张峰水库溢洪道闸室基础加固施工

韩文才

（山西张峰水利工程有限公司，山西太原030012）

1 溢洪道工程概况

张峰水库位于山西省晋城市沁水县郑庄镇张峰村沁河干流上，为多年调节水库。主要建筑物有拦河大坝、泄洪洞、溢洪道及供水发电洞等建筑。

溢洪道布置于水库左岸单薄山梁中段，总长369 m，由引渠段、闸室段、泄槽及挑流段组成。其中：桩号溢0+000～溢0+034为闸室段，闸室段宽55.5 m。闸孔净宽4 m×12 m，进口为无底坎宽顶堰，堰上设4扇12 m×14.0 m弧形工作门，闸室采用分离式结构。闸室上游齿槽处（桩号溢0+001.0）设防渗帷幕和大坝及左岸帷幕连成一体，以延长渗径，减小闸室基底扬压力，帷幕底高程在堰顶高程以下35.7 m。

2 闸室基础地质及存在的主要问题

闸室清除其表面低液限黏土覆盖层及基岩强风化层后，闸室座落于弱风化岩组T1l-4～T1l-5细砂岩、粉砂岩夹砾岩、泥岩上。闸室底板范围内设计5个闸墩，闸墩建基面属于T1l-4岩组顶部岩层；闸墩与闸墩之间建基面属于T1l-5岩组底部岩层。T1l-4岩组岩性为紫灰色细砂岩，夹砾岩、粉砂岩及砂质泥岩层，顶面发育一层厚0.2～0.5 m较软弱的粉砂岩与T1l-5岩组为界。基础下基岩T1l-4岩组为细砂岩、粉砂岩，层状结构，弱风化状态，呈互层状分布或薄层状结构，受节理裂隙切割，表层存在的破碎岩体，岩层产状N30°E.SE∠5°～7°，倾向溢洪道下游并在泄槽中段出露，对溢洪道地基稳定不利，存在向下游产生深层滑动的可能，需对整个溢洪道的深层抗滑稳定做基础处理。

3 闸室基础加固设计

溢洪道闸室基础存在不利因素，为提高闸室的抗滑稳定性，增强防渗能力，对闸室基础进行固结灌浆处理；为降低闸室基底扬压力，提高闸室的抗滑稳定能力，在桩号溢0+001.0处设防渗帷幕，与大坝左岸防渗帷幕连成一体；为提高锚锁孔道的整体稳定性和闸室段的抗滑稳定能力，对锚索孔道进行锚孔围岩灌浆；为保证溢洪道深层抗滑稳定安全，在闸墩基础内用压力分散型无粘结预应力锚索进行加固处理。

4 闸室基础施工

4.1 固结与帷幕灌浆施工

4.1.1 固结灌浆施工

闸室底板固结灌浆孔布置在闸室底板范围内，共计210个，呈梅花形布置，孔距、排距均为3 m，钻孔孔径Ф73 mm，闸室段灌浆深度5 m。固结灌浆为纯水泥浆，水泥为普通硅酸盐水泥，标号P.O32.5。

根据规范及设计要求固结灌浆检查孔压水试验透水率不大于5 Lu即为合格，对闸室段底板固结灌浆检查孔压水试验成果分析，满足规范及设计要求。

4.1.2 帷幕灌浆施工

帷幕灌浆轴线垂直于溢洪道轴线，位于桩号溢0+001.0处，闸室段共布置31个灌浆孔，桩号溢幕0+030.5～溢幕0+095.744。闸室底板帷幕灌浆钻孔按设计孔位预埋灌浆管，埋设深度以超过底板钢筋为准。根据技术要求及现场实际情况，选定第一段灌浆压力为0.6 MPa，以下每加深一段压力增加0.3 MPa，最大灌浆压力不超过2.5 MPa。

帷幕灌浆质量以灌浆结束后14天检查检查孔压水试验成果为主，结合钻孔、取芯资料、灌浆记录等评定灌浆质量。从检查孔压水试验成果来看，检查孔各段透水率均在5 Lu以下，满足规范及设计要求。

4.2 锚孔围岩灌浆施工

锚孔围岩灌浆在固结灌浆、帷幕灌浆并锚索钻孔后进行，利用锚孔进行围岩固结灌浆。锚孔围岩灌浆采用单钻灌浆。锚孔围岩灌浆采用全孔段分两段、自下而上灌浆方法，止浆塞止浆，水泥采用不低于P.O32.5级水泥，水灰比为0.5～0.6，压力0.3～0.5 MPa，在设计压力下当注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注30 min结束。灌浆结束2～3天后进行扫孔。

