廠房巖壁梁錨桿施工質(zhì)量控制研究

李 鳳 玉

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 郫縣 611730)

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廠房巖壁梁錨桿施工質(zhì)量控制研究

李 鳳 玉

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司，四川 郫縣 611730)

巖壁梁是水電站地下廠房的主要結(jié)構(gòu)，在水電機(jī)組安裝及檢修時(shí)將承擔(dān)較大的荷載，巖壁梁錨桿在這個(gè)過程中將承擔(dān)較大的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力并將應(yīng)力傳遞到巖壁上。因此，巖壁梁錨桿施工是巖壁梁在整個(gè)廠房建設(shè)與運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，巖壁梁錨桿施工質(zhì)量關(guān)系到巖壁梁能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行。白鶴灘水電站地下廠房巖壁梁錨桿施工具有部分地質(zhì)條件復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量控制要求高、施工工藝復(fù)雜等特點(diǎn)，在施工過程中通過精心組織，周密策劃，嚴(yán)格控制，采用新的檢測(cè)方法等技術(shù)措施進(jìn)行質(zhì)量控制措施，確保了巖壁梁錨桿施工質(zhì)量?jī)?yōu)良。

地下廠房；巖壁梁；錨桿施工；質(zhì)量控制

1 工程概況

白鶴灘水電站位于金沙江下游四川省寧南縣和云南省巧家縣境內(nèi)，上游距烏東德壩址約182 km，下游距溪洛渡水電站約195 km，控制流域面積43.03萬km2，占金沙江以上流域面積的91%。白鶴灘水電站的開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，電站裝機(jī)共16臺(tái)，單機(jī)正容量1 000 MW，總裝機(jī)容量16 000 MW。電站建成后將成為僅次于三峽水電站的中國(guó)第二大水電站。

2 錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)

主廠房巖壁梁體范圍內(nèi)設(shè)置兩排受拉錨桿和一排受壓錨桿。受拉錨桿參數(shù)：φ40(Ⅳ級(jí)鋼)，L=12 m，間距70 cm，插入巖體9.2 m，上下排錨桿上傾角分別為25°、20°；受壓錨桿參數(shù)：φ32(Ⅲ級(jí)鋼)，L=9 m，間距75 cm，插入巖體7.5 m，下傾角為36.53°。巖壁梁共施工錨桿數(shù)量為3 453根，具體錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

3 巖壁梁地質(zhì)條件

表1 巖壁梁錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)

左岸主副廠房巖性為P2β23、P2β24、P2β31、層角爍熔巖、杏仁狀玄武巖、斜斑玄武巖、隱晶質(zhì)玄武巖、柱狀節(jié)理玄武巖和凝灰?guī)r。其中P2β31、層底部的第三類柱狀節(jié)理玄武巖在洞室中部及下部出露，P2β24、層性狀較差凝灰?guī)r及發(fā)育其中的層間錯(cuò)動(dòng)帶C2在洞室中部及下部出露，P2β23層中部的第二類柱狀節(jié)理玄武巖在洞室下部出露。左岸主副廠房巖石主要為堅(jiān)硬巖，巖體結(jié)構(gòu)以次塊狀、塊狀結(jié)構(gòu)為主。邊墻圍巖類別以Ⅲ1類為主，部分為Ⅱ類圍巖，局部Ⅳ類圍巖以條帶形式分布于層間錯(cuò)動(dòng)帶C2附近。

3 巖壁梁錨桿施工模擬試驗(yàn)

3.1 錨桿砂漿配合比試驗(yàn)

錨桿砂漿的配合比采用P.042.5水泥、聚羧酸高性能減水劑、粒徑小于2.5 mm的機(jī)制砂進(jìn)行試驗(yàn)。為減少灌入砂漿的干縮、保證注漿的密實(shí)度及砂漿與圍巖的粘結(jié)強(qiáng)度，在砂漿中摻入適量的膨脹劑。施工用錨桿砂漿配合比見表2。

表2 錨桿砂漿配合比

3.2 按設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)錨桿進(jìn)行施工模擬試驗(yàn)

