锦屏二级水电站进水口工程边坡支护中压力分散型无粘结预应力锚索施工质量的控制

李阳明

(四川二滩建设咨询有限公司，四川成都 610051)

1 工程概况

锦屏二级水电站位于四川省凉山彝族自治州境内的雅砻江锦屏大河弯处的雅砻江干流上，利用雅砻江大河弯长达150 km的天然落差，额定水头约290 m的优越水力条件，通过截弯取直，凿洞引水发电，电站装机容量为4 800 MW，属雅砻江梯级开发中的骨干水电站。

锦屏二级水电站进水口建筑物级别为1级，位于锦屏大河弯西端景峰桥附近，进水口拦污栅墩采用洞外岸塔式结构布置，侧向取水。进水口区域坡体经历长期风化、卸荷的作用和施工期的扰动，影响了边坡的整体稳定性。根据工程需要和设计要求，进水口工程边坡永久支护采用了压力分散型无粘结预应力锚索。

2 压力分散型无粘结预应力锚索工艺原理

压力分散型无粘结预应力锚索(以下简称“锚索”)的每组无粘结钢绞线末端的承载端头采用防护钢套，其内充专用防腐油脂的密封结构，从而提高了锚固体系的防腐能力。锚固段荷载分散的压力型锚索同时还可以将锚固段内的集中压应力分散开来，使锚固段上的应力分布更趋均匀，从而增强了锚索的锚固效果，锚固体系更趋合理。锚索工艺原理见图1，锚索结构示意见图2。

图1 锚索工艺原理图

图2 锚索结构示意图

3 锚索施工工艺

3.1 整体施工工艺流程

3.1.1 锚索造孔

采用全站仪测定孔位，孔位误差不大于10 cm。采用风动潜孔钻机造孔，应用地质罗盘和倾角仪分别校正方位角和倾角。钻孔完成后，采用压缩空气对锚索孔进行清洗。

3.1.2 锚索的制作与安装

3.1.2.1 锚索的制作

采用砂轮切割机切割断料。每根钢绞线均须平顺，不得发生扭曲、交叉。

锚索施工工艺流程见图3。

图3 锚索施工工艺流程图

进行承载端头的挤压锚施工先按每组要求长度的无粘结钢绞线等长切割并按组分别套装承载板后，将钢绞线末端5～7 cm挤压锚嵌固段处去皮洗油后，采用专用挤压机逐根进行钢绞线与挤压锚具连接安装。

挤压锚施工完成后，进行内锚头防腐作业。对分组等长钢绞线末端的挤压锚与对应的承载板组成的单组内锚头安装保护钢罩，保护罩与承载板采用细牙螺纹联接，保护钢罩内灌注专用的防腐油脂填充密实。内锚头安装及防腐情况见图4。

图4 锚索内锚头安装及防腐图

内锚段承载体不同分组的内锚头在锚索外露端依次用不同颜色的胶带进行标识区分。编制完成后挂牌编号并覆盖保护。

3.1.2.2 锚索的安装

锚索的下索采用人工将锚索抬至孔位附近，缓缓送入锚索孔内。

3.1.3 混凝土外锚墩的施工

混凝土外锚墩的施工采用在施工现场扎筋立模后现浇的方式。浇筑前，清除底部的松动岩块，按设计要求布置钢筋。安装孔口导向钢管及承压板时，其中心线与锚索孔中心线相重合，平面上与孔轴线正交。锚墩模板采用定型钢模板。

3.1.4 锚索注浆

锚索注浆采用有压循环式全孔段一次灌注。水灰比采用0.3 ～0.35，水泥采用 PO.42.5R 普通硅酸盐水泥，浆液中掺入一定数量的微膨胀剂和早强剂，注浆压力0.3～0.5 MPa。灌浆管设置2根φ25 PVC管作为进、返浆管。

3.1.5 锚索张拉

按设计要求，在锚索孔浆体及锚墩混凝土达到设计强度后，方可进行锚索张拉。必须采用分组单根预紧、分组单根的张拉方式。遵循先中间、后周边的原则，按照承载板对应钢绞线颜色标识对称间隔分序进行。

4 锚索施工质量的控制

4.1 质量控制的依据

(1)有关锚索施工的国家规范及行业标准;

(2)设计图纸、设计变更通知及有关设计技术要求;

