水库溢洪道预应力锚索施工要点探讨.pdf

2024 年第 1 期90中国高新科技农林水利|AGRICULTURE WATER CONSERVANCY水库溢洪道预应力锚索施工要点探讨李美虹广州市白云区水务工程建设管理中心，广东 广州 510000摘要：为探索预应力锚索加固技术在水工结构物加固中应用的可行性和适用性，以某山坡坡体高差大、溢洪道建造于坡体下方的水库工程为例，针对边坡浆砌石挡墙体系稳定性不足的客观事实，提出预应力锚索加固方案；对方案设计、施工准备、施工工艺展开分析探讨。结果表明，与其余加固技术相比，预应力锚索的应用能显著提升水库溢洪道边坡浆砌石挡墙稳定性及承载力，施工过程简便、安全，加固效果可长期保持。关键词：水库；溢洪道；预应力锚索；施工要点文献标识码：A中图分类号：TV651文章编号：2096-4137（2024）01-90-03DOI：10.13535/ki.10-1507/n.2024.01.24Discussion on construction key points of prestressed anchor cable in reservoir spillwayLI MeihongGuangzhou Baiyun District Water Engineering Construction Management Center,Guangzhou 510000,ChinaAbstract:In order to explore the feasibility and applicability of the application of prestressed anchor cable reinforcement technology in the reinforcement of hydraulic structures,taking a reservoir project with large elevation difference of slope body and spillway built under slope body as an example,aiming at the objective fact that the stability of the slurry masonry retaining wall system of slope is insufficient,the prestressed anchor cable reinforcement scheme is proposed.The project design,construction preparation and construction technology are analyzed and discussed.The results show that compared with other strengthening techniques,the application of prestressed anchor cable can significantly improve the stability and bearing capacity of the slurry masonry retaining wall of the spillway slope of the reservoir.The construction process is simple and safe,and the reinforcement effect can be maintained for a long time.Keywords:reservoir;spillway;prestressed anchor cable;key points of construction当前，预应力锚索技术在水工建筑物结构加固、深基坑开挖支护、边坡治理等领域得到广泛应用。对于边坡坡体高、稳定性差的水利工程，边坡问题也相对突出，为保证结构安全及边坡稳定，必须采取切实有效的加固技术。