4.3 预应力锚索试验与成果

4.3.1 预应力锚索布置

预应力锚索布置在5个闸墩基础内，每个闸墩下布设2列，沿水流方向每4 m布设一排，共设8排，每个闸墩16束均布，共计80束，按软弱层面以下长10～15 m呈矩形交错布置。锚索均按平行于水流方向倾向上游布设，与水平面夹角45°，外部锚固部分埋设于闸墩基础内。

锚索按3 000 kN和1 000 kN两种规格布置，其中溢洪道闸室和供水发电隧洞交叉部位、溢洪道闸室左边墩内布10束1 000 kN级预应力锚索，其余为3 000 kN级预应力锚索，锚固段均为压力分散型。其中设计张拉吨位为3 000 kN级的70束和1 000 kN级的10束，分别采用22根和7根1 860 MPa无粘结钢绞线成束，内锚固段长度分别为12 m和5 m，孔径分别为 170 mm、130 mm，长度分别为 30.5～41.5 m、24～25.5 m。

4.3.2 预应力锚索试验

溢洪道锚索破坏性试验选择在与闸室段地质条件相同的上游侧引渠段空地进行，距闸室段约60 m，试验锚索编号为SK-1和SK-2，共2束，设计分别为3 000 kN和1 000 kN。

预应力锚索试验施工工艺流程为：孔位定位→钻孔→孔道验收→锚孔围岩灌浆→扫孔→锚索制安→锚墩浇筑→锚索灌浆→锚索张拉→试验资料整理。

（1）孔位定位、钻孔、孔道验收、锚孔围岩灌浆及扫孔

锚索试验孔位按设计要求定位测量放线。锚索孔开孔偏差控制在10 cm以内，孔斜误差不大于孔深的2%，钻孔孔径（D170 mm、D130 mm）满足设计要求。锚索孔的成孔采用MD-60冲击回转钻机钻孔。施工中做好钻孔尺寸、钻渣颜色、钻进速度和岩芯等记录数据，分析锚固段是否处在完整新鲜的基岩中。

（2）锚索制安

锚索编索制作在扫孔施工前同步进行。在编索制作平台上按照设计长度对无粘结1×7-15.20-1 860 MPa钢绞线用切割机下料并编号分类存放在平台上，按照设计图纸安装锚索附件，隔离架间距2.0 m，承载板间距2.0 m、2.5 m，进浆管安装到设计位置。将内锚固段的钢绞线剥去PE套管，清洁表面油脂，穿上挤压簧，用限位板将P型锚与承载板固定在一起，防止在穿索时钢绞线与承载板发生相对位移，最后用挤压机将P型锚与钢绞线挤压到一起。

编索制作过程中保持钢绞线彼此平行伸直不扭曲，自由段PE套管无破损。编索完成后，锚索挂牌标识，经检查验收合格后分类存放待穿。锚索穿索采用人工配合汽车吊进行，缓慢平顺地放入到孔内。穿索结束后，及时将锚索外露部分包裹起来，以防污损。

（3）锚墩浇筑

锚墩立模采用自制模板，模板拉条交叉布置，与锚墩插筋焊接牢固。为加快施工进度，混凝土配合比中掺加了高效早强减水剂，7天达到设计强度（锚墩混凝土设计强度为C35，7天后试块强度达到38.28 MPa）。锚垫板底部是预应力锚索主要受力部位，锚垫板安装时要保证与孔道轴线垂直，其误差不大于±2°，保证混凝土浇筑密实，与锚垫板胶结良好，防止出现蜂窝麻面。

（4）锚索灌浆

锚索灌浆是为了形成内锚固段和锚索防护层，起到固结地层、提高岩层承载力的作用。锚墩浇筑完成后，安装孔口止浆器，采用特殊的止浆器和防水装置安装在锚垫板上，并检查安装情况。灌浆胶凝材料采用P.O42.5水泥，水胶比0.4：1，水泥浆中掺加UEA膨胀剂、HJUNF-2A高效早强减水剂，7天强度为35 MPa。

