丹江口大壩加高工程閘墩預(yù)應(yīng)力錨桿加固技術(shù)

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(南水北調(diào)中線水源有限責(zé)任公司， 湖北 丹江口 442700)

丹江口大壩加高工程閘墩預(yù)應(yīng)力錨桿加固技術(shù)

王立，胡雨新，周榮

(南水北調(diào)中線水源有限責(zé)任公司， 湖北 丹江口 442700)

丹江口水庫大壩加高工程是南水北調(diào)中線水源工程，此次丹江口大壩加高工程閘墩預(yù)應(yīng)力加固，對大壩10個(gè)壩段和20個(gè)閘墩進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加固。本文主要介紹了丹江口大壩加高工程閘墩預(yù)應(yīng)力錨桿加固的施工技術(shù)。錨桿測力計(jì)的觀測數(shù)據(jù)表明，預(yù)應(yīng)力錨桿施工滿足設(shè)計(jì)要求。

丹江口大壩加高工程； 初期閘墩； 預(yù)應(yīng)力錨桿加固

1 工程概況

丹江口大壩加高工程是在丹江口水利樞紐初期工程基礎(chǔ)上進(jìn)行的改擴(kuò)建工程。位于湖北省丹江口市漢江干流與丹江匯合口下游約800m 處，壩頂高程為176.60m，混凝土壩段由左右岸聯(lián)接、深孔、溢流、廠房共58個(gè)壩段組成，溢流壩段(14～24號)每個(gè)壩段長24m，其中18號壩段為非溢流壩段。14～17號和19～24號每個(gè)壩段設(shè)置2個(gè)8.50m寬的溢流表孔，共計(jì)20孔，堰頂高程152.00m。堰頂以上閘墩高24.60m(墩頂高程為176.60m)，閘墩寬3.50m，長34m，共計(jì)20個(gè)閘墩。丹江口工程是一座具有防洪、供水、發(fā)電、航運(yùn)等綜合功能的大型水庫工程。

初期工程閘墩加固項(xiàng)目，位于丹江口大壩溢流14～17號和19～24號壩段，右側(cè)臨近13號壩段，左側(cè)臨近25號壩段。在丹江口大壩加高過程中，檢查發(fā)現(xiàn)初期工程溢流壩段閘墩多層面出現(xiàn)不同程度施工用水外滲現(xiàn)象，主要體現(xiàn)在初期閘墩中部存在多條水平層間縫，通過鉆孔、注水和壓氣檢查，發(fā)現(xiàn)水平層間縫的分布與初期工程閘墩施工層面基本吻合，說明閘墩存在施工缺陷。閘墩加高后，部分層間縫位于閘墩下部，這些水平層間縫削弱了閘墩剛度和整體性，影響閘墩加高后的結(jié)構(gòu)受力性能。另一方面在溢流壩部分閘孔泄洪時(shí)，一側(cè)泄洪、另一側(cè)閘孔關(guān)閉，這種工況下閘墩非對稱受力，閘墩上游端部分區(qū)域存在拉應(yīng)力區(qū)，使原先已存在的層間縫局部呈現(xiàn)張開趨勢，在閘孔泄流及震動荷載作用下將影響閘墩的耐久性，為此，對初期閘墩施加豎向預(yù)壓應(yīng)力加固，以提高閘墩的整體性和耐久性。

預(yù)應(yīng)力加固施工是在溢流壩段加高完成后的每個(gè)閘墩上進(jìn)行。每個(gè)閘墩施加5束200t預(yù)應(yīng)力錨桿(索)(如圖1所示)。加固方式為：閘墩上游側(cè)三根有粘結(jié)錨桿+閘墩尾部二索無粘結(jié)錨索”。三根有粘結(jié)錨桿長度分別為42m、46m、50m。兩根錨索長度分別為48m、50m。 14～24號溢流壩段20個(gè)閘墩，共有100個(gè)錨固孔。

圖1 丹江口大壩加高閘墩預(yù)應(yīng)力加固孔位布置示意圖

2 預(yù)應(yīng)力錨桿加固施工

2.1 施工工藝流程

有粘結(jié)錨桿施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→鉆孔、擴(kuò)孔→洗孔及抽水→錨桿制作與安裝→灌漿→張拉→錨頭保護(hù)→觀測→安全防護(hù)措施(圖2所示)。

