錨索整體超張拉至2250kN后回放至2000kN鎖定。整體張拉時按以下拉力分級進(jìn)行:逐根預(yù)緊30kN—1000kN—1500kN—2000kN—2250kN。錨鎖定后，采用C35混凝土對外錨頭進(jìn)行封錨保護(hù)。

4 施工過程質(zhì)量控制

依據(jù)有關(guān)預(yù)應(yīng)力錨索施工的國家規(guī)范及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計圖紙、有關(guān)設(shè)計技術(shù)要求、施工合同文件、監(jiān)理批復(fù)意見等進(jìn)行質(zhì)量控制。

4.1 造孔

造孔質(zhì)量控制的目標(biāo)是孔位、孔深、孔徑和孔斜符合設(shè)計及規(guī)范要求，并防止發(fā)生各種孔內(nèi)事故，控制重點是鉆孔的方向和傾斜角度?？刂圃炜踪|(zhì)量的主要措施如下:

a.確保鉆機(jī)穩(wěn)定性，提高開孔精度。搭建牢固的鉆機(jī)平臺，用地錨螺栓穩(wěn)固鉆機(jī)，使鉆機(jī)與平臺牢固結(jié)合，并能在整個鉆進(jìn)過程中保持不移位。鉆進(jìn)開始時(孔深10m以內(nèi))，要適當(dāng)控制給進(jìn)壓力和回轉(zhuǎn)速度，放慢進(jìn)尺，確保鉆孔各項參數(shù)精確度(位置、傾角、方位)務(wù)必達(dá)到100%。

b.選擇合適的鉆孔方法，配備性能優(yōu)良的鉆機(jī)。采用潛孔鉆機(jī)風(fēng)動沖擊回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝造孔，具有功效高、故障少、成孔質(zhì)量好、處理事故能力強(qiáng)等優(yōu)點。

c.組配專用鉆具，優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)。采用較長的粗徑鉆具和110mm粗徑鉆桿，在鉆桿上每隔6m加裝一個扶正器，以增加鉆具的剛度和導(dǎo)向性能。鉆進(jìn)過程中要依據(jù)孔內(nèi)地層情況，選擇適宜的鉆進(jìn)參數(shù)，盡量采用較小的鉆壓。

d.加強(qiáng)檢測，及時糾偏。每鉆進(jìn)5～10m測量一次孔斜，發(fā)現(xiàn)問題采用合理的方法及時處理。特殊情況(如遇斷層、破碎帶等)還要加密測量。

e.要穿過斷裂破碎帶和軟弱巖層時，采用跟管鉆進(jìn)方法。遇塌孔、掉鉆等故障時，先對鉆孔進(jìn)行灌漿處理，而后繼續(xù)鉆進(jìn)。

4.2 錨索制作

錨索制作質(zhì)量控制的目標(biāo)是錨索的結(jié)構(gòu)和尺寸滿足設(shè)計要求，誤差在規(guī)范許可的范圍之內(nèi)。施工中應(yīng)重點控制下料長度、束體上各種元件(隔離架、對中支架、封堵器等)的安放位置、預(yù)應(yīng)力鋼絞線的潔凈情況和束體中的平順情況、綁扎牢固狀況。控制錨索制作質(zhì)量的主要措施如下:

a.鋼絞線、張拉設(shè)備及錨具等均應(yīng)有出廠合格證，鋼絞線進(jìn)場后應(yīng)首先抽樣進(jìn)行力學(xué)性能檢驗。

b.對鋼絞線不采用熱切割，不對其焊接;每根鋼絞線下料長度按以下公式確定:L=錨索孔深+錨墊板厚+錨墩厚+工具錨厚+工作錨厚+千斤頂長度+20cm，誤差控制在1cm以內(nèi)。

c.清除鋼絞線上油脂時，用專用工具將鋼絞線松開后，先用汽油逐根清洗，再用棉紗擦凈。

d.在平整的加工平臺上進(jìn)行編束，編束場地有防雨、防潮、防污染措施。

e.編束完成后對束體的結(jié)構(gòu)和尺寸逐段進(jìn)行檢查并作記錄，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

f.束體隨加工隨用。已制備好的束體盡早使用，避免長期存放。

g.錨索編制完成后要編號，分類存放在專用場地并加以保護(hù)。

4.3 穿索

束體編制完成均需經(jīng)過質(zhì)檢、監(jiān)理人員共同驗證無誤后方能進(jìn)行穿索工作，核對內(nèi)容主要包括:鋼絞線的規(guī)格、數(shù)量、束體長度、各元件綁扎位置、牢固程度、束體防護(hù)狀況、各種管路通暢完好情況等。

穿索前須掃孔并將孔壁清洗干凈，運輸時錨索卷曲半徑以不改變錨索的編束結(jié)構(gòu)為限。

穿索質(zhì)量控制的目標(biāo)是下設(shè)到位和防止損壞。錨索入孔時速度應(yīng)均勻，不得過多地來回抽動錨索體，防止損壞錨索體和使錨索體整體扭轉(zhuǎn)。錨索曲率半徑不得小于3m(大于5m為宜)，以免損壞波紋管。穿索中不得損壞錨索結(jié)構(gòu)，否則應(yīng)予更換。錨索安裝好后，及時對外露索體進(jìn)行保護(hù)。

