公伯峡水电站压力钢管边坡预应力锚索施工

刘兴旺

(葛洲坝集团第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概况

黄河上游公伯峡水电站压力钢管右侧高边坡开挖后揭露出了大范围的古全风化及强风化岩体，并存在边坡开挖后产生的松弛变形，影响到电站厂房的安全运行。业主要求对该部位采用预应力锚索及钢筋混凝土支护。预应力锚索工程量如表1所示。

表1 压力钢管右侧边坡锚索工程量表

2 钻孔施工工艺试验

2.1 钻孔设备选择及钻孔工艺试验

2.1.1 钻孔设备选择

岩体预应力锚固施工工序繁多，技术要求严格。在实际施工中，如何确保预应力工程施工质量，首先也是最重要的一点是必须确保锚索孔道的质量。经过分析比较并结合工程实际及现场实际地质情况，决定采用无锡生产的YG－50型液压式锚固工程钻机，配以长1 500 mm，φ89钻杆，φ120金刚石钻头，每套钻具增设2～3个φ115自制齿轮式扶正器。YG－50型钻机的主要技术参数如表2所示。

2.1.2 钻孔工艺试验

在正式进行钻孔施工前，先期进行了2个孔的钻孔工艺试验。钻孔工艺试验中采用多点照相测斜仪跟进观测孔斜误差情况，其具体试验情况如下:

表2 YG－50型工程钻机主要技术参数表

(1)在不加设任何扶正器、不采取任何纠偏措施的情况下，其孔深与孔斜关系具有代表性的数据如表3及图1所示.

图1 无纠偏措施孔道孔深与孔斜对应关系图

表3 无纠偏措施孔道孔深与孔斜对应关系表

孔径120 mm，L=45 m，r= －40°。

通过以上数据和图示表明，在钻孔施工过程中，若不采取任何纠偏措施，其孔斜基本呈加速下倾的变化趋势，且下倾变化较大，变化趋势与抛物线类似。

(2)根据不采用任何纠偏措施的钻孔效果，并结合类似工程(如三峡)造孔施工经验，我们采取了由密到疏(即冲击器后应紧跟一个扶正器，然后过3根钻杆再加设一个扶正器，过7根钻杆再加设一个扶正器，以此等差数列类推)的方法加设孔道扶正器进行孔道纠偏，其孔深与孔斜关系具有代表性的数据如表4及图2所示。

表3 加设扶正器纠偏措施孔道孔深与孔斜的对应关系表

孔径120 mm，L=45 m，r= －40°。

图2 加设扶正器纠偏措施孔道孔深与孔斜对应关系图

通过以上数据和图示表明，在钻孔施工过程中，采用此种纠偏措施纠偏效果较好，其孔斜基本呈匀速下倾变化趋势，且下倾变化趋势明显减缓。

据此并结合其他类似工程的实际施工经验，可以归纳出以下几点钻孔工艺原则:

①扶正器能够起到一定的扶正效果，但加设扶正器的方法必须恰当。

②扶正器的加设一般应按照由密到疏的原则进行。

③扶正器的使用数量不宜过多，一般孔深不超过50 m的孔道不宜超过4个，否则不但不能起到扶正的效果，反而增加了钻进中的摩擦阻力，阻碍了钻孔过程中正常的返风返尘，不利于钻孔的正常进行。

(3)遵照以上钻孔施工工艺原则，在实际造孔过程中的孔斜控制完全达到了规范要求。该部位A区部分锚索孔道孔斜误差情况见表4。

表4 A区部分锚索孔道孔斜误差情况表

3 预应力锚索施工准备

根据批准的施工组织设计，建立并落实了施工管理机构以及所必须的作业人员、施工设备、材料;制订了各项技术操作规程，进行了材料性能试验、生产工艺试验，对张拉机具进行了配套标定。

3.1 岩体预应力锚索施工工艺流程(图3)

图3 预应力锚索施工工艺流程图

3.2 锚索孔施工

3.2.1 测量放线、标定孔位

按照设计图纸和测定的控制点座标及高程，用全站仪测放孔位，并用铁钎和红油漆准确作出锚孔位置标记。

3.2.2 承重脚手架搭设

根据施工部位的情况及钻机工作宽度，确定承重排架工作平台宽度为4.5 m，间距1.2 m，排距1.5 m，横杆步距1.5 m，每层排架的工作平台确保能满足2台钻机同时工作。排架搭设完毕并经有关安全部门检查验收合格后投入使用。