圖2 2000kN級預(yù)應(yīng)力錨桿施工工藝流程圖

2.2 閘墩預(yù)應(yīng)力工藝性試驗(yàn)

閘墩預(yù)應(yīng)力工藝性試驗(yàn)施工方案，批復(fù)意見選擇在右10壩段由監(jiān)理工程師指定的一試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行，試驗(yàn)內(nèi)容主要包括鉆孔、擴(kuò)孔、錨桿制安、張拉、灌漿等內(nèi)容。

2013年5月13日，閘墩預(yù)應(yīng)力工藝性試驗(yàn)開始施工，5月26日，完成了預(yù)應(yīng)力工藝性試驗(yàn)的所有施工項(xiàng)目，監(jiān)理中心組織水源公司、設(shè)計(jì)、質(zhì)量監(jiān)督站等相關(guān)單位進(jìn)行了聯(lián)合驗(yàn)收。驗(yàn)收結(jié)果證明：所有工序滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3 鉆孔、擴(kuò)孔施工

2.3.1 鉆孔

采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行鉛垂鉆孔，孔徑171mm，孔斜偏差小于3‰。錨孔鉆進(jìn)過程中，遇混凝土架空或失水嚴(yán)重等情況，立即停鉆進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，再繼續(xù)鉆進(jìn)。在灌漿過程中發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重串孔、冒漿、裂縫漏漿不起壓等現(xiàn)象，根據(jù)具體情況采取嵌縫、低壓、濃漿、間歇灌漿、灌水泥砂漿、細(xì)骨料混凝土、加速凝劑等方法進(jìn)行處理。特殊問題，通知監(jiān)理工程師和設(shè)計(jì)單位及時(shí)研究處理。

2.3.2 擴(kuò)孔

擴(kuò)孔采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行，專用擴(kuò)孔鉆頭按照設(shè)計(jì)圖對擴(kuò)孔形狀及尺寸要求在專業(yè)廠家加工訂做。當(dāng)錨桿鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，提起鉆具進(jìn)行擴(kuò)孔施工。根據(jù)擴(kuò)孔位置配置擴(kuò)孔鉆頭，按照底層、中層、上層的順序分三次進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)，并做詳細(xì)記錄。

嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙規(guī)定的位置組裝擴(kuò)孔鉆頭，在鉆桿上詳細(xì)記錄鉆桿的鉆進(jìn)行程，當(dāng)鉆桿行程達(dá)到16mm時(shí)，該層擴(kuò)孔完畢，提起擴(kuò)孔鉆頭；復(fù)核刀口上緣與鉆頭底板間的長度并進(jìn)行記錄。

采用鉆孔攝像儀觀測擴(kuò)孔質(zhì)量及擴(kuò)孔部位混凝土的表觀質(zhì)量。達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，可用相應(yīng)擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行修正直至滿足設(shè)計(jì)要求。

2.3.3 洗孔及抽水

鉆(擴(kuò))孔完畢，將水管伸入孔底，采用高壓水從孔內(nèi)向孔外進(jìn)行沖洗，直至回水清水后再延續(xù)5～10min。洗孔完畢后，對鉆孔進(jìn)行全孔抽水和高壓風(fēng)吹干吹凈，并做好孔口保護(hù)，以免雨水和雜物進(jìn)入。

2.4 錨桿制備、錨頭安裝

自鎖錨頭裝置按照設(shè)計(jì)圖在專業(yè)廠家加工訂做。預(yù)應(yīng)力錨桿自鎖錨頭由楔塊和支座組成，材料為Q235B，楔塊分成6瓣，組裝合攏后的圓筒外徑φ155mm，楔塊張開后的張開角為26.56°，楔塊長161mm，如圖3所示。

圖3 預(yù)應(yīng)力錨桿自鎖裝置

鋼筋下料：鋼筋切斷采用砂輪機(jī)，第1組孔深+2m， 第2組孔深-1m，第3組孔深-4m。每個(gè)內(nèi)錨頭安裝的兩根精軋螺紋鋼筋第1段長度分別取7.50m和9m，其他段用9m鋼筋用連接器接長，以錯開6根鋼筋接頭位置。