（5）锚索张拉

当预应力锚索内锚固段强度和锚墩混凝土强度经验证满足设计强度要求后，进行张拉工序作业。

张拉程序为：预紧/锁定→差异张拉/锁定→分级张拉/锁定→破坏性张拉（钢绞线断裂）。张拉严格执行操作程序，采用应力应变双控措施。每一级张拉到位后，测量锚索伸长值变化，认真做好施工记录。张拉过程按照规范和专业工艺要求缓慢、连续、匀速进行。

预紧：为确保钢绞线顺直并受力均匀，张拉前每根钢绞线施加了30 kN张拉力，测量伸长量并记录。

差异张拉：由于承载板之间的钢绞线长度不同，在达到破坏时其伸长量不同，较长钢绞线伸长量较长，为保证在张拉时所有钢绞线同时破坏，需将较长钢绞线比最短钢绞线多出的伸长量预先拉出。

分级张拉：采用张拉力控制为主、伸长值校核双控措施。张拉过程按照规范和专业工艺要求缓慢、连续、匀速进行。试验过程分两阶段完成，张拉到设计吨位后，继续张拉直至预应力锚索破坏。荷载加载速率每分钟不宜超过0.1σcon，每一级张拉后稳压5 min，同时量测索体伸长值并做好记录，当达到压力值时重复第一级过程，直至破坏。分级张拉的张拉力见表1。

表1 分级张拉的张的拉力表

张拉结束标准：锚固段产生连续位移，或30%的钢绞线拉断，或达到张拉设备的设计能力。两组试验均为钢绞线部分断开而停止加荷，其中SK1加荷至5 454 kN时断开7束，SK2加荷至1 890 kN时断开5束，达到30%的钢绞线拉断的结束标准，结束张拉。

4.3.3 预应力锚索试验成果

试验成果：钢绞线的理论伸长量与实际伸长量比较见表2。

表2 设计张拉力下实际伸长值与理论伸长值

由表2得出，实际伸长值处在理论伸长值的95%～110%范围之内，符合规范要求。

SK1加荷至4 752 kN，SK2加荷至1512 kN时曲线近似直线，与理论变形曲线基本重合，但施加下级荷载（极限荷载）后，实际伸长曲线有了较明显拐点，实测拉伸均大于理论变形量，此时钢绞线出现塑性伸长，强度逐渐达到屈服，最后达到极限而断开。

通过对张拉结果整理、分析，实测张拉力与变形和理论值基本吻合，当加载至最后一级荷载时，伸长值超过理论值而破坏；挤压工艺可靠、钢绞线与挤压套挤压牢固，达到了试验的预期目的；严格按照试验方案施工能保证锚索达到设计要求；试验方案可用于指导生产。

4.4 预应力锚索施工与效果

根据预应力锚索试验成果指导溢洪道闸室段5个闸墩内80束锚索的施工。为观测溢洪道堰基预应力锚索的受力状况，按照设计要求在溢洪道堰基锚索上布置锚索测力计，断面溢0+011.0，高程746.195 m，左边墩左侧3#锚索、中墩43#锚索、右边墩67#锚索各设1个，溢洪道闸墩共埋设锚索测力计3台，其中3 000 kN的有2台、1 000 kN的有1台，设计编号分别为Dp-1-1、Dp-2-1、Dp-3-1，以观测预应力锚索变化情况。

截止2007年7月底锚索测力计工作情况良好，由监测数据可知；锚索测力计Dp-3-1安装后锁定荷载为3 196.93 kN，到7月30日荷载为3 620.58 kN，损失率为5.33%；Dp-2-1安装后锁定荷载为3 162.51 kN，到7月30日荷载为3 026.66 kN，损失率为4.30%；Dp-1-1安装后锁定荷载为1 115.85 kN，到7月30日荷载为1 049.51 kN，损失率为5.95%。

从锚索测力计监测结果来看，预应力锚索应力损失在规范允许范围之内，且呈逐渐减小趋于稳定，故预应力锚索的施工满足相关规范及设计要求。

5 结束语

溢洪道闸室段地基存在软弱夹层，岩层分布向下游侧倾斜且下游侧为临空面，闸室地基存在不稳定向下游滑动的因素；针对闸室地基情况进行固结帷幕灌浆和预应力锚索设计加固处理方案是合理的；固结帷幕灌浆检查孔透水率均小于规范及设计标准，施工质量达到规范和设计要求；预应力锚索所用材料经检验全部合格，施工工艺合理，经较长期检查分析，锚索应力已经收敛并趋于稳定，损失后的预应力完全满足设计要求。