(3)锦屏二级水电站进水口合同文件、锚索施工组织设计及监理文函批复意见等。

4.2 质量控制要点

(1)钢绞线、张拉设备及锚具等材料进场应有出厂合格证并对其进行外观检查。钢绞线每60 t抽检一组三根检验其力学性能指标。

(2)孔径、孔深、孔位和孔斜等按照设计要求和规范进行验收。

(3)下索过程中应严格注意保护钢绞线PE保护层，如出现破损要及时采用胶布包裹处理。

(4)将导向套管及锚垫板、混凝土垫墩钢筋笼中心线重合，锚墩钢筋混凝土施工应满足规范要求。

(5)注浆设备应按期、按要求进行率定、合格后方可投入使用。注浆前应进行以下检查:运行设备是否正常、仪器仪表是否准确、管路是否通畅，注浆过程严格按照规范进行。

(6)张拉设备应按期、按要求进行率定、合格后方可投入使用(率定间隔期不超过6个月)，且锚索孔浆体及锚墩混凝土达到设计强度后才能进行锚索张拉。

4.3 施工过程的质量控制

根据国家规范和设计要求、锚索施工质量控制要点，在施工过程中，监理工程师主要从以下几个方面进行施工质量控制，发现问题及时纠偏，从而使进水口边坡锚索的施工质量得到了很好的控制，确保了边坡的稳定性。

4.3.1 落实完善质量管理保证体系，强化现场质量服务管理

(1)要求承包人建立并完善质量检验机构和质量保证体系，施工前进行技术交底工作，落实“三检”制度。

(2)监理人员须熟悉设计文件，明白设计意图，熟练掌握规范要求，对锚索施工进行全过程质量控制，对关键工序现场进行旁站监督。

4.3.2 锚索施工各工序的质量控制

锚索施工质量的控制以工序质量控制为重点进行全过程跟踪监督，坚持前道工序检查验收合格后方可进行下一道工序的施工。监理工程师严把质量关，强化对承包人的现场施工管理，要求其按章作业，安全作业。

4.3.2.1 钻 孔

(1)用颜色明显的油漆在现场标明锚索开孔位置，根据规范要求孔位偏差不应大于10 cm;钻机平台要稳固牢靠，对钻机倾角及方位角要进行严格校验，当孔位受现场实际情况条件限制无法施工时，须征得设计单位同意后方可拟定新孔位。

(2)在钻孔施工过程中要及时检测孔斜误差、记录钻进速度、回风、返渣等情况。用测斜仪分段测定已成孔孔道的曲线坐标，在钻进过程中随时采用扶正器纠偏。钻孔深度应大于设计孔深40 cm。

(3)确保内锚固段处于稳定的岩层内。如果孔深达到设计深度，但通过钻孔记录的返风、返渣、钻速等现象综合判断其仍处于破碎或断层等软弱岩层，则须延长孔深，直至监理工程师认可的稳定岩层为止。

(4)监理人员按照设计及规范要求对造孔的孔位、孔深、孔径、孔斜进行检查验收。

4.3.2.2 锚索制安

(1)钢绞线进场后按规范要求检查其外观质量，待其满足要求后检验其力学性能指标。检验合格后方可投入生产使用。下料应根据配料单在锚索专用下料线进行钢绞线定长下料，其断料采用砂轮切割机。下料长度按照下式计算:

L下料长度= L设计孔深+L垫座厚度+L千斤顶长+L锚具厚度+L传感器厚度(生产性试验索和永久观测索才有)+30 cm

(2)将无粘结钢绞线靠内锚端端头6.5～7 cm锚头嵌固端挤压套安装处去皮洗油。清洗时，采用汽油等无腐蚀性清洗剂去除防腐油脂。对钢绞线PE层出现局部破损的部位，用水密性胶带进行修补。

(3)钢绞线及其他索体附件按设计图纸要求编排并绑扎成束，内锚头承载板及自由段隔离架间距均为2 m，锚索内锚段顶部端头设置导向帽。将钢绞线与锚头嵌固端穿入到承载板相应孔内，利用GYJA型专用挤压机进行内锚头的挤压连接。挤压完成后将挤压套与锚头之间用防腐油脂填充密实，承载板上穿钢绞线孔与钢绞线接合处缝隙应用环氧砂浆可靠密封。