本文以水库工程为例，对预应力锚索技术在其溢洪道边坡加固中的应用要点展开分析，以期为实际工程提供借鉴参考。1工程概况某水库工程溢洪道设置在水库北侧，因山坡坡体高差大，溢洪道位于坡体下部，边坡采用设计高度 12m 和 8m 的两级浆砌石挡墙防护体系，墙体厚度在 5 12m。因挡墙坐浆饱和度不足，石块间搭接不严密，挡墙结构存在较多孔洞；局部石砌挡墙存在变形迹象。为保证边坡和水库溢洪道的稳定性，必须对浆砌石挡墙展开加固。经水库管理部门组织专家及技术人员论证，决定采用特长预应力锚索加固方案。锚索按两段设计，锚固段嵌入岩层深度应达 15m 以上；外侧墙体为自由段。锚固段长度应为自由段长度的 50%。锚索采用强度 1860MPa 的 6s15.24 高强低松弛无黏结钢绞线，按照 25倾角布置。在第二级挡墙高度的 1/3 处布设钢筋混凝土箍梁，箍梁上按 2.0m 间距开设锚索孔；第一级挡墙通过框架式钢筋混凝土梁加固，在横竖梁交叉处按 2.0m 间距打设锚索孔。溢洪道加固方案布置见图 1。2施工准备施工开始前必须准备施工设备及材料。配置 ZB4-500 型电动油泵 1 台，YDC240Q-200 型千斤顶 1 台，QZJ-100 型潜孔钻（冲击器直径为 115mm）1 台，GR-600 型空压机1 台，YQ-18 型手持式凿岩机 2 台，SGB-6-10 型灌浆机 1台，PZ-5B 型混凝土喷射机 1 台。此外，配备由单根强度1860MPa 高强钢绞线构成的预应力锚索，并选择 OVM15-7型锚具。在临时支护搭设完成的边坡上通过人工方式架设脚手架，搭设施工平台，平台宽度不能小于 2.0m。技术人员还应就相关规范、强制性条文和施工方案展开深入学习；对千斤顶、高压油泵及油表进行校验，对张拉力与油压的关系进行标定。随后，向施工人员进行技术交底，为施工做好准备。3预应力锚索施工工艺3.1抗拔试验为检验孔壁和砂浆的黏结强度及锚固段长度和锚固的可靠性，在施作锚索前，选择典型地段展开抗拔试验。具体而言，选择3处位置钻孔、清孔并安装锚索；分别按1.0m、1.5m、2.0m的长度向锚固段压注设计标号水泥砂浆，标准养护 28d 后展开抗拔试验。试验过程中按要求荷载逐级加载，直至破坏。所得到的孔壁和砂浆极限黏结强度在 400 600kPa，符合要求。图1溢洪道边坡加固设计2024 年第 1 期91中国高新科技AGRICULTURE WATER CONSERVANCY|农林水利3.2造孔使用经纬仪和全站仪在施工区基准点定位并标记。由于钻孔深度较大，钻进时必然发生钻头下沉，开孔时应调整倾角，固定钻机后再复测1次；满足要求后及时连接风管并钻孔。使用 QZJ-100 型潜孔钻机、MG-50 锚杆钻孔及 7.5cm 可调金刚钻头钻孔。考虑到该水库溢洪道边坡挡墙既有病害，锚索成孔时采用墙体预注浆+锚固钻机跟管干法钻进，期间如遇夹石，应反复冲击使夹石偏移。结合钻机性能及地质条件控制钻速，避免发生扭曲、卡钻及变径，增大下锚难度。考虑到锚固体直径较大，故在采用尺寸 7.5cm 可调节金刚钻头进行导向孔钻设后，还应扩孔至设计孔径；对于软土层而言，必须跟进套管，避免塌孔和卡钻；钻深应达到设计入岩深度。此后，应继续稳钻 1 2min，防止出现孔底尖灭而影响设计孔径。借助风压 0.2 0.4MPa 的高压空气清孔，以将孔内积水和岩粉、钻渣全部清除。如果清孔期间锚固孔内溢出承压水，则应待水势减小后安装锚索并注浆，必要时还应在锚固孔周围增设排水孔或注浆封堵。因该水库溢洪道预应力锚索施工时锚固孔较长且倾角较大，孔底沉渣通过气冲技术难以彻底清除，故可通过人工铲反复铲除。3.3锚索制作以 6s15.24 高强低松弛无黏结钢绞线为锚索材料，每根钢绞线由 7 根 5 钢丝组成，设计强度为 1860N/mm2，为确保能将锚索放置于钻孔中部，避免对孔壁的不利扰动，必须顺着锚索长度向按照 2.0m 间隔设置架线环，该架线环由厚 2 3mm 的铁板制成。组装锚索前必须经防腐除锈处理，在架线环内穿入锚索与注浆管。