3.2.1 錨桿模擬試驗(yàn)

為保證巖壁梁錨桿無損檢測(cè)的質(zhì)量，在巖壁梁錨桿施工前選取與巖壁梁工程地質(zhì)相類似的部位進(jìn)行模擬試驗(yàn)，錨桿模擬試驗(yàn)參數(shù)與巖壁梁錨桿的設(shè)計(jì)參數(shù)相同，模擬試驗(yàn)設(shè)計(jì)的注漿飽滿度為100%。通過模擬試驗(yàn)檢驗(yàn)錨桿施工工藝、資源配置、注漿方式、錨桿施工效果等。錨桿施工效果通過錨桿無損檢測(cè)檢測(cè)注漿密實(shí)度來判定。錨桿模擬試驗(yàn)無損檢測(cè)結(jié)果見圖1和圖2。

圖1 長(zhǎng)度12 m，外露2.8 m時(shí)波形圖

圖2 設(shè)計(jì)長(zhǎng)度9 m，外露1.5 m時(shí)波形圖

對(duì)模擬試驗(yàn)錨桿的無損檢測(cè)結(jié)果(圖1、圖2)進(jìn)行分析：錨桿外露長(zhǎng)度在1 m以上時(shí)錨桿的波形圖復(fù)雜，波動(dòng)衰減緩慢，規(guī)律性差，波形圖分析難度大，無法對(duì)錨桿注漿后的長(zhǎng)度和飽滿度做出準(zhǔn)確的分析和評(píng)價(jià)。

3.2.2 對(duì)模擬試驗(yàn)后的錨桿外露段進(jìn)行切割打磨后進(jìn)行檢測(cè)

由于模擬試驗(yàn)錨桿外露段過長(zhǎng)，無法對(duì)錨桿準(zhǔn)確的進(jìn)行分析和判斷其錨固質(zhì)量，通過咨詢后發(fā)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)還沒有廠家能夠生產(chǎn)對(duì)外露段過長(zhǎng)錨桿錨固質(zhì)量準(zhǔn)確檢測(cè)的無損檢測(cè)儀器。為了考察施工工藝水平和檢測(cè)模擬錨桿的注漿飽滿度，將模擬錨桿的外露段進(jìn)行切割，切割后的錨桿外露長(zhǎng)度約為0.2 m，對(duì)切割后的錨桿端面打磨平整后進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見圖3和圖4。

圖3 原長(zhǎng)度12 m，截去2.6 m后外露0.2 m時(shí)波形

圖4 原長(zhǎng)度9 m，截去1.3 m后外露0.2 m時(shí)波形

對(duì)圖3、圖4的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析：錨桿外露長(zhǎng)度約為0.2 m以內(nèi)時(shí)錨桿的波形規(guī)則，波動(dòng)衰減迅速，波形圖易分析，能夠準(zhǔn)確的分析和評(píng)價(jià)錨桿的長(zhǎng)度和飽滿度，錨桿的注漿飽滿度滿足要求。檢測(cè)結(jié)果表明：模擬試驗(yàn)錨桿采用的施工工藝、資源配置、注漿方式是切實(shí)可行的。

3.2.3 錨桿旁綁扎1根相同材質(zhì)，外露長(zhǎng)度在0.2 m以內(nèi)的輔助鋼筋的模擬試驗(yàn)

為了準(zhǔn)確檢測(cè)出錨桿的施工質(zhì)量，通過咨詢專家和開會(huì)討論決定：采用檢測(cè)方法技術(shù)創(chuàng)新，在錨桿旁綁扎1根相同材質(zhì)、直徑為12 mm、入巖深度與錨桿深度相同、外露長(zhǎng)度在0.2 m以內(nèi)的輔助鋼筋，其他施工工藝不變，通過檢測(cè)輔助鋼筋的方法再次進(jìn)行模擬試驗(yàn)。該次錨桿制安及模擬試驗(yàn)的檢測(cè)成果見圖5～圖8。