有粘結(jié)錨桿內(nèi)錨頭由楔塊和支座組成，以兩根一組分別與一個(gè)內(nèi)錨頭穿精軋螺紋鋼用螺母連接。其他未用螺母連接的鋼筋與錨頭楔塊座之間允許相對滑動，可靈活調(diào)整錨頭位置。三層內(nèi)錨頭組裝間距與實(shí)際擴(kuò)孔間距保持一致。

錨頭安裝時(shí)用繩索或鐵絲將楔塊捆綁，以防擾動造成錨頭損壞。各層錨頭安裝完畢后，安裝灌漿管、對中支架。

2.5 錨桿入孔吊裝

在孔口位置安裝支座鋼墊板并座漿，使墊板內(nèi)圓孔中心與鉆孔中心一致。

采用專用吊具、孔口錨桿組裝平臺，并輔以人工緩慢放入孔內(nèi)。將錨桿分段在孔口進(jìn)行連接組裝，先將內(nèi)錨段吊入孔內(nèi)，下放錨桿時(shí)，待各層錨頭上方的楔塊局部入孔后方可解開捆綁的繩索或鐵絲。采取防護(hù)措施防止錨桿內(nèi)錨段直接掉入孔內(nèi)。接著用連接器接長鋼筋，安裝注漿管、對中支架，邊吊裝邊接長錨桿，直至全部入孔，待錨桿下落至孔底部位后，提升錨桿至卡緊狀態(tài)，確認(rèn)錨頭已至擴(kuò)孔部位后，擰緊錨固板鎖緊螺帽，固定就位，若發(fā)現(xiàn)錨頭未卡入擴(kuò)孔內(nèi)，下放錨桿重新提起直至楔塊卡入擴(kuò)孔內(nèi)。

錨桿外露端長度小于2m便于安裝張拉設(shè)備。安裝2cm厚封口墊板和螺母、支架及穿心千斤頂。

錨桿入孔固定后，通過穿心千斤頂預(yù)張拉方法調(diào)節(jié)各層錨頭與壩體擴(kuò)孔部位間距，使得楔塊與擴(kuò)孔部位上邊緣完全貼合。采用千斤頂分層預(yù)張拉且持續(xù)1min時(shí)，確認(rèn)自鎖錨頭與擴(kuò)孔壁完全貼合程度，鎖緊對應(yīng)螺母。

2.6 預(yù)應(yīng)力錨桿灌漿

為充分發(fā)揮擴(kuò)孔自鎖錨頭的錨固效果，采取單層錨頭局部范圍先灌漿后張拉的方式進(jìn)行預(yù)應(yīng)力施加，即單層錨頭上方2m范圍內(nèi)局部灌漿，待灌漿料強(qiáng)度接近加固壩體混凝土強(qiáng)度后，進(jìn)行該層錨頭的張拉，按同樣方法進(jìn)行其他層錨桿的預(yù)應(yīng)力施加。

內(nèi)錨頭灌漿：分3次采用高強(qiáng)無機(jī)灌漿料進(jìn)行灌漿，按照理論進(jìn)漿量制作定量容器，在孔口利用漿液自重進(jìn)行定量灌漿作業(yè)，確保錨固端位置的準(zhǔn)確。注漿過程中隨著漿液面升高同時(shí)上拔注漿管，上拔注漿管時(shí)保證注漿管出口始終埋入漿液內(nèi)1m。

高強(qiáng)無機(jī)灌槳料需現(xiàn)場集中采用砂漿攪拌機(jī)拌制，粉料與水一次性投入，攪拌時(shí)間約3～4min。拌制好的漿料控制在30min內(nèi)用完。

張拉段灌漿時(shí)間及灌漿材料：完成第3層錨桿張拉、鎖定和應(yīng)力調(diào)整完成1d后無異常即可進(jìn)行孔口段灌漿。灌漿采用42.5普通硅酸鹽水泥濃漿灌漿，水泥漿標(biāo)號為M35(7d)，水灰比為0.35～0.4∶1，配比及外加劑摻量通過試驗(yàn)確定。