注浆管顶部为 25mm 铁管，底部为 PVC 管，顶部以下按 1.0m 开孔，并通过工程胶布或橡皮圈密封。按照以上思路制作好的锚索体断面结构见图 2。安装好的注浆管必须进行通水试验，确保无渗漏。为保证非锚固段锚索能自由伸长，还应将堵浆器设置于锚固段和非锚固段间。无黏结钢绞线（6根）注浆管25mm40MPa水泥浆体130锚固体图2锚索体断面结构3.4注浆封闭管口，连接压浆管后灌注水灰比 0.5:1、无侧限抗压强度不低于 2.5MPa 的水泥浆，水泥为普通硅酸盐水泥，此后标准养护至少 7d。注浆过程分两次进行，第一次为常压注浆，将移动式注浆管插入孔底，从内向外灌注，以起到置换孔底泥浆的效果，待大量泥浆从孔口冒出时停注，将注浆管抽出。在首次常压注浆结束 24h 内展开二次注浆，待注浆压力升高至3.0MPa后将注浆阀门关闭，静置3min后将压力卸除。3.5预应力锚索张拉采用后张法并按 2 条锚索 1 个单元展开预应力对称张拉，在拉索上部和下部分别设置2道“工”字钢横梁紧贴边坡坡面。使用穿心式千斤顶张拉，待张拉至设计荷载时将螺母拧紧。使用锁定荷载为 250kN 的钢质锥形锚具，在锁定阶段通过小吨位千斤顶一级张拉后，改用大吨位千斤顶二级张拉至锁定荷载的 1.2 倍；此后放松至锁定荷载并锁定。因地层徐变、钢绞线松弛等原因，必然造成预应力损失，根据试验结果（表 1），张拉后 3 5d 内的预应力损失在总损失中占 90%以上，故在张拉结束后 6 10d 内展开补偿张拉，将外露的钢绞线切除，并将水泥砂浆灌入钢垫板注浆孔内，使用水泥包裹套管内自由段，最后用混凝土将锚头封闭。表1预应力损失试验结果孔号张拉荷载（kN）测力表读数（kN）张拉后1d张拉后2d张拉后3d张拉后4d张拉后5d张拉后6d1#3333323313283103063042#3323323323283143123103#3363343323303163143124#3323303263203083043025#3303303283243173083034质量控制及效果评价4.1施工质量控制施工期间，应加强原材料及施工设备性能质量检测控制；锚孔标高、直径、倾角及深度等均应符合要求；加强锚索安装位置及架线圈刚度控制，各单元锚索必须对称，锚索与灌浆管位置应准确无误，以保证受力均匀。在箍梁或框架式钢筋混凝土梁实际强度达到设计强度 80%以上时展开锚索张拉，且锚索张拉试验最大荷载应控制在钢绞线标准强度的 0.8 倍以内；总弹性位移应超出自由段理论伸长量的 80%，并不超出自由段长度和 1/2 锚固段之和。其余允许偏差控制要求见表 2。表2锚索钻孔允许偏差控制要求检测项目允许偏差检验仪器/方法孔位坡面横向50mm经纬仪、拉线、尺量坡面纵向50mm经纬仪、拉线、尺量孔向孔轴线倾角1.0测角仪、地质罗盘孔轴线方位2.0经纬仪、地质罗盘孔底偏斜符合设计要求钻孔测斜仪孔口标高100mm水准仪、拉线、尺量孔径符合设计要求验钻、尺量孔深超出设计深度20cm验钻、尺量（下转第94页）2024 年第 1 期94中国高新科技地理信息|GEOGRAPHIC INFORMATION表2高程误差统计表序号X/（m）Y/（m）H1/（m）H2/（m）|H|/（m）1111785.2611614.18153.902154.0420.142111751.9611585.76155.125155.2750.153111751.7811572.24153.288153.4080.124111751.8111548.74154.195154.2450.055111751.5411533.66153.895153.9250.03197111743.9111589.96156.258156.3680.11198111744.0011599.05156.594156.7640.17199111744.0911602.05155.817155.9070.09200111744.0711614.13158.061157.9810.08201111743.7711623.11158.949158.8890.06391111733.6611734.22161.838161.7680.07392111733.5611746.34161.457161.3670.09393111734.5411748.44161.876161.7960.08394111733.3411756.51161.356161.2760.08395111734.3211766.67161.581161.5310.05图3高程误差分布图由表 