2000kN級(jí)超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

(中國(guó)葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

河北豐寧抽水蓄能電站施工過(guò)程中，由于下水庫(kù)一期進(jìn)出水口1068m高程以下左側(cè)邊坡連續(xù)發(fā)生了多次塌方，塌方體逐漸卸荷擴(kuò)展至1057m高程，形成邊坡倒懸體，為避免塌方體繼續(xù)卸荷擴(kuò)展，影響上部邊坡穩(wěn)定，造成更大范圍的塌方影響，經(jīng)業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理和施工單位現(xiàn)場(chǎng)查看，一致確定首先將塌方體底部回填石渣形成堆料平臺(tái)，將塌方部位上部倒懸體邊坡底部穩(wěn)固，然后將頂部巖體進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)處理。設(shè)計(jì)單位聽(tīng)取各方意見(jiàn)后，將該部位錨索孔深更改為L(zhǎng)=60m、T=2000kN。

一期左側(cè)塌方體支護(hù)預(yù)應(yīng)力錨索形式為含內(nèi)錨段的無(wú)粘結(jié)錨索，單根錨索設(shè)計(jì)張拉力為2000kN，張拉鎖定噸位為設(shè)計(jì)噸位的110%即2200kN，錨索由14根7φ5鋼絞線組成，單根錨索長(zhǎng)60m+1.8m，內(nèi)錨固段長(zhǎng)9m(鋼絞線不帶PE套并清除油脂)，自由張拉段長(zhǎng)51m(鋼絞線帶PE套)。

2 主要施工方法

2.1 承重式腳手架搭設(shè)

采用三排落地式承重排架，從塌方體底部堆渣平臺(tái)開(kāi)始向上搭設(shè)至新增錨索施工部位，進(jìn)行錨索施工，該腳手架長(zhǎng)度為50m，最大搭設(shè)高度為22m。

腳手架及施工荷載軸向力主承力區(qū)，選擇在底部分層回填的堆渣平臺(tái)上。立桿底部設(shè)置鋼墊板，鋼墊板厚1cm，防止基礎(chǔ)下陷，導(dǎo)致立桿懸空。

根據(jù)邊坡開(kāi)挖實(shí)際設(shè)計(jì)參數(shù)，采用貼坡式搭設(shè)方式，腳手架隨坡度而設(shè)。由于邊坡支護(hù)的特殊性，所搭設(shè)的施工腳手架除滿足相應(yīng)規(guī)范要求外，還應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)布孔的孔排間距要求，設(shè)置每一層高度與立桿的間排距離，以滿足施工需要。根據(jù)邊坡支護(hù)要求，需搭設(shè)11層；第一層掃地桿距離地面高為0.2m，其余每層高度根據(jù)設(shè)計(jì)步距1.5m高搭設(shè)(順邊坡方向)。局部錨索鉆機(jī)不好就位，可適當(dāng)調(diào)整1.8m，立桿縱橫向間距1.5m。為確保腳手架的整體性，在立桿外側(cè)排采用每4跨設(shè)置一道剪刀撐進(jìn)行連接，腳手架布置安全防護(hù)網(wǎng)和防護(hù)欄。

2.2 錨索鉆孔施工

2.2.1 錨孔測(cè)放

根據(jù)實(shí)際坡面，先按設(shè)計(jì)布置要求，將錨孔位置準(zhǔn)確測(cè)放在坡面上，并用紅油漆在現(xiàn)場(chǎng)施工部位標(biāo)明錨索開(kāi)孔位置。錨孔位置偏差不得超過(guò)±20mm。如遇有坡面不平順或特殊困難場(chǎng)地時(shí)，須經(jīng)設(shè)計(jì)、監(jiān)理單位認(rèn)可，在確保坡體穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)安全的前提下，適當(dāng)放寬定位精度或調(diào)整錨孔定位，但調(diào)整后的測(cè)放精度，盡量不大于100mm。對(duì)測(cè)放并驗(yàn)收合格的錨孔位置進(jìn)行編號(hào)，并用油漆標(biāo)示在現(xiàn)場(chǎng)坡面上，該編號(hào)作為錨索制作編號(hào)的依據(jù)。

2.2.2 鉆孔設(shè)備

巖層中采用ZSY-90型潛孔錨索鉆機(jī)，潛孔沖擊成孔。在巖層破碎或松軟飽水等易于塌縮孔和卡鉆埋鉆的地層中，采用跟管鉆進(jìn)技術(shù)，確保成孔質(zhì)量和施工進(jìn)度。