3.2.3 钻机定位

(1)确定钻机位置:根据设计孔位坐标高程、倾角计算钻机实际工作位置及高度，作为钻机定位和垫高依据。

(2)加固钻机:为使钻孔时钻机稳固、确保钻孔精确，钻机应与排架连成整体，原则上使钻机在工作时不发生轴向及横向位移，钻机荷载均匀分布于排架工作平台上。

3.2.4 钻进过程控制

开孔时，要严格控制钻机开孔误差不超过设计孔位10 cm，对冲击器和钻头应有一个支撑和限制，以达到设计控制点，并严格按照试验孔成果所确定的钻孔工艺原则进行锚索孔钻进施工。

3.2.5 锚索孔地质缺陷处理

(1)预应力锚索的内锚段必须置于稳定完整的岩层内。如果孔深已达到设计深度而仍处于破碎或断层等软弱岩层，应报告监理人。待监理人同意后继续钻进直至监理人认可的深度为止。

(2)钻孔完毕用压力风清孔，采用多点照相测斜仪进行孔道测斜并记录。经监理人验收合格后随即进行锚索安装。若锚孔验收不合格，则作为废孔处理，即时并全孔灌注水泥砂浆待其达到一定强度后重钻，经验收合格后方可进行锚索安装、锚固段注浆等工序。

(3)钻孔过程中应做好钻孔原始记录，如钻进中的返风、返岩粉、涌水、孔斜情况及地质情况等。钻孔完毕应及时对记录进行汇集、整理，以作为分析孔道质量的依据。

3.3 锚索制安

3.3.1 钢绞线材质检验及锚具硬度检验

钢绞线采用江西新华金属制品有限公司生产的φ15.24、1 860 MPa高强低松弛有粘结预应力钢绞线，锚具采用柳州OVM公司生产的OVM15－6型锚具及与其配套的夹片。使用前按照规范要求进行钢绞线材质检验及锚具硬度检验，检验合格后方可投入使用。

3.3.2 钢绞线的存放

钢绞线进场后若不能及时下料，应临时存放在具有防雨雪、防尘功能的库内，其底部须垫高至少20 cm并覆盖以防潮防尘。登记每卷钢绞线的编号，钢绞线的出厂牌号应保存归档，同时必须附有相关材质证明书。

3.3.3 锚索下料

根据各锚索孔的实际孔深和张拉施工所需长度计算出各锚索的下料长度。钢绞线下料在编索平台上完成。下料时应做到:开盘后的钢绞线至编索平台沿程均应顺直在同一水平线上，以保证钢绞线的下料精度。在下料过程中，应特别注意安全，避免钢绞线弹力伤人。

3.3.4 锚索的制作

锚索各种附件须经检查合格后方可使用。进、回浆管均采用 φ3/4″(1″=2.54 cm)塑料管，按设计长度下料，一期进浆管用红油漆在两头及中间做标识，二期进浆管用黄油漆标示，二期回浆管不做标识。

编索时，先将钢绞线在编索平台上顺次平铺，然后将架线环、止浆环按设计尺寸与数量穿好，再进行编帘扎束，并将外圈第一根钢绞线两端用红色油漆标示，内圈第一根钢绞线两端用黄色油漆标示，以使编帘扎束中钢绞线不发生相互交叉。每根钢绞线在架线环及止浆环内的位置必须一致，且两端相互对应，架线环与钢绞线均须绑扎牢固，并确保绑扎时钢绞线与进回浆管平行，否则锚索张拉中可能发生安全事故。锚索制作完毕应编号、挂牌标示，并作临时防护。

3.3.5 锚索制安

将合格的锚索运至相应孔位(该钻孔已验收合格)，运输时各支点间距不得大于2 m，入孔时锚索体的弯曲半径不得小于3 m。锚索安装时应有专人协调指挥，行进速度应均匀平稳缓慢，且应使二期进浆管始终处于锚索的正上方。锚索安装到位后须将孔口临时封堵，对孔口外的索体进行包裹防护，以免污染。