對(duì)圖7、圖8的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析：采用該種方法檢測(cè)錨桿時(shí)的波形規(guī)則，波動(dòng)衰減迅速，波形圖易分析，能夠較為準(zhǔn)確的分析和評(píng)價(jià)錨桿的長(zhǎng)度和飽滿度，錨桿的注漿飽滿度滿足要求。

圖5 裝有輔助鋼筋的巖壁梁錨桿圖

圖6 錨桿加工方法示意圖

圖7 長(zhǎng)度12 m、外露2.8 m，綁扎9.3 m輔助筋波形

圖8 長(zhǎng)度9 m，外露1.5 m，綁扎7.1 m輔助筋波形

3.3 施工工藝的確定

通過模擬試驗(yàn)最終確定白鶴灘地下廠房巖壁梁錨桿施工采用在錨桿旁綁扎1根相同材質(zhì)、直徑為12 mm、入巖深度與錨桿深度相同、外露長(zhǎng)度在0.2 m以內(nèi)的輔助鋼筋，在達(dá)到設(shè)計(jì)齡期后對(duì)輔助鋼筋進(jìn)行檢測(cè)的方法對(duì)巖壁梁錨桿的錨固進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。目前此方法已經(jīng)全部用于白鶴灘地下廠房巖壁梁錨桿實(shí)施中。白鶴灘水電站地下廠房巖壁梁位置圍巖存在四類圍巖、且大部分圍巖裂隙發(fā)育，通過模擬試驗(yàn)的分析總結(jié)認(rèn)為“先注漿后插桿”能有效解決因地質(zhì)裂隙造成的串漿、返漿困難問題，并且能有效提高注漿密實(shí)度。

4 錨桿施工及質(zhì)量控制

巖壁梁錨桿施工質(zhì)量直接關(guān)系到巖壁梁的質(zhì)量保證及運(yùn)行安全，錨桿施工的每道工序質(zhì)量都都決定著錨桿的最終質(zhì)量，所以錨桿施工的每道工序都需要嚴(yán)格把關(guān)、過程控制。通過室內(nèi)試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)性模擬試驗(yàn)已經(jīng)確定錨桿砂漿施工配合、錨桿型號(hào)及加工要求、錨桿的施工工藝等。錨桿施工過程中應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求、技術(shù)措施進(jìn)行錨桿施工。

4.1 錨桿加工

錨桿在加工廠按照設(shè)計(jì)要求及模擬試驗(yàn)確定的加工方案進(jìn)行加工。為確保注漿后錨桿四周皆為砂漿包裹，防止桿體和空氣(即砂漿脫空)或巖壁接觸，在距桿體端部50 cm處開始每隔3 m設(shè)置一環(huán)對(duì)中裝置，即采用4根φ6.5L=30 mm圓鋼點(diǎn)焊在桿體上。用膠帶對(duì)錨桿外漏長(zhǎng)度進(jìn)行標(biāo)定。加工好的錨桿按種類、規(guī)格型號(hào)、長(zhǎng)度分類別放在支架上，在放置及運(yùn)輸過程中應(yīng)采取措施防止錨桿變形。

4.2 鉆孔

在鉆孔前，測(cè)量人員對(duì)錨桿孔進(jìn)行放樣，確定錨桿孔的位置、角度，并對(duì)不同的孔位區(qū)分標(biāo)記。放樣后，采用多臂鉆進(jìn)行造孔，受拉錨桿孔孔徑不宜小于76 mm、受壓錨桿孔孔徑不宜小于64 mm，孔位左右偏差不大于10 cm，孔位上下偏差不大于3 cm，方向偏差不大于2度。

4.3 洗孔

造孔完成后，用水將孔內(nèi)巖粉沖洗干凈，用塑料帶進(jìn)行封堵孔口，以免雜物掉入。注漿前還須對(duì)孔內(nèi)積水用高壓風(fēng)吹干、把雜質(zhì)清除干凈。

