金寨抽蓄电站无粘结预应力锚索施工技术.pdf

No.l Mar.2023GEZHOUBA GROUP SCIENCE&TECHNOLOGYSerial No.145金寨抽蓄电站无粘结预应力锚索施工技术徐鹏中国葛洲坝集团建设工程有限公司摘 要：预应力锚索适用于构造发育的岩质路堑高边坡、顺层及滑坡地段、软硬质岩互层 路堑高边坡地段等边坡加固工程和深大基坑支护工程。其锚固在路堑深部稳定岩土层内的 预应锚索产生抗拔力，使桩板、土体、预应力锚索体三者互相制约，改善土体力学性能，从而形成内力平衡的整体结构。当坡面为强度高且较完整的岩质边坡时，设锚墩锚固；当 坡面为土质或风化岩层时，应配合锚梁、方格或十字形框架梁使用。本文以在建的安徽金 寨抽水蓄能电站下水库溢洪道边坡1000KN无粘结预应力锚索为例，从锚索造孔、索体制作 安装、锚墩施工、锚索灌浆、张拉锁定、封锚及安全质量控制等几个方面探讨预应力锚索 施工工艺。关键词：金寨水电站；高边坡支护；无粘结预应力锚索1工程概况下水库溢洪道(右岸)边坡已开挖至约 EL.246m,距离基础面剩余约lm,桩号溢0+50上游(高程EL.254.5m以下)开挖坡面为角闪岩，岩体呈 全强风化为主，夹弱分化岩块，岩体破碎，节理 发育，局部顺坡卸荷裂隙发育，边坡稳定性较差。EL.260.5m以下溢洪道设计开挖坡比为1:0.5-1:0.3,目前现场桩号溢0+00溢0+10附近 EL.245.5m马道以下发生小范围坍塌，马道内侧边 线发现裂缝最宽约5c m,延伸约20m。为防止受下部 坍塌影响上部边坡稳定，根据设计修改通知单关于 下水库溢洪道开挖边坡支护确认的通知()(JZP/C1-2017-014),按照设计要求，对该 段边坡采用1000KN无粘结预应力锚索进行加强支 护，锚索由7根7 5型15.24钢绞线组成，锚索布置 见表1,锚索施工技术参数见表2。锚索角度为统_ 下倾15,方向垂直坡面走向。2施工难点2.1交叉作业干扰大该部位为溢洪道边坡，上方为至下库管理用房 道路，周边为溢洪道开挖区域，施工设备较多，安 全风险较大。周边为开挖较多，爆破频繁，而锚索 灌浆三天内周边禁止爆破，需综合协调安排各作业 面施工。2.2地质条件复杂该开挖坡面为角闪岩，岩体呈全强风化为 主，夹弱分化岩块，岩体破碎，节理发育，局部顺 坡卸荷裂隙发育，边坡稳定性较差，岩体地下水丰 富，锚索孔容易塌孔。表1溢洪道边坡锚索布置部位单位数量锚索吨位马道高程EL.254.5m以上3.Om,高 程 EL.257.5m无粘结预应力锚索，L=28m根151000KN马道高程EL.254.5m以下1.5m,高 程 253m无粘结预应力锚索，L=28m根151000KN表2 锚索施工技术参数项目钢绞线(束)钢绞线强度(N/mm2)锚索钻孔直径(mm)灌注水泥浆28d 强度(MPa)外锚头垫墩形式内锚固段长度(m)技术参数71860013035C30混凝土锚墩6222023年3月第1期葛洲坝集团科技总第145期3锚索施工3.1预应力锚索施工工序预应力锚索施工工序：材料检验机具率定一 测量定位f钻孔f清孔f验孔f锚索编制f运输f 检验穿束一浇筑锚墩一锚索灌浆张拉锁定一外 锚头保护一封锚。3.2预应力锚索施工准备(1)预应力锚索施工前，对进场的各种原材 料、计量仪器、机具、配合比等按照设计文件规定 及监理人的指示进行检验试验、标定。