淺談壓力分散型預應力施工核心工序

陳應相

（中國水利水電第三工程局 陜西 西安 710016）

1 工程概況

丹江口大壩加高過程中檢查發(fā)現初期工程溢流壩閘墩混凝土存在施工缺陷，主要體現在閘墩中部存在多條水平層間縫，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，影響其閘墩的耐久性。為此對初期閘墩進行預應力加固工程施工。若采用常規(guī)錨桿，應力往往集中一點，施加預應力時對壩體局部可能造成破壞。而采用壓力分散型預應力多層錨頭加固技術時在預應力不變的情況下，將集中點的預應力改為多段的預應力，這樣既達到了對壩體閘墩的加固效果，又不破壞壩體局部的穩(wěn)定性。大壩加高后，溢流壩段閘墩擬采用預應力加固，每個閘墩采用5束200t級預應力錨桿（索），加固方式為：“閘墩上游側三根有粘結錨桿+閘墩尾部二索無粘結錨索”。

2 工藝流程

施工準備→鉆孔、擴孔→洗孔及抽水→錨桿制作與安裝→灌漿→張拉→錨頭保護→觀測→安全防護措施。

由此不難看出以上施工工序與常規(guī)預應力施工工序基本一致，唯一與之不同之處在于擴孔及錨桿制作。此兩道工序正是預應力施工中由常規(guī)預應力受力點由集中轉化為分散型預應力的關鍵。本文著重介紹這兩道工序的重要性及在施工過程中存在的問題及解決方法。

3 擴孔

3.1 概念

所謂擴孔，即開孔時按照相關技術要求采用相應的鉆頭進行鉆孔作業(yè)待鉆孔達到設計深度時采用專用的的擴孔鉆頭對相應的擴孔部位進行擴孔作業(yè)。在丹江口大壩閘墩預應力施工過程中鉆孔孔徑為171mm,待鉆孔鉆至設計深度后在孔底相應部位需按照技術要求進行三層擴孔施工擴孔孔徑為265mm，擴孔體型為倒錐形。體型圖如下所示。

3.2 擴孔施工

擴孔采用XY-2型地質鉆機專用擴孔鉆頭用清水做沖洗液回轉擴孔。當鉆孔達到設計深度后，提起鉆具進行擴孔施工，擴孔施工根據相關的技術要求進行擴孔作業(yè)。在丹江口閘墩預應力加固施工過程中按設計要求每孔分三層擴孔。根據擴孔位置配置擴孔鉆頭，按照底層、中層、上層的順序分三次進行擴孔作業(yè)。

底層擴孔：按照底層擴孔位置距孔底0.5m的要求組裝擴孔鉆頭，并進行下鉆作業(yè)，當擴孔鉆頭下至孔底后，在鉆桿上做標記，當鉆進行程達到擴孔鉆頭最大行程，并且鉆桿扭矩明顯減少時，底層擴孔完畢起鉆；復核鉆頭刀口上緣與鉆頭底板間的長度并記錄。

中間層擴孔：按照中間層擴孔位置距孔底3.5m的要求組裝擴孔鉆頭；同擴底層擴孔的工藝過程擴孔完畢起鉆，復核鉆頭刀口上緣與鉆頭底板之間的長度并記錄。

上層擴孔：按照上層擴孔位置距孔底6.5m的要求組裝擴孔鉆頭，同擴底層擴孔的工藝過程擴孔完畢起鉆，復核鉆頭刀口上緣與鉆頭底板之間的長度并記錄。

擴孔的尺寸和形狀在于鉆頭的加工精度，擴孔鉆頭是由本單位技術人員自主研發(fā)設計加工生產的專用擴孔鉆頭，生產好的鉆頭尺寸及形狀和設計要求進行校核，達到設計要求的尺寸和形狀方能投入使用。在鉆孔過程中按照要求進行鉆頭的組裝，在每一層的擴孔過程中將擴孔鉆頭插入直孔底后，在鉆桿上做標記詳細記錄鉆桿的鉆進行程；將鉆頭鉆桿與鉆機相連進行擴孔，當鉆桿行程達到16mm時，該層擴孔完畢，提起擴孔鉆頭；復核刀口上緣與鉆頭底板間的長度并進行記錄。擴孔完成后用攝像頭觀測擴孔間距、擴孔質量及擴孔部位混凝土的表觀質量，觀測過程中發(fā)現擴孔效果未達到設計要求時，用相應的擴孔鉆頭進行修正直至滿足設計要求。

3.3 注意事項及解決措施

3.3.1 擴孔孔徑大小及形狀的選擇性。

因在擴孔部位需安裝自張自鎖內錨頭裝置從而達到預應力分散的效果，根據擴孔位置內錨頭裝置在受力狀態(tài)下開張大小配置擴孔鉆頭進行擴孔施工。在丹江口閘墩預應力施工過程中按照設計技術要求開孔孔徑為φ171，按照底層、中層、上層的順序分三次進行擴孔施工作業(yè)，擴孔孔形為倒錐面，錐底直徑285mm。在生產裝用擴孔鉆頭初期經試驗發(fā)現鉆頭在受力過大的情況下能自動張開但是不易收縮、擴孔成形表面為波紋狀，若在正常的施工情況下可能會造成擴孔完畢后擴孔鉆頭卡入孔內不能起鉆出現質量事故且擴孔成形也不滿足設計技術要求。因此經過長期的研究與討論不斷的進行調整解決了此項技術問題，即擴孔鉆頭內部采用連動裝置，擴孔鉆頭刀片采用刀刃互補的辦法；