4.4 承壓墊墩制作

承壓墊墩制作質(zhì)量控制的目標(biāo)是外錨頭的幾何尺寸、結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度滿足設(shè)計要求，從而使錨索注漿、張拉等后續(xù)工作能夠順利進(jìn)行，并為錨索的鎖定和正常運行創(chuàng)造條件。承壓墊墩制作質(zhì)量的控制點主要有:接觸面清理質(zhì)量;承壓鋼墊板、孔口管、螺旋鋼筋等組件的加工質(zhì)量;承壓鋼墊板與鋼筋的焊接質(zhì)量，承壓板與錨孔軸線的垂直精度:偏差應(yīng)不得大于0.5°;導(dǎo)向套管與錨孔的同心度:偏差不得大于1mm;混凝土的配合比:配料誤差不得大于2%;立模質(zhì)量:鋼模板要求根據(jù)錨墩幾何尺寸專門定做，安裝尺寸誤差不得大于±10mm;混凝土的澆筑質(zhì)量:防止因漏振出現(xiàn)蜂窩麻面。

4.5 錨孔注漿

錨孔注漿應(yīng)一次連續(xù)完成，水泥漿性能應(yīng)滿足設(shè)計要求，結(jié)石強(qiáng)度應(yīng)不低于35MPa，其主要質(zhì)量控制點為:水泥漿的原材料和配合比;注漿、排氣管路及密封裝置安裝質(zhì)量;制漿設(shè)備及方法;注漿設(shè)備及方法;漿液密度;注漿壓力。

4.6 錨索張拉

錨索張拉質(zhì)量的控制目標(biāo)是張拉荷載及鎖定荷載滿足設(shè)計要求;主要質(zhì)量控制點有:張拉機(jī)具的制造、安裝質(zhì)量;預(yù)緊拉力:誤差不超過1%;加載速率每分鐘不超過0.1倍設(shè)計張拉力，卸載速率每分鐘不超過0.2倍設(shè)計張拉力;錨索的實際伸長值應(yīng)在理論伸長值的110%～95%之間;張拉中夾片錯牙不應(yīng)大于2mm;鎖定后夾片回縮量不大于5mm。

4.7 外錨頭防護(hù)

外錨頭防護(hù)的質(zhì)控目標(biāo)是外露錨具和錨索端頭的封閉保護(hù)符合設(shè)計要求，有效防止腐蝕性物質(zhì)與錨索組件接觸，創(chuàng)造錨索長期、安全、正常運行的環(huán)境條件。質(zhì)量控制要點主要有:外錨具、外露鋼絞線及鋼墊板表面水泥漿及銹蝕的清理質(zhì)量;外漏鋼絞線及錨具涂刷環(huán)氧樹脂質(zhì)量;一、二期混凝土結(jié)合面鑿毛質(zhì)量;二期混凝土澆筑質(zhì)量。

5 質(zhì)量檢查及運行監(jiān)測

錨索施工過程中對內(nèi)錨段水泥漿、錨墩混凝土和錨索張拉進(jìn)行了抽樣檢驗，抽樣數(shù)量為錨束根數(shù)的5%。預(yù)應(yīng)力錨索施工完畢后，監(jiān)理工程師組織業(yè)主、質(zhì)量監(jiān)督站、設(shè)計和施工單位進(jìn)行了聯(lián)合驗收檢驗，檢測結(jié)果表明錨索施工質(zhì)量滿足《水工預(yù)應(yīng)力錨固施工規(guī)范》和預(yù)設(shè)要求。

預(yù)應(yīng)力錨索運行檢測主要是通過錨索測力計來實現(xiàn)的。通過大量的觀測結(jié)果表明:預(yù)應(yīng)力最大損失率為10.1%，在15%以內(nèi)，滿足要求;預(yù)應(yīng)力衰減率為3.9%，相應(yīng)損失荷載為80kN，錨索錨固力下降微弱，漸趨穩(wěn)定。錨固力沒有出現(xiàn)波動及聚變現(xiàn)象，說明該處山體是穩(wěn)定的。

目前，防淘墻內(nèi)多點位移計、鋼筋計和錨索測力計的檢測成果，以及地表巡視均未發(fā)現(xiàn)異常情況，可以認(rèn)為預(yù)應(yīng)力錨固支護(hù)等措施，使防淘墻變形得到了有效控制，防淘墻和馬崖高邊坡山體在整體上是穩(wěn)定的。

6 結(jié)語

水布埡水利樞紐工程面板堆石壩壩高233m，溢洪道出口臨近大壩，為了防止高水頭泄洪對大壩下游兩岸高邊坡的不利影響，采用了大深度、大厚度鋼筋混凝土防淘墻加預(yù)應(yīng)力錨索的支護(hù)方案，實踐證明，防淘墻和預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計合理，施工質(zhì)量和運行效果良好?！?/p>