(4)钢绞线采用无锌铁丝编帘，并按内锚段承载体的分组要求，将不同组内锚头在锚索外露端依次用着色的胶带进行标识区分。编制完成后挂牌编号，存放在专用场地并加以保护。

(5)锚索经核对无误且经验收合格后方可下索。穿索时各支点间距离不得大于2 m，转弯半径不得小于5 m。穿索完成后的锚索外露长度必须满足张拉施工操作。

4.3.2.3 锚墩浇筑

锚墩的施工严格按照设计图纸及规范的要求进行，模板采用内拉内撑的方式，锚垫板安装时要保证与孔道轴线垂直，套管与孔道轴线对中，并将套管与孔道间的孔隙加以密封，钢筋及插筋的安装按照设计图纸进行控制，浇筑要振捣密实，浇筑后及时洒水养护。

4.3.2.4 锚索灌浆

注浆是锚索施工的关键工序之一，其效果的好坏将直接影响到锚索的锚固效果。锚索注浆不仅是为了形成锚固段，注浆体渗入到地层的裂隙和缝隙中还将起到固结地层、提高地层承载力的作用。

(1)锚索灌浆采用纯水泥浆有压、循环式一次性全孔灌注。浆液采用0.3～0.35水泥净浆，结石强度要求R7d≥35 MPa。

(2)观察出浆管的排水、排浆情况，当出浆管开始回浓浆、吸浆率不大于0.4 L/min、回浆压力达到0.1～0.2 MPa时开始进行屏浆，屏浆时间为20～30 min。灌浆采用都西易灌浆自动记录仪自动记录，操作人员应现场打印并交付灌浆记录。

(3)施工过程中，监理试验工程师随机对砂浆进行取样做抗压强度试验。

4.3.2.5 锚索张拉

(1)张拉前应具备以下条件:钢绞线材质抽样检查合格;张拉前各工序阶段验收合格;锚夹具合格证及抽样检验;张拉机具已配套标定并出具标定证明文件;灌浆、垫座混凝土强度均达到设计要求值。

(2)张拉前须对千斤顶、高压油泵及压力表测力计进行配套标定并绘制其标定曲线，以作为锚索正式张拉的控制依据。标定不合格的张拉设备和仪器不得使用，标定间隔期不超过6个月。张拉设备和仪器若遭强烈碰撞，必须重新标定后才准使用。

(3)张拉采用单根预紧、单根张拉方式。先张拉锚具中心部位钢绞线，后张拉锚具周边钢绞线，按照间隔对称分序进行。一个张拉循环完毕，进行下一个张拉循环，直至达到设计张拉力。

(4)张拉作业采用应力应变双控分级张拉程序。在进行锚索张拉时，从预紧应力到锁定应力分5级进行张拉施工。分极标准为(σ为设计值):0.25σ→0.5σ→0.75σ→1σ→1.1σ→锁定。

(5)千斤顶升荷速率每分钟不超过0.1σ，卸荷速率每分钟不超过0.2σ，锚索张拉采用单根预紧、单根循环张拉的方式，针对每一级荷载、每根钢绞线按照钢绞线长度由短至长进行单根单级循环张拉。前四级每级持荷2 min，最后一级张拉后稳压10 min。

(6)每束张拉循环五次:第一次预紧0.25σ，第二次为0.25 ～0.5σ，第三次为0.5 ～0.75σ，第四次为0.75～1σ，第五次为1 ～1.1σ。

(7)锚索张拉以控制张拉力为主，辅以伸长值校核。锚索张拉过程中，当实际伸长值大于理论计算值10%或小于5%时应暂停张拉，待查明原因并采取相应措施予以调整后方可继续张拉。

(8)在进行张拉施工时，认真记录测力计读数、千斤顶的读数以及在不同张拉力时钢绞线的伸长值，记录成果应及时报送监理工程师。

(9)与作业无关的人员不得进入锚索张拉作业区，张拉时千斤顶出力方向45°内禁止站人。

4.3.2.6 外锚头保护

锚具外的钢绞束除留存10 cm外，切除其余部分。外锚头按设计要求用混凝土保护，外锚头(含外露钢绞线)保护层的厚度不小于10 cm。对不同锚固类型的外锚头用不同颜色涂料粉刷进行标识，应达到醒目和良好区分的效果。

5 结语

按照5%的抽检比例，现场对该处施工的锚索进行联合检验，检测结果表明施工质量满足现行《水利水电工程预应力锚索施工规范》DL/T5083－2004及设计要求。