3.4 锚索孔灌浆

(1)有粘结锚索孔灌浆分为内锚段灌浆和张拉段灌浆两部分。采用NJ－600型搅拌机制浆，2SNS型单泵注浆机注浆。

浆材为M45水泥净浆，水泥标号为普硅型P.O.42.5。

(2)首先对一期进浆管注水使孔口有返风或返水，孔内注水润湿后开始灌浆。灌浆压力为0.3 ～0.4 MPa，回浆比重与进浆比重相同时进行屏浆，屏浆压力为0.4 MPa，屏浆时间为30 min。屏浆结束后将一期进浆管和回浆管扎紧。

(3)张拉段灌浆在锚索张拉锁定后进行。灌浆前，须用压力风水冲洗孔壁，再用风将孔内余水排干，灌浆材料、灌浆压力、结束标准、屏浆压力和时间等均与内锚段相同。

3.5 锚墩混凝土浇筑

锚索安装到位后即可进行锚墩混凝土浇筑。按设计要求将锚墩底部岩石整平、清理干净，然后安装孔口管与锚垫板，埋设螺旋筋，安装穿过锚墩的暗梁钢筋、面层钢筋网，安装加固模板，经验收合格后浇筑混凝土。由于施工部位地处高原，气候干燥，锚墩混凝土浇筑完毕的保湿保温养护极为重要，否则将严重影响混凝土强度。

3.6 锚索张拉锁定

(1)待暗梁混凝土、锚敦及护坡混凝土达到设计强度后进行锚索张拉。在锚索张拉施工前，先对3束设有测力计的锚索进行生产性张拉试验。根据试验索锁定后的应力损失情况确定是否进行补偿张拉，并以试验索的张拉工艺指导其他锚索的张拉施工。

(2)锚索张拉施工准备。

采用YCW150B型千斤顶与ZB4－500型电动油泵配套进行锚索张拉，单根钢绞线预紧采用YDC240Q型千斤顶。在锚索张拉作业前，对张拉机具如千斤顶、油管、压力表、测力计进行标定，给出配套“油压值——张拉力”对应关系曲线，并经监理工程师批准后使用。

(3)锚索张拉。

①顺次安装锚板、夹片、限位板、千斤顶及工具锚(安装前锚板锥形孔及夹片表面应清洁)。工具锚板上孔的排列位置需与工作锚的孔位一致，不允许千斤顶穿心孔中的钢绞线有交叉现象。

②锚索正式张拉前，先对每股钢绞线施加10 kN的张拉荷载进行预张拉，以使锚索各钢绞线顺直且受力均匀，并将该荷载锁定在锚板上，再对整束锚索进行张拉至超张拉荷载后锁定。张拉控制以张拉力为主，辅以伸长值校核。张拉时按以下分级进行，并及时准确进行记录。

1 000 kN级锚索:预张拉(100 kN)→200 kN→400 kN→600 kN→800 kN→1 000 kN→1 100 kN(锁定)。

张拉过程中，在达到控制张拉力后稳压5 min再进行下一级张拉，直到达到最后一级张拉力后稳压30 min即可锁定。

③张拉时，当实际伸长值大于理论计算值10%或小于5%时应暂停张拉，查明原因并采取相应措施予以调整后方可继续张拉。

④锚索锁定后，当预应力损失超过设计应力10%时，应进行补偿张拉。

3.7 锚索张拉段的封孔灌浆

待锚索张拉段灌浆完毕，从锚具外端量起50 mm以外钢绞线用砂轮切割机截去。采用圆形钢罩将外锚头罩住并固定密封，在其内灌注C20混凝土进行防护。

4 结语

黄河上游公伯峡水电站压力钢管右侧高边坡锚索支护工程自2005年3月10日正式开始施工至2005年6月31日竣工，历时112 d，共完成锚索144束，计6 610 000 kN·m，锚索合格率达100%，优良率达92.5%，被监理评为优质工程。实际施工过程中，由于严格实施了施工工艺过程控制，使锚索施工不仅在质量上完全满足设计和规范的要求，没有发生任何质量安全事故，而且施工速度较快，提前达到了施工计划的进度要求，取得了较好的经济效益和社会效益。