2 和图 3 可知，在 395 个高程误差测量点统计中，最低高程误差值为 0m，最高高程误差值为 0.42m，其中误差值主要集中在 0.02 0.14m 区间内。由此可以证明，无人船测量系统在实际河道水下地形测量中具有地形图精度高、测量稳定的应用优势。4总结综上所述，本文针对目前测量面临的问题，提出使用无人船代替人工进行浅水河道水下地形测量，通过 GNSS 定位技术、声呐测深技术、无人船导航通讯技术等前沿科技组成无人船测量系统，进而利用无人船测量适应性强、测量效率高、测量精度高、自动化程度高的特点，助力水环境的生态保护。作者简介：薛伟（1989-），男，安徽全椒人，马鞍山测绘技术院有限公司工程师，研究方向：工程测量、不动产测绘。参考文献1 刘国徽，徐启恒，康正求深圳河湾流域定期水下地形测量思路探讨 J测绘与空间地理信息，2022，45（7）：195-1982 佟中石，音涛，冯孝无人船测量 一种新型水下地形测量方法 J测绘与空间地理信息，2022，45（S1）：305-3073 张运鑫，赵卫丽，王群多波束水下扫测水底地形测量方法研究 J测绘与空间地理信息，2022，45（S1）：302-3044 江木春，韩亚民，林剑锋无人机机载激光雷达测绘技术在航道整治工程中的应用 J水运工程，2022（4）：157-160，165（责任编辑：周羿廷）对于钻进期间水量不大的渗水应继续施钻，待钻进至设计深度后将钻杆抽出，再通过 0.2 0.8MPa 的压力水冲孔，直至流出净水。在渗水量较大时，应洗孔后分段灌注水泥砂浆固壁。分段时锚固段应单独为 1 段，张拉段则结合实际吸浆梁划分成 2 3 段。待水泥砂浆达到设计强度后，重新钻进至设计深度。4.2效果评价该水库溢洪道预应力锚索施工时布设多处墙位移计及传感器，展开施工过程中及工后运行期间锚索受力及稳定情况监测。根据监测结果，在锚索安装后张拉前，溢洪道墙体处于受拉状态，主要向坡外位移；而锚索张拉后，墙体从受拉转为受压，开始向坡内位移。这种受压及位移趋势随时间的推移逐渐减小，其中，变幅最大的1根锚索从张拉前的0.17kN变为张拉后的 45.87kN，说明锚索加固效果显著。在锚索应力作用下，墙体蠕变较小，锚索加固效果得到较好发挥。5结语工程应用结果表明，该水库溢洪道边坡采用大长度锚索高强度低松弛钢绞线加固后，锚索受力稳定，边坡蠕变量小，边坡和挡墙均无明显变形和失稳；与其余加固方式相比，预应力锚索加固施工受地形地质限制小，施工机械基本为轻型，锚索制安及张拉可在脚手架上展开，施工灵活便捷，安全程度高，作业干扰小。根据长期监测结果，水库溢洪道运行期间无边坡变形及失稳情况出现，预应力锚索加固技术在水工建筑物高边坡防护中应用效果良好，取得了较好的经济效益和社会效益。作者简介：李美虹（1992-），女，广东广州人，广州市白云区水务工程建设管理中心助理工程师，研究方向：水利技术管理。参考文献1 孙宁宁锚墩式主动防护网及预应力锚索库岸边坡加固效果对比分析 J陕西水利，2023（7）：152-154，612 尚教洪自由式单孔多锚头预应力锚索在边坡加固中的应用 J技术与市场，2023，30（7）：116-1193 陈红如水利工程高边坡预应力锚索创新与试验J中国水能及电气化，2023（7）：26-304 郭果，陈再谦，余波，等锚索长期预应力变化规律统计分析 J水电与抽水蓄能，2023，9（S1）：12-195 费智锋，杨自跃浅析水库溢洪道预应力锚索施工技术的应用 J技术与市场，2017，24（7）：252，254（责任编辑：周羿廷）（上接第91页）