(2)锚索施工前按水电水利工程预应力锚索 施工规范DL/T50832010先进行生产性试验，以 熟悉与优化施工工艺及验证、完善施工工艺，提供 超张拉或补偿张拉依据，指导开展施工。3.3锚索钻孔施工(1)锚索孔位按设计图纸定位放线，锚索孔开 孔偏差控制在10c m以内，开孔时应控制钻具的倾角 及方位角，钻进20c m30c m后校核角度，钻进过程 中应及时测量孔斜及时纠偏，终孔孔轴偏差不大于 孔深的2%,方位角偏差不大于30,终孔孔深大于设 计孔深40c nu在钻进过程中，对其进一步检查，随 时调整钻具支点并釆用钻孔专用辅助工具一一钻孔 对中器以保证钻孔精度，并记录钻进速度、回风、排施等情况。锚固端头应锚固于稳定的岩层内，确保内锚段 位于稳定的弱风化岩体内的长度不小于6m。(2)孔道处理：锚孔钻进过程中，若出现不回 风、塌孔、卡钻等不易成孔情况，应分析原因，采 取跟管法钻进成孔，破碎地段岩体采用螺旋钻钻 孔，一般情况不得釆用固壁灌浆，遇岩体破碎或地 下水渗漏严重钻进受阻时，可采用固壁灌浆。(3)钻孔过程中，为控制钻孔精度，采用粗径 钻杆加扶正器，并在施工过程中，不断调整钻进参 数，以控制孔斜偏差。(4)钻孔结束后，采用压缩空气吹孔。达到设 计要求后，进行测斜，测斜采用多点照像测斜仪，检查合格后临时封孔保护。3.4锚索编制、安装钢绞线下料切断采用砂轮切割机，切口整齐无 散头，并适当留有余度。每根钢绞线都完整无损，下料后采用柴油加锯木面清洗每根锚索并清除表面 油污、润滑剂、污垢等，张拉段钢绞线的PE护套无 损破。锚索体编制严格按照设计图纸要求进行，内 锚段隔离架间距1000mm,张拉段隔离架间距 1500,编束时，同时安装钢绞线内的两根灌浆 管，使钢绞线与灌浆管不交叉。编索完成后，安装 导向帽。锚索制成并经检验合格后，进行编号挂 牌，表明锚索编号、长度等。锚索在搬运及穿索过程中应谨慎操作，以免损 伤PE套管。采用人工扛抬进行锚索吊运、穿索施 工。锚索安装到位后，应釆取有效措施将其固定，防止索体滑落，并对外露钢绞线进行临时防护。3.5锚索外锚墩金属构件制作(1)外锚墩金属结构包括钢垫板、导向管、垫 座钢筋等，这些部件在加工棚，按设计要求加 工，其中钢垫板在金寨县采购成品，焊接组装在 车间完成。导向管外径d)127,L二1000m,壁厚2.5mm Q235C钢无缝钢管加工而成，导向管孔外长度 48.67c m,外端须与锚墩钢垫板垂直焊接，钢管内 不得留有焊渣。(3)钢垫板300*300*30mm,中空 131,Q235C 钢，规格型号需符合设计要求，加工后棱角圆润，不带毛刺。(4)经加工、焊接、组装完后的外锚墩钢结构 应妥善保管，确保防水、防潮、防锈蚀。3.6锚墩碇浇筑模板采用12mm厚的胶合板，两侧面、正面和底 23No.l Mar.2023GEZHOUBA GROUP SCIENCE&TECHNOLOGYSerial No.145面模板根据结构尺寸下料，顶部预留下料口方便施 工，模板加固釆用内拉外撑，两侧模板采用12#铁 丝加二四木条对拉，钢筋支撑，正面模板面与导向 管垂直，导向管居中，采用12#铁丝固定在锚墩锚 筋上，底部锚墩碗浇筑采用12#铁丝加二四木条反 吊，另采用48*3.5mm钢管搭设井字形支撑架，高 2.0m左右,上端通过防滑扣件抵紧模板，下端插入 平台内。锚墩为C30混凝土，采用搅拌车运输在溢 洪道进水渠EL.245.加平台，人工配合挖机进行入 仓浇筑，030软轴插入式振捣器振实，振捣时施工 人员借用简易爬梯进行施工，安全带挂在上方锚杆 锚筋桩上，确保振捣密实和施工安全，浇筑施工中 排模板工看摸。