3.3.2 擴孔部位的選擇性。

一般情況下擴孔部位在相關的技術要求中有明確的規(guī)定可按照相關要求執(zhí)行，在特殊情況下可根據現場的地質等實際情況綜合來確定。在實際的施工過程中擴孔部位需通過觀察此部位的巖芯質量及孔內錄像等方式來確定此部位的強度等相關指標是否滿足相關要求，如若通過相關的技術手段檢測成果不滿足要求需上報相關部門采取一定的技術措施解決有關問題如采取固結灌漿、混凝土回填等方式方法來確保擴孔部位的強度指標直至滿足相關要求后進行擴孔作業(yè)。

3.3.3 擴孔位置的準確性。

內錨固段擴孔位置的準確性不僅在安裝錨桿的過程中節(jié)約材料降低成本而且保證了內錨固段應力的分布確保了預應力加固的效果，因此擴孔位置的準確性尤為重要，如何保證擴孔位置的準確性在施工過程中尤為關鍵。如在鉆孔過程中產生的粉碎巖削在孔內淤積過多而在擴孔前不給予處理從而導致在擴孔作業(yè)過程中影響擴孔位置的準確性產生上述問題。因而在丹江口閘墩預應力加固施工過程中為避免產生相關問題采取了一系列有效的措施。如在鉆孔過程中在地質鉆機鉆具上安裝塵沙管、加大鉆孔用水流量從而使鉆孔產生的粉碎巖削沉積在沉沙管內、在起鉆過程中連同鉆具撈起進行處理、在鉆孔完成后通過風水聯合沖洗對孔內殘留的沉淀物進行處理直至孔內無殘留物等。

4 錨桿體制作

4.1 錨桿體結構

錨桿體主要是由3組錨桿、3組內錨頭、灌漿管、對中支架及隔離架等組件按照一定的結構形式進行組裝完成。組裝完成后的錨桿體結構如下圖所示。

4.2 自張自鎖內錨頭裝置

自張自鎖內錨頭裝置由楔塊和支座組成，材料為Q235B，楔塊分成6瓣，組裝合攏后的圓筒外徑Φ155 mm，楔塊張開后的張開角為26.56°，楔塊長161mm。具體結構如下圖所示。

丹江口閘墩預應力錨桿加固施工過程中自張自鎖內錨頭裝置是根據其工作原理及相關的技術要求自主研發(fā)加工生產的，所述自張自鎖裝置楔塊部分包括楔塊、夾板、楔塊夾板支座等幾個部件；內錨頭楔塊為6塊，分別與楔塊夾板固定連接，楔塊夾板與楔塊支座靈活連接；其工作原理是靠錨頭楔塊自身的重力及錨桿張拉產生的垂向拉應力使之楔塊自動張開、閉合與大噸位分散型預應力施工過程中擴孔部位緊密重合從而達到預應力受力點固定于此部位的效果；此裝置能夠保證預應力受力點分布于某一固定點，通過配套的幾組內錨頭裝置共同作用從而達到預應力受力點由集中到分散的效果。所述自張自鎖裝置不僅加工精巧而且組裝簡單靈活生產成本較低，便于推廣使用。

在自張自鎖內錨頭裝置生產加工過程中其底座的大小及楔塊在完全張開的狀態(tài)下其張開度根據其相關的技術要求具體確定，但必須保證在完全張開的狀態(tài)下與擴孔部位完全重合從而達到其分散預應力的效果。因此裝置在工作狀態(tài)下是把施加的預應力傳遞給被錨固介質，而楔塊是由小型螺栓與底座靈活連接，在受力狀態(tài)下楔塊所承受張拉力必須通過底座與楔塊共同作用傳遞給被錨固介質，因此在此狀態(tài)下楔塊與底座的受力點必須是楔塊底部與底座接觸點而并非其連接點。在工作狀態(tài)下楔塊應與底座接觸，而在非工作狀態(tài)下除其連接點外楔塊與底座并無接觸。

4.3 錨桿體加工制作

有錨桿體采用精軋螺紋鋼筋（Ф25級別PSB930）進行加工制作，在錨桿體的制作過程中鋼筋切斷采用砂輪機，第一組總長度：孔深+2.0m，第二組總長度：孔深-1.0m，第三組總長度：孔深-4.0m。每個內錨頭安裝的兩根精軋螺紋鋼筋第一段長度分別取7.5m和9m，其它段用9m鋼筋用連接器接長，以錯開6根鋼筋接頭位置并和內錨頭進行組裝。以2根一組分別與一個內錨頭穿精軋螺紋鋼用螺母連接。其它未用螺母連接的鋼筋與錨頭楔塊座之間允許相對滑動，可靈活調整錨頭位置。三層內錨頭組裝間距與實際擴孔間距保持一致。三層內錨頭組裝的間距滿足要求后，螺母和鋼筋連接接頭與螺紋鋼之間用注縫膠灌密實，以防止錨桿安裝時松動。其它未用螺母連接的鋼筋與錨頭楔塊座之間允許相對滑動。錨頭安裝時用繩索或鐵絲將楔塊捆綁，以防擾動造成錨頭的損壞。各層錨頭安裝完畢后，安裝灌漿管、對中支架。

5 結語

綜上所述，擴孔技術及錨桿體加工制作是在預應力施工過程中預應力受力點由集中轉化為分散型預應力的核心工序，正是由于其共同作用使其達到了預應力分散的加固效果。在丹江口大壩閘墩預應力加固施工過程中通過壓力分散型預應力的施工既縮短了施工工期，又增加了大壩混凝土水平層間縫的剪切力，減少了錨固段預應力對壩體的破壞，將新壩體與老壩體有效的連接一起，增加了整體大壩的抗剪力，保證了大壩的長期的安全運行。陜西水利