宜兴抽水蓄能电站地下厂房预应力锚索施工技术的探讨

李 彬， 徐 爱 兵

（中国水电建设集团国际工程有限公司，北京 100044）

宜兴抽水蓄能电站地下厂区地质构造发育，地下水丰富，地下洞室围岩属Ⅴ类，局部充填岩屑及泥质，工程地质条件差。顶拱出露的断层大约有7-8处。以NWW-NEE为主，宽度一般为0.1-0.4米，带内充填碎裂岩及加泥岩屑，这些断层主要位于南端墙中部与洞轴线基本上呈大角度相交，局部4处断层与洞轴线交角小，厂房顶拱部位软弱岩层单层厚5-50cm。主变洞位于厂房下游，工程地质条件与厂房相似，围岩为高风化岩屑砂岩加 泥质粉砂岩，顶拱软弱夹层少量发育，南北端顶拱部位受两处断层影响。受构造影响，厂房和主变洞岩石质量指标较低，围岩自稳能力较差。为确保施工安全和工程的正常运行，对厂房和主变洞进行了预应力锚索加固处理，分别采用内锚和对穿两种预应力锚索。

1 预应力锚索施工方法

1.1 施工程序

预应力锚索钻孔采用MD-50型潜孔钻机与SGZ－1000型地质钻机，钻孔孔径为130mm，锚索钻孔孔斜偏差严格按照设计要求控制在2%以内。锚索编制在生产营区钢筋加工厂进行，钢绞线采用G3GQ400型切割机进行切割。钢绞线规格为1×7型，标准强度1860MPa，松弛级别：Ⅱ级。编索验收合格后进行穿索与孔口钢垫墩的安装，钢垫墩底部需用预缩砂浆抹平，保证钢垫墩底面与钻孔方向垂直。在垫墩强度满足要求后，进行锚索张拉。锚索张拉采用ZB4-500油泵配套YCW150A千斤顶进行，张拉前先根据监理、设计指定位置进行受力性能试验。根据受力性能试验确定实际锚索张拉的参数。受力性能试验均选择无粘结锚索即安装锚索测力计的锚索进行，锚索张拉先用YCW150A型千斤顶进行单根预紧，之后采用YCW150A千斤顶分级进行张拉，张拉分5级进行，第一级所测得的千斤顶伸长值作为初始读数。锚索超张拉到锁定值的1.1倍进行锁定。张拉结束并稳定24小时后根据监理要求注浆。注浆通过预埋的进浆管、排气管进行，注浆浆液采用纯水泥浆液，浆液水灰比为0.5：1。

1.2 特殊工艺施工

对于内锚式锚索，锚索能否张拉合格，关键在止浆袋。为保证止浆效果，确保锚固性能，在使用前需对止浆袋的止浆效果进行了模拟试验：选取透水性能良好徒工布，截取70cm长，然后缝制成筒型，在其中放入进浆管和回浆管，将端口扎紧，然后将止浆袋放入模拟锚索孔角度的135铁管中，然后用注浆泵向布筒内注浆，检验其透水、透气及耐压性。最后根据试验结果选择透水、透气性能良好的土工布作为施工用止浆袋用布。

锚索编制完毕后，固定好止浆袋，并在下索过程，控制下索节奏，对止浆袋作相应的保护。下索完成后，固定锚索，检查进浆管和排气管的畅通情况，确认通畅后，对止浆袋进行注浆，当止浆袋内的回浆管回浆时，立即停止注浆，扎紧进浆管，并用高压风吹通回浆管。

2 锚索受力性能试验

2.1 试验施工措施编制依据

①《水工预应力锚固施工规范》SL46-94；

② 招标文件技术条款；

③ 设计单位技术联系单；

④ 预应力锚索受力性能试验及验收试验措施。

2.2 试验锚索结构形式

根据设计图纸，受力性能试验锚索有内锚和对穿两种结构形式，内锚式锚索全长20m，其中锚固段长6m，每束锚索由七根钢绞线、隔离架、进浆管、回浆管、止浆袋和导向帽组成。钢绞线沿隔离架有序排列，保证钢绞线之间有足够的缝隙。对穿式锚索按不同的施工部位，其长度有所变化，每束锚索由七根钢绞线、隔离架进浆管和回浆管组成，钢绞线沿隔离架有序排列。

有观测仪器的锚索采用无粘结式，其余采用粘结式。每束无粘结锚索由七根钢绞线（有PE保护膜）、隔离架、进浆管、回浆管、波纹管、导向帽和外对中支架组成，钢绞线沿隔离架有序排列，保证钢绞线之间、锚束与波纹管间有足够的注浆体。