2.2.3 鉆機(jī)就位

錨孔鉆進(jìn)施工，搭設(shè)滿足鉆孔、下錨和注漿施工所需承載能力和穩(wěn)固條件的腳手架，根據(jù)坡面準(zhǔn)確測(cè)放錨索孔位，準(zhǔn)確安裝固定鉆機(jī)，并嚴(yán)格認(rèn)真進(jìn)行機(jī)位調(diào)整，確保錨孔開(kāi)鉆就位縱橫誤差不超過(guò)±50mm，高程誤差不超過(guò)±100mm，鉆孔傾角和方向符合設(shè)計(jì)要求，傾角允許誤差±1.0°，方位允許誤差±2.0°。

2.2.4 鉆進(jìn)方式

錨孔鉆進(jìn)采用干鉆，以確保錨固工程施工不至于惡化邊坡巖土工程地質(zhì)條件和保證孔壁的粘結(jié)性能，難以鉆進(jìn)時(shí)方可采用水鉆。鉆孔速度根據(jù)使用鉆機(jī)性能和錨固地層嚴(yán)格控制，防止鉆孔扭曲和變徑，造成下錨困難或其它意外事故。

2.2.5 鉆進(jìn)過(guò)程

錨索鉆孔施工要加強(qiáng)鉆機(jī)的導(dǎo)向作用，及時(shí)檢測(cè)孔斜誤差，合理采用糾偏措施，確保錨索鉆孔滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。鉆進(jìn)過(guò)程中對(duì)每個(gè)孔的地層變化，鉆進(jìn)狀態(tài)(鉆壓、鉆速)、地下水及一些特殊情況作好現(xiàn)場(chǎng)施工記錄。如遇塌孔縮孔等不良鉆進(jìn)現(xiàn)象時(shí)，須立即停鉆，及時(shí)進(jìn)行孔道固壁灌漿處理(灌漿壓力0.1MPa～0.3MPa)，待水泥砂漿初凝后，重新掃孔鉆進(jìn)。

(1)滲水及塌孔的處理?？變?nèi)有滲水時(shí)，在鉆孔過(guò)程中或鉆孔結(jié)束后吹孔時(shí)，從孔中吹出的都是一些小石粒和團(tuán)粒而無(wú)粉塵，巖粉多貼附于孔壁。當(dāng)錨孔深度已滿足要求，則以高壓風(fēng)吹凈，直至吹出清水；若孔深不夠，雖沖擊器工作，仍有進(jìn)尺，也必須立即停鉆，拔出鉆具，洗孔后再繼續(xù)鉆進(jìn)，如此循環(huán)，直至結(jié)束。有時(shí)孔內(nèi)滲水量大，有積水，吹出的是泥漿和碎石，這種情況巖粉不會(huì)糊住孔壁，只要沖擊器工作，就可繼續(xù)鉆。如果滲水量太大，以致淹沒(méi)了沖擊器，沖擊器會(huì)自動(dòng)停止工作，拔出鉆具進(jìn)行壓力注漿對(duì)孔道固結(jié)處理。

(2)塌孔、卡鉆的處理。當(dāng)鉆孔穿越強(qiáng)風(fēng)化巖層或巖體破碎帶時(shí)，往往發(fā)生塌孔。塌孔的主要標(biāo)志是從孔中吹出黃色巖粉，夾雜一些原狀(非鉆頭擊碎的、非新鮮的、無(wú)光澤的)石塊，出現(xiàn)此類現(xiàn)象，不管鉆進(jìn)深度如何，都要立即停止鉆進(jìn)，拔出鉆具，進(jìn)行固壁注漿，漿液為水泥凈漿，24h后重新鉆孔。雨天施工時(shí)，常常順巖體破碎帶向孔內(nèi)滲流泥漿，固壁注漿前，必須用水和風(fēng)把泥漿洗出(塌入鉆孔內(nèi)的石塊不必清除)，否則，不僅固壁注漿效果差，還容易造成假象。

2.2.6 孔徑、孔深

鉆孔孔徑、孔深要求不得小于設(shè)計(jì)值(設(shè)計(jì)孔徑160mm，孔深60.19m)，為確保錨孔直徑，要求實(shí)際使用鉆頭直徑不得小于設(shè)計(jì)孔徑，終孔有效孔深不得欠深，且不大于設(shè)計(jì)深度40cm，終孔孔徑不得小于設(shè)計(jì)孔徑10mm。對(duì)穿錨索的孔斜誤差不得大于孔深的1%，當(dāng)遇特殊地質(zhì)情況時(shí)，可適當(dāng)增加超鉆深度，但不可超過(guò)0.5m。