張拉段灌漿方法：錨桿孔內(nèi)漿液面上升速度不大于2m/min，注漿過程中隨著漿液面升高同時(shí)上拔注漿管，上拔注漿管時(shí)保證注漿管出口始終埋入漿液內(nèi)1m。注漿時(shí)注漿管進(jìn)漿，排氣管上安裝壓力表，采用有壓循環(huán)注漿法。開始注漿時(shí)，敞開排氣管排出氣體、水和稀漿，回濃漿時(shí)逐步關(guān)閉排氣閥，使回漿壓力達(dá)到0.2～0.3MPa，吸漿率小于0.4L/min時(shí)，再屏漿30min即可結(jié)束。

現(xiàn)場灌漿時(shí)制作一定數(shù)量的試模，同時(shí)，按不同天數(shù)(2～7天)進(jìn)行試塊強(qiáng)度測試。

2.7 張拉施工

先率定張拉設(shè)備的 “油壓值-張拉力”。待灌漿料強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行各層錨頭的張拉施工。

單層錨頭張拉前，按照每層自由段長度計(jì)算每層錨桿的理論伸長值。張拉時(shí)記錄每一級荷載伸長值和穩(wěn)壓時(shí)的變形量，且與理論伸長值進(jìn)行比較，如果實(shí)測伸長值大于計(jì)算值的10%或小于5%，查明原因并進(jìn)行相應(yīng)處理。

張拉過程中，必須緩慢加載，升荷速率每分鐘不宜超過設(shè)計(jì)應(yīng)力的1/10，當(dāng)達(dá)到每一級控制力后穩(wěn)壓5min即可進(jìn)行下一級張拉，達(dá)最后一級張拉后，穩(wěn)壓10min即可鎖定。

張拉作業(yè)根據(jù)內(nèi)錨頭安裝及灌漿情況按照底層、中層、上層三個(gè)階段進(jìn)行，待灌漿料強(qiáng)度接近加固壩體混凝土強(qiáng)度后，進(jìn)行該層錨頭的張拉，按同樣方法進(jìn)行其他層錨桿的預(yù)應(yīng)力施加。每層施加的預(yù)應(yīng)力為700kN。

錨桿正式張拉前，預(yù)張拉200kN張拉力，觀察錨孔口的鋼座板是否發(fā)生旋轉(zhuǎn)，若發(fā)生旋轉(zhuǎn)，做出標(biāo)記。千斤頂卸載后，調(diào)整張拉板轉(zhuǎn)角，與孔口鋼座板轉(zhuǎn)角相同，繼續(xù)預(yù)張拉200kN，直至鋼底座不再旋轉(zhuǎn)為止。

每級200kN，直至2000kN，超張拉，并鎖緊錨固螺母，或按規(guī)范分級張拉至超載鎖定，記錄相應(yīng)數(shù)據(jù)。

錨桿張拉時(shí)及時(shí)準(zhǔn)確記錄油壓表讀數(shù)、千斤頂伸長值等。考慮到鎖緊瞬間的預(yù)應(yīng)力損失，預(yù)應(yīng)力施加時(shí)應(yīng)進(jìn)行超張拉。張拉至相應(yīng)荷載后，鎖緊對應(yīng)精軋螺紋鋼筋的錨固螺母，并卸載千斤頂，觀測鎖緊后鋼筋應(yīng)變讀數(shù)。

張拉過程中，如果錨頭周圍拉力過大，立即停止張拉，分析原因，提出整改方案。

2.8 外錨頭保護(hù)

張拉鎖定完畢，卸下反力錨固版及千斤頂后從錨固鋼板外端量起，留60mm鋼筋，其余部分用砂輪切割機(jī)截去，錨頭做永久防銹處理。

將錨固鋼板、鋼筋外露頭、鋼墊板表面水泥漿及銹蝕等清理干凈，并將一、二期混凝土結(jié)合面鑿毛，進(jìn)行錨頭坑二期混凝土回填澆筑。

3 質(zhì)量保證措施

a.為保證鉆孔孔斜的精度，主要采取以下措施：選用合理的鉆進(jìn)參數(shù)。牢固固定鉆機(jī)，混凝土面上采用膨脹螺栓固定鉆機(jī)，嚴(yán)格控制開孔前開孔鉆具的鉛垂度；加長鉆具，孔深達(dá)一定深度后，采用鉆鋌加壓及負(fù)壓鉆進(jìn)；專人采用高精度測斜儀負(fù)責(zé)孔斜測量，發(fā)現(xiàn)鉆孔偏斜，及時(shí)采取措施糾編。