根据设计图纸要求，锚墩外形尺 寸、钢筋制安严格按照相关设计图纸进行施工，保 护层厚度3.5c m,锚墩最小厚度不小于35c mo锚墩混凝土浇筑施工按照下列原则进行：(1)外锚墩安装、浇筑前应清理松动岩体，洗 净岩面，并进行基础验收。锚索安装或孔口临时封 堵后，应进行锚墩基面平整，清除浮土、碎石，安 装孔口套管时，套管必须与孔轴、锚索同心，并嵌 入孔内。(2)锚墩施工时根据坡面情况调整相应锚墩结 构，保证锚索张拉时钢绞线受力达到最优受力状 态。锚墩钢结构安装时，先用风钻在锚索孔周围坡 面上对称打孔4个，插入(40 25,L=1.5m,入锚墩 0.3m)骨架钢筋并固定，然后按照图纸要求将外锚 墩金属结构固定于骨架钢筋上。施工过程中，不得 损伤钢绞线。(3)钢垫板安装：钢垫板牢固固定在钢筋骨架 上，其预留孔的中心位置置于锚索孔轴线上，平面 上与锚索孔轴线正交，其误差不得大于0.5。o(4)在钢垫板与基岩面之间按照图示锚墩尺寸 立钢模，木模补缝。边浇筑边用振捣棒振捣，充填 密实，防止下部出现蜂窝麻面。3.7锚索灌浆在锚墩拆模后，即可进行锚索灌浆，锚索灌浆 采用孔口堵塞，全孔一次有压注浆。其工艺及相关 要求如下：(1)锚索灌浆工作开始前，通过灌浆管送入压 缩空气，对钻孔孔道内岩屑进行清扫，并排干孔道 内积水，同时检查制浆设备、灌浆泵是否正常；检 查送浆及注浆管路是否畅通无阻，确保灌浆过程顺 利，避免因中断情况影响注浆质量。(2)利用钢垫板加工过程中已钻设的4个M12螺 栓孔(深30mm)固定灌浆封闭钢板，封闭钢板与钢垫 板之间设置橡胶垫圈，防止灌浆时漏浆。(3)灌浆浆液采用纯水泥浆进行灌注，浆液比 0.38,净灌浆压力为0.3Mpa0.6Mpa,具体根据实 际情况调整，(4)采用42.5R普通硅酸盐水泥。(5)锚索灌浆过程中，应观察出浆管的排水、排浆情况，当排液比重与灌浆比重相同时方可进行 屏浆，屏浆压力0.5Mpa,时间2030min。对破碎松散岩体部位，当注浆超过 50k g(水泥)/m时，采用低压灌注、间歇灌浆或其 它有效措施。3.8锚索张拉(1)锚索张拉应在锚墩混凝土达到设计强度和 内锚固段浆液抗压强度达到30MPa(7d)后进行。张拉程序锚索张拉按分级加载程序进行：先用千斤顶施加第一级250KN定位总荷载，以消除锚索的松弛，并以此拉伸读数为基准点；然后以20KN/min左右的加载速率继续进行 4级均匀加载，分级总荷载分别为500KN、750KN,1000KN、1100KN,每级荷载需稳压5min,若实际 伸长值大于计算伸长值的10%或小于5%时，应暂停 张拉，查明原因并采取措施予以调整后方可继续 张拉；保持1100KN的总荷载30min,并测量30min内 锚索的徐变位移量，若徐变值不超过lmm,则锚索 合格，否则再稳压45min,若锚索的弹性变形在下 述两个极限内则锚索合格：a、锚索的伸长值上限为自由锻长度加50%锚固 段长度的理论弹性伸长值；b、锚索的伸长值下限为80%的自由段长度的理 论伸长值。锚索合格后，以20KN/min左右速率均匀卸载 至设计预应力荷载1000KN锁定，张拉锁定48h内，发现预应力损失超过设计张拉力的10%时，应进行 补偿张拉，补偿张拉应在锁定值基础上一次张拉至 超张拉荷载，并重复步过程，补偿张拉次数不能 超过2次。张拉工艺流程242023年3月第1期葛洲坝集团科技总第145期穿锚初始载荷(钢绞线调直)一分级循环张拉 至设计工作荷载一超张拉张拉设备仪器锚索锚具选用自锚体系，夹法式锚具型号为 YM15-7。