2.3 试验锚索位置的选择

依据受力性能选型的原则和设计院技术联系单，结合地下厂房地质和锚索布置的实际情况，由设计和监理工程师现场确定内锚式锚索和对穿式锚索的部位进行试验锚索施工。

2.4 试验仪器、设备

① 钻孔采用MD－50、YG－50型钻机；

② 张拉采用ZB1－630A油泵配套YDCW1500A千斤顶。压力表、千斤顶和油压泵在使用前经合格的法定计量单位进行率定和校验；

③ 灌浆采用3SNS高压注浆泵。

2.5 试验目的

① 验证并修改设计参数；

② 熟悉并检验工艺操作。

2.6 原材料的选用及试验

① 钢绞线选用国内某公司生产的1×7-15.24粘结型和1×7-15.24无粘结型钢绞线，钢绞线原材料检测委托国内某大学工程结构与材料试验室进行检测，经检测钢绞线原材料的屈服点、抗拉强度、伸长率和弹性模量等各项指标均符合标准。

② 锚具选用国内某公司预应力制品制造有限公司生产的YM15-7型锚具，锚具原材料检测委托某大学工程结构与材料试验室进行检测，经检测锚具原材料各项指标均符合标准。

③ 张拉设备的选用及率定：千斤顶采用YDCW1500A型液压千斤顶,油泵采用ZB1-630A型,千斤顶、油压泵及配套压力表使用前均经过率定。

④ 钢垫墩原材料由国内某钢铁公司生产，钢垫墩原材料检测委托国内一家试验室进行检测，经检测钢垫墩原材料各项指标均符合标准。

⑤ 水泥浆、预缩砂浆试验及配比由试验室提供。

2.7 施工方法

2.7.1 施工程序

2.7.2 施工方法

（1）钻孔：

① 根据设计图纸测量放线开孔的具体位置，并做好标记。

② 锚索钻孔采用MD-50和YG-50型钻机，利用高压风水排除孔内岩粉成孔。在钻孔过程中要不断的调整钻机的角度，确保孔位符合设计要求。根据岩石的具体情况调整钻具的钻进速度，并用高压风扫孔，防止埋钻、卡钻。作好钻孔原始记录，以便分析施工部位的地质情况。钻孔结束后用高压风水对孔壁进行清洗，直至孔口返出清水为止。作好孔口保护，防止掉渣堵孔。为满足施工需要，需用钢管搭设一个钻孔平台，验算其刚度、强度和稳定性，满足施工和安全的需要。

（2）锚索制作、安装

锚索加工车间设置G3GQ400型切割机和B×1-250-2型电焊机各一台，同时在加工车间内布设钢绞线放线架一个，钢绞线组装平台一个。锚索零部件加工平台一个及其他电气附属设施，预应力锚索组装加工工序如下：

① 下料：将钢绞线放在放线架上，人工将钢铰线慢慢在组装架上放开，用切割机按设计长度截取钢绞线，每组7根。粘结式钢绞线应剔除刻痕、松散和锈蚀部分，无粘结锚索千斤顶工作段要剥除PE包裹膜。

② 钢铰线清洗：钢铰线清洗采用高压风水清洗2～3分钟，如钢铰线上仍有残余树脂，用棉纱或毛刷沾松香水清洗干净。

③ 编索：将清洗干清的钢铰线摆放在组装平台上，将七根钢铰线用无锌铅丝均匀固定在隔离架上，绑扎牢固，以使钢铰线沿长度方向有序地排列，保证钢铰线之间能充满水泥浆，按设计图纸布置好进浆管和回浆管，并加以固定。无粘结锚索编索结束后，波纹管外每隔1.5m绑扎一个外对中支架，保证预应力锚索位于钻孔的中心位置，使钢铰线周围有足够的注浆层。

④ 锚索的运输：用平板车将锚索由加工场地运至厂房，然后由人工抬至各工作面。

⑤ 锚索安装：对穿锚索下索前主要考虑相邻洞室之间，以附洞室作为施工作业平台进行下索，确保主洞室相应的其它工序正常施工。下索前先检查注浆管和回浆管的畅通情况，确定无堵塞，用尼龙绳将锚索一端绑扎加以固定后，利用孔口锚杆，用滑轮人工将锚索慢慢送入孔内。在锚索到达设计位置后，用托盘加以固定。对于无粘结锚索应先将波纹管送入孔内，固定后，将锚索下入管内，并加以固定。注意控制好下索的速度和节奏。

（3）锚固端、张拉端钢垫墩安装

① 张拉端砼墩的浇筑

在加工间按施工图纸下料、加工钢筋和孔口钢管，将加工好的钢筋和孔口钢管运至工作面，按施工图纸、技术规范及监理要求进行安装。保证锚墩构造钢筋和孔口钢管位置正确，安放并固定好模板。现场拌制砼，由进料口下料，采用软轴插入式振捣器，必要时采用木棒敲击模板外部辅助振捣。砼分层下料振捣，保证振捣密实，无蜂窝麻面。

② 螺杆安装：根据施工图纸螺杆孔的位置用YT-27手风钻钻孔，在钻孔过程中要控制好手风钻的角度，保证孔位正确。成孔后用高压风水将钻孔吹洗干净，检查锚固剂是否为质地松软、无受潮变硬、外包装无破损的合格产品。除去锚固剂的外包装，按照锚固剂使用说明书要求的时间，将锚固剂浸入水中，待锚固剂松软后，用竹竿将锚固剂送入孔底，搅拌均匀达到设计要求后插入锚杆。