b.擴(kuò)孔施工時(shí)采用專業(yè)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的擴(kuò)孔鉆頭，并對鉆頭尺寸、形狀與設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行校核，是否符合設(shè)計(jì)要求。鉆孔過程中按要求進(jìn)行鉆頭組裝，在每層擴(kuò)孔過程中將擴(kuò)孔鉆頭插入直孔底后，在鉆桿上做標(biāo)記，詳細(xì)記錄鉆桿的鉆進(jìn)行程；當(dāng)鉆桿行程達(dá)到16mm時(shí)，該層擴(kuò)孔完畢，提起擴(kuò)孔鉆頭；復(fù)核刀口上緣與鉆頭底板間的長度并進(jìn)行記錄；擴(kuò)孔完成后用攝像頭觀測擴(kuò)孔間距、擴(kuò)孔質(zhì)量及擴(kuò)孔部位混凝土的表觀質(zhì)量，觀測過程中發(fā)現(xiàn)擴(kuò)孔效果未達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，用相應(yīng)擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行修正直至滿足設(shè)計(jì)要求。

c.為滿足錨桿入孔吊裝質(zhì)量要求，在孔口位置安裝支座鋼墊板并座漿，使得墊板內(nèi)圓孔中心與鉆孔中心一致；采用專用吊具、吊車吊裝入孔，待錨桿下落至孔底部位后，提升錨桿至卡緊狀態(tài)，確認(rèn)錨頭已至擴(kuò)孔部位后，擰緊錨固板鎖緊螺帽，固定就位。

4 錨固結(jié)果分析

為觀測預(yù)應(yīng)力錨桿(索)在張拉過程中及張拉完成后預(yù)應(yīng)力變化情況，在閘墩預(yù)應(yīng)力施工過程中按設(shè)計(jì)要求安裝了測力計(jì)，測力計(jì)安裝在17號、21號及24號溢流壩段各閘墩上，分別選取1個(gè)錨桿和錨索進(jìn)行測力計(jì)安裝，共計(jì)6套測力計(jì)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉觀測(錨桿觀測結(jié)果如圖4、圖5、圖6所示)。

圖4 MG-54應(yīng)力變化走勢

圖5 MG-40應(yīng)力變化走勢

圖6 MG-7應(yīng)力變化走勢

觀測結(jié)果表明，目前預(yù)應(yīng)力錨固孔預(yù)應(yīng)力變化情況均滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求(大于2000kN)并趨于穩(wěn)定，閘墩預(yù)應(yīng)力加固施工符合設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié) 語

丹江口大壩初期工程閘墩預(yù)應(yīng)力錨桿加固，是丹江口大壩初期工程缺陷處理項(xiàng)目之一，預(yù)應(yīng)力錨桿的施工質(zhì)量關(guān)系到閘墩結(jié)構(gòu)的安全。施工單位在業(yè)主、設(shè)計(jì)及監(jiān)理單位的指導(dǎo)與協(xié)調(diào)下，精心組織施工，在施工過程中嚴(yán)格控制每道施工工序，待每道工序施工完畢后進(jìn)行工序驗(yàn)收，確保每道工序滿足設(shè)計(jì)要求。錨桿測力計(jì)觀測數(shù)據(jù)表明，預(yù)應(yīng)力錨桿施工質(zhì)量優(yōu)良，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求?！?/p>

Gate Pier Pre-stressed Anchor Rod Reinforcement Technology of Danjiangkou Dam Heightening Project

WANG Li, HU Yu-xin, ZHOU Rong

(South-to-NorthWaterDiversionProjectMidlineWaterSourceCo.,Ltd.,Danjiangkou442700,China)

Danjiangkou Reservoir Dam Heightening Project belongs to South-to-North Water Diversion Midline Water Source Project. Pre-stressed reinforcement is conducted on 10 dam sections and 20 gate piers on the dam during gate pier pre-stressed reinforcement of Danjiangkou Dam Heightening Project. Construction technology of gate pier pre-stressed anchor rod reinforcement of Danjiangkou Dam Heightening Project is mainly introduced in the paper. Observation data of rock bolt dynamometer shows that pre-stressed anchor rod construction can meet design requirements.

Danjiangkou Dam Heightening Project; early gate pier; pre-stressed anchor rod reinforcement

TV522

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1005-4774(2014)06-0009-06