采用YCQ25Q-200型千斤顶及其配套机具进 行锚索张拉，单根预紧釆用YC10或YC18型千斤顶。施工前，锚束张拉机具须进行配套率定。除配套张 拉机具外，尚需将测力压力传感器一道配套率定，率定成果作为正式施工依据。3.9锚索封孔回填灌浆(1)锚索封孔回填灌浆在补偿张拉工作结束后 28天进行，封孔灌浆材料与锚固段灌浆材料相同。(2)采用锚索中的灌浆管施灌，灌浆压力不小 于0.8Mpa,自下而上连续进行。(3)浆液初凝前进行不少于2次补灌，当浆液凝 固到不自孔中流出来之前，保持不小于0.4Mpa压力 进行屏浆。3.10锚索防护(1)锚索保持张拉完毕，卸下工具锚及千斤顶 后从工作锚具外端量起，留100mm钢绞线，其余部 分用砂轮切割机截取，锚头作永久的防锈处理。(2)二期混凝土浇筑之前，将锚具、钢绞线外 露头、钢垫板表面水泥浆及锈蚀等清理干净，并将二期混凝土结合面凿毛，然后涂刷一层浓水泥 素浆，再浇筑二期混凝土，二期混凝土标号为一级 配C25(28d),普通硅酸盐水泥，保护层不小于10c m。(3)灌浆3d以内，锚固施工部位不允许爆破，37d内，爆破产生的质点振动速度不得大于 1.5c m/so钻孔灌注的水泥浆28d强度不低于 35MPa04安全保证措施(1)注浆泵、张拉设备高压油泵等承压设备或 容器，使用前须全面检查，满足安全要求后再投入 使用。(2)施工作业时，任何情况下，注浆管及锚索 张拉时的锚孔前方45。范围都严禁站人，张拉设备 的安全必须牢固，张拉方法应符合设计要求及有关 规定。(3)严禁违章操作、野蛮施工，下索施工时协 同作业专人指挥。(4)施工现场平台上各种工具要摆放整齐，防 止工具等物件坠落砸伤人员。机械施工时，设专人现场指挥。5质量保证措施钻孔必须严格控制成孔误差。(2)锚索制作时，应防止锚索扭压、弯曲，以 尽量减少次应力产生；认真做好锚索自由段的防 腐，按设计涂防腐油并加塑料套管；对于锚固段则 必须进行脱油处理，以增强锚索与砂浆的黏结力。(4)灌浆管、导向帽、隔离架、导向管等埋件 严格按图纸要求埋设、验收合格后投入使用。(5)锚墩是锚索张拉的直接受力构件，所以应 保证垫块的承压面平整，并与锚索的轴线方向垂 直。表面平整光洁，无蜂窝麻面。(6)锚索长度、倾角、注浆量、注浆压力、预 应力以及锚索各段的长度等，在锚索施工过程中进 行详细的记录。(7)锚墩混凝土和灌浆强度满足设计要求后才 能进行张拉作业。(8)灌浆3d内严禁在周边进行爆破作业，3d 7d内爆破产生的质点振速不得大于1.5c m/s(9)严格按照设计要求的张拉程序进行张拉施 工。6总结采用此施工方案，设备、材料可以快速周转，减少人员、设备的使用数量，如果考虑管理费用、安全费用等不可预见的费用，更为可观。该方案是 站在技术、管理、安全与经济等方面的角度去考虑 的，同行在不同的施工条件下应根据实际情况制定 切实符合企业本身特点的最佳施工方案。参考文献1 安徽金寨抽水蓄能电站上、下水库土建及金属结构 安装工程施工(C1标，合同编号：SGXYJZ00JHGC(2016)00052)；2 水电水利工程预应力锚索施工规范(DL/T5083-2010)；水工混凝土施工规范(DL/T5144-2015)；4陋力筋用锚具、夹具和讎器(GB/143702015)；作者简介徐鹏男中国葛洲坝集团建设工程有限公司工程师河南省商丘市47690025