③ 钢垫墩安装：钢垫墩安装前拌制好C40干硬性预缩砂浆，当砂浆达到预缩时间后，在钢垫墩底部平铺C40干硬性预缩砂浆找平，准备好钢垫墩和锚具，调整好安装角度，将螺杆插入钢垫墩预留的四个孔中，安放垫片拧紧螺丝，将钢垫墩固定牢固。

2.8 实验步骤

2.8.1 受力性能试验

内锚式锚索受力性能试验在内锚段浆液达到龄期、孔口钢垫墩安装后即可进行；对穿式锚索受力性能试验在两孔口钢垫墩安装后即可进行。受力性能试验步骤：

① 由设计和监理工程师现场确定受力性能试验锚索后，内锚式锚索张拉利用制作好的脚手架平台，在平台上铺设竹制跳板，竹制跳板与钢管绑扎牢固，四周设置防护栏；

② 内锚式张拉设备、仪器的运输利用1.5t导链人工配合运至工作面；对穿式锚索张拉设备、仪器由人工运至施工现场；

③ 张拉设备仪器准备就绪后，依次将锚板、锚具、千斤顶安装、固定，连接油泵和千斤顶的进、回油管，连接电源，启动油泵，准备张拉；

④ 整体张拉时，以20KN/min左右的速率进行均匀6级加载,分级总荷载分别为200KN、250KN、500KN、750KN、1000KN、1150KN,每级荷载稳压5分钟，用游标卡尺测量锚索的实际伸长值，若实际伸长值大于理论伸长值的10%或小于5%时，暂停张拉待查明原因并采取调整措施后再继续张拉。

保持1150KN的总荷载20分钟，并测量20分钟内锚索的徐变位移量，若徐变值不超过1mm，则认为锚索合格，逐级卸荷至零荷载，每级荷载稳压5分钟，用游标卡尺测量锚索的实际伸长值，观察锚索预应力损失情况。卸至零荷载后，移开千斤顶上好夹片，采用单根对称预拉，以消除钢绞线松弛，然后整体张拉的方法。单根预拉的荷载为50KN，首先预拉中间一根钢绞线,然后在采用对称张拉的方法逐一预紧剩余六根钢绞线,待7根钢绞线全部预拉50KN消除锚索的松弛后,在以此作为初始荷载,进行锚索的整体张拉。整体张拉时,以20KN/min左右的速率均匀加载至935KN（设计吨位85T的1.1倍）,稳压20分钟, 测定千斤顶卸荷前后锚索位移，算出锚索的实际锁定吨位，若徐变值超过1mm，则再稳压45分钟，并测量锚索的伸长值，如果弹性变形在下述两个限值之内：

① 锚索的伸长值上限为自由段长度的弹性伸长值

② 锚索的伸长值下限为80%的自由段长度的理论弹性伸长值

则认为锚索合格，分级卸荷至5MP、0MP后锁定，用游标卡尺测量锚索的实际伸长值，观察锚索预应力损失情况。算出锚索的实际锁定吨位。

2.9 试验数据处理与分析

整理试验数据可以看出，在200KN这一级荷载，有几根锚索的实际伸长值远大于理论伸长值的10%。在各级张拉荷载，其实际伸长值均不同程度的超出设计、规范允许值。经业主、设计、监理和施工单位共同研究、讨论，认为造成实际伸长值超出设计、规范允许范围的原因，可能为以下几点：

① 由于索体自重，锚索在张拉前呈极度松弛状态，在开始加载时，索体要经历一个消除松弛的过程；

② 由于试验锚索部位岩石十分破碎，岩体受挤压后产生变形；

③ 垫墩和锚具自身的变形；

④ 油压表、游标卡尺在读数过程中引起累计误差。

锚索在各级荷载下的实际伸长值变化呈线性，也就是说锚索在张拉过程中的变化是均匀的、弹性的。从荷载和锚索变形的曲线也能反应出这种线性变化关系。经业主、设计、监理和施工单位认真细致的分析和讨论，认为此次锚索受力性能试验充分反映了实际情况，达到了验证设计参数，熟悉并检验工艺操作的目的，试验是成功的，可行的，能满足设计及各有关要求。

3 施工质量过程控制

锚索施工过程中，严格按照设计图纸、相关规范以及经监理工程师批准的"锚索施工技术和组织方案"、工程部编写的施工作业指导书及现场交底执行，严格执行"三检制度"，严格控制施工质量。预应力锚索孔位按设计图纸由测量逐个放点。在钻孔过程中，每隔几分钟，用测斜仪检查钻孔角度和方向，发现偏差，及时纠正。钻孔完成后，实际测量孔深，按实际孔深逐孔下料，并做好标示。索体和锚索孔经检查验收通过后，方允许穿索。锚索具备张拉条件后，按设计要求逐级张拉。现场计算张拉伸长率，发现问题，停止张拉，待查明原因，经现场监理同意后，方可进行施工。

4 小结

预应力锚索的现场试验是预应力锚索施工的一个重要环节，根据现场的地质条件，确定对穿和内锚锚索的施工部位，然后进行试验，通过科学的手段得出的数据进行分析，为加快预应力锚索提供了科学的依据。