2.2.7 錨孔清理

鉆進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，不能立即停鉆，要求穩(wěn)鉆1min～2min，防止孔底尖滅、達(dá)不到設(shè)計(jì)孔徑。鉆孔孔壁不得有沉碴及水體粘滯，必須清理干凈，在鉆孔完成后，使用高壓風(fēng)(風(fēng)壓0.2MPa～0.4MPa)將孔內(nèi)巖粉及水體全部清除出孔外，以免降低水泥漿與孔壁巖土體的粘結(jié)強(qiáng)度。除相對(duì)堅(jiān)硬完整的巖體錨固外，均不得采用高壓水沖洗錨孔。若遇錨孔中有承壓水流出，待水壓、水量變小后方可安裝錨索與注漿，必要時(shí)在周圍適當(dāng)部位設(shè)置排水孔處理。如果要求處理錨孔內(nèi)部積聚水體，一般采用灌漿封堵二次鉆進(jìn)等方法處理。

2.2.8 錨孔檢驗(yàn)

錨孔鉆孔結(jié)束后，須經(jīng)監(jiān)理工程師檢驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行下道工序?？讖?、孔深檢查一般采用設(shè)計(jì)孔徑、鉆頭(硬質(zhì)合金鋼鉆頭或金剛石鉆頭)和標(biāo)準(zhǔn)鉆桿，在監(jiān)理工程師旁站下進(jìn)行，要求驗(yàn)孔過(guò)程中鉆頭平順推進(jìn)，不產(chǎn)生沖擊或抖動(dòng)，鉆具驗(yàn)送長(zhǎng)度滿足設(shè)計(jì)錨孔深度，退鉆要求順暢，用高壓風(fēng)吹驗(yàn)不存明顯飛濺塵碴及水體現(xiàn)象。然后用一根聚乙烯管復(fù)核孔深，并以高壓風(fēng)吹孔，待孔內(nèi)粉塵吹干凈，且孔深不少于錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度時(shí)，拔出聚乙烯管，以織物或水泥袋塞好保護(hù)錨孔口待用。同時(shí)要求復(fù)查錨孔孔位、傾角和方位，全部錨孔施工分項(xiàng)工作合格后，即可認(rèn)為錨孔鉆造檢驗(yàn)合格。

2.3 錨索制安、PE波紋管防護(hù)套管施工

鋼絞線下料在現(xiàn)場(chǎng)加工進(jìn)行，下料長(zhǎng)度按照錨索設(shè)計(jì)長(zhǎng)度截取(當(dāng)坡面已噴混凝土?xí)r，應(yīng)注意增長(zhǎng)鋼絞線下料長(zhǎng)度)。將無(wú)粘結(jié)鋼絞線錨頭嵌固端擠壓套安裝處去皮洗油。清洗時(shí)，采用汽油等清洗劑去除防腐油脂。對(duì)鋼絞線PE層出現(xiàn)局部破損的部位，用水密性膠帶進(jìn)行修補(bǔ)，膠帶搭接寬度不小于帶寬的1/2。將定長(zhǎng)鋼絞線卷盤(pán)掛牌架空存放并覆蓋待運(yùn)。鋼絞線卷盤(pán)，采用8t平板車運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，人工或提升架運(yùn)至施工平臺(tái)上，按施工圖紙要求進(jìn)行錨索體編制。

鋼絞線及其他索體附件按施工圖紙要求編排并綁扎成束，錨索體采用14#無(wú)鋅鉛絲捆扎。

鋼絞線編制完成后分節(jié)在錨索體外套PE波紋管防護(hù)套管，PE波紋管采用承插式結(jié)構(gòu)連接，并在PE管外側(cè)按照設(shè)計(jì)要求距離安裝外對(duì)中支架(自由段1.5m，內(nèi)錨固段1.0m)，當(dāng)整條錨索體外部防護(hù)套管全部安裝完成后，在錨索體前端安裝導(dǎo)向帽，導(dǎo)向帽與PE波紋管需連接牢固。

錨索安裝前用高壓風(fēng)將孔道再次沖洗，錨索經(jīng)核對(duì)無(wú)誤且經(jīng)驗(yàn)收合格后，開(kāi)始錨索安裝，采用人工將錨索體(包括外側(cè)PE波紋管)扛抬至孔位附近，人工徐徐送入錨索孔內(nèi)，索體就位后，及時(shí)將錨索外露部分包裹，以防污損。錨索安裝過(guò)程中，要防止錨索直接受力，防止與硬質(zhì)物體碰撞、摩擦，不得損壞錨索結(jié)構(gòu)，如有結(jié)構(gòu)損壞，停止施工，重新進(jìn)行錨索編制驗(yàn)收。

2.4 錨墩施工

錨墩采用C50鋼筋混凝土澆筑，錨墩內(nèi)埋設(shè)插筋：水平向φ16@40，豎直向φ22，與錨板下鋼墊板焊接，螺旋筋采用φ22；錨板采用BJM15-14型，孔徑φ160，鋼墊板采用50mm厚Q235鋼。