4.4 注漿

砂漿按照錨桿砂漿施工配合比進(jìn)行拌制，原材料品質(zhì)滿足規(guī)范要求，砂漿攪拌均勻，砂漿稠度滿足施工要求，對(duì)不滿足要求的砂漿做廢料處理。

由于巖壁梁錨桿孔孔徑較大，為保證注漿密實(shí)度，技術(shù)員先對(duì)注漿管管口進(jìn)行膠帶綁扎，對(duì)于直徑為76 mm的錨桿孔宜在注漿管管口綁扎形成直徑為50 mm的“注漿塞”，對(duì)于直徑為90 mm的錨桿孔宜在注漿管管口綁扎形成直徑為60 mm的“注漿塞”。注漿前，技術(shù)員首先根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和測(cè)量數(shù)據(jù)在錨桿出露端拉線，用于控制錨桿端頭位置并使所有錨桿外露端處在一條直線上。注漿時(shí)，先將注漿管插入至孔底，然后再向外拉拔50～100 mm，注漿管在孔內(nèi)灌漿壓力下自行退出，保證孔內(nèi)注漿飽滿，直至孔口溢出砂漿時(shí)，可停止注漿。

4.5 錨桿安裝

插桿時(shí)，錨桿要緩慢、勻速的插入孔底，當(dāng)錨桿上的外露標(biāo)識(shí)推至孔口時(shí)即錨桿安插到位。灌注結(jié)束后立即進(jìn)行錨桿桿體安插，錨桿安插采用汽車吊配合人工進(jìn)行。因巖壁梁錨桿采用“先注漿后插桿”施工工藝，在錨桿施工時(shí)不可避免的有水泥砂漿掉落在巖臺(tái)上。為保證后期混凝土施工質(zhì)量，不影響混凝土與基巖面的緊密結(jié)合，在錨桿安裝完成以后，用水將巖臺(tái)上的砂漿清洗干凈。

4.6 錨桿檢測(cè)結(jié)果

在錨桿注漿完成7 d后，按照要求對(duì)巖壁梁錨桿進(jìn)行檢測(cè)，目前白鶴灘巖壁梁錨桿已施工3 333根，檢測(cè)結(jié)果見表3。

表3

對(duì)表3的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析：錨桿長(zhǎng)度及入巖深度全部滿足設(shè)計(jì)要求，砂漿密實(shí)度≥90%的比例為98.2%，砂漿密實(shí)度80%～90%比例為1.8%，錨桿施工質(zhì)量?jī)?yōu)良且優(yōu)良率達(dá)到了100%，巖壁梁錨桿的施工質(zhì)量達(dá)到了國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。

5 結(jié) 語

巖壁梁是水電站地下廠房的主要結(jié)構(gòu)，在水電機(jī)組安裝及檢修時(shí)將承擔(dān)較大的荷載，巖壁梁錨桿在這個(gè)過程中將承擔(dān)較大的拉應(yīng)力和壓應(yīng)力并將應(yīng)力傳遞到巖壁上。因此，巖壁梁錨桿施工是巖壁梁在整個(gè)廠房建設(shè)與運(yùn)行穩(wěn)定的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，巖壁梁錨桿施工質(zhì)量關(guān)系到巖壁梁能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行。白鶴灘水電站地下廠房巖壁梁錨桿施工具有部分地質(zhì)條件復(fù)雜、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量控制要求高、施工工藝復(fù)雜等特點(diǎn)，在施工過程中通過精心組織，周密策劃，嚴(yán)格控制，采用新的檢測(cè)方法等技術(shù)措施進(jìn)行質(zhì)量控制措施，確保了巖壁梁錨桿施工質(zhì)量?jī)?yōu)良。

(責(zé)任編輯：卓政昌)

2016-11-17

TV731；U455.7+1；[TU745.3]

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1001-2184(2016)06-0104-04

李鳳玉(1981-)，男，寧夏中衛(wèi)人，中國(guó)水利水電第七工程局有限公司試驗(yàn)檢測(cè)研究院建材試驗(yàn)室副主任，工程師，從事建筑材料檢測(cè)技術(shù)管理工作.