錨墩采用木模板，模板安裝前，先對(duì)錨索孔位及基巖清理干凈，然后再進(jìn)行模板安裝。

在混凝土澆筑前，將基巖和噴混凝土面沖洗干凈，再安裝孔口墊板、套管及網(wǎng)片鋼筋等。安裝模板并潤(rùn)濕混凝土面驗(yàn)收合格，即可澆筑混凝土。

錨墊板安裝時(shí)要保證與孔道軸線垂直，套管與孔道軸線對(duì)中。并將套管與孔道間的孔隙加以密封。

混凝土采用拌合樓集中拌制、25t汽車吊垂直運(yùn)輸至作業(yè)排架上，人工轉(zhuǎn)運(yùn)入倉(cāng)，振搗器振實(shí)?；炷翝仓戤吅蠹皶r(shí)灑水養(yǎng)護(hù)、覆蓋。

2.5 錨索灌漿

60m深錨索灌漿設(shè)計(jì)圖紙上要求為兩套灌漿系統(tǒng)，1#灌漿系統(tǒng)對(duì)波紋管外側(cè)進(jìn)行灌漿，2#灌漿系統(tǒng)對(duì)波紋管內(nèi)側(cè)進(jìn)行灌漿，分兩次灌注完成。

錨索灌注材料為純水泥漿。采用強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5MPa的普通硅酸鹽水泥，水泥漿膠結(jié)材料的抗壓強(qiáng)度等級(jí)需達(dá)到14d抗壓強(qiáng)度等級(jí)不小于M40，灌漿材料中需摻入適量膨脹劑和早強(qiáng)劑，已委托西北院通過(guò)試驗(yàn)確定。

灌漿前應(yīng)將孔道沖洗干凈，排干孔內(nèi)積水。錨索孔灌漿壓力根據(jù)孔壁圍巖情況，通過(guò)試驗(yàn)確定；灌漿結(jié)束后，漿液初凝前，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)充灌漿。

施灌時(shí)應(yīng)采用灌漿自動(dòng)記錄儀，測(cè)定其壓力、流量、比重等各項(xiàng)數(shù)據(jù)。

灌漿漿液溫度應(yīng)保持在5℃～40℃之間。當(dāng)冬季日平均氣溫低于5℃時(shí)，須對(duì)制漿系統(tǒng)、灌漿機(jī)械和輸漿管線進(jìn)行保溫。

2.6 錨索張拉

通過(guò)采取優(yōu)化漿液配合比和提高錨墩墊座混凝土標(biāo)號(hào)等措施，使得14d后錨索孔漿體的水泥結(jié)石達(dá)到M40，錨墩墊座混凝土達(dá)到C40后進(jìn)行錨索張拉。張拉采用YDC240Q型液壓千斤頂配2YBZ2-80電動(dòng)高壓油泵進(jìn)行。張拉前，須對(duì)千斤頂、高壓油泵及壓力表測(cè)力計(jì)進(jìn)行配套標(biāo)定并繪制其標(biāo)定曲線，以作為錨索正式張拉的控制依據(jù)。標(biāo)定不合格的張拉設(shè)備和儀器不得使用，標(biāo)定間隔期不超過(guò)6個(gè)月。張拉設(shè)備和儀器若遭強(qiáng)烈碰撞，必須重新標(biāo)定后才準(zhǔn)使用。

張拉作業(yè)采用應(yīng)力應(yīng)變雙控分級(jí)張拉程序。張拉過(guò)程要緩慢、連續(xù)、勻速加荷，達(dá)到設(shè)計(jì)荷載的1.1倍后，穩(wěn)壓10min～20min后鎖定。鎖定后的48h內(nèi)，若錨索應(yīng)力下降到設(shè)計(jì)值以下時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。張拉應(yīng)力分級(jí)程序?yàn)椋侯A(yù)緊→25%σ→50%σ→75%σ→100%σ→105%σ～110%σ。σ=2000kN。

在進(jìn)行張拉施工時(shí)，認(rèn)真記錄測(cè)力計(jì)讀數(shù)、千斤頂?shù)淖x數(shù)以及在不同張拉力時(shí)鋼絞線伸長(zhǎng)值。

2.7 外錨頭保護(hù)

錨具外的鋼絞束除留存15cm外，切除其余部分。外錨頭按設(shè)計(jì)要求用混凝土保護(hù)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)C25F300，澆筑前應(yīng)對(duì)錨具和鋼絞線除銹，外錨頭(含外露鋼絞線)保護(hù)層的厚度不小于10cm。

3 結(jié)語(yǔ)

河北豐寧抽水蓄能電站2000kN級(jí)超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨索施工已結(jié)束，加固的邊坡安全穩(wěn)定，2000kN級(jí)超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨索施工質(zhì)量均滿足規(guī)范及設(shè)計(jì)圖紙要求，該工程2000kN級(jí)超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)為其它類似工程施工提供了一定的參考作用。