岩石边坡无粘结预应力锚索张拉施工和质量控制

尹成福

（中国水利水电第五工程局有限公司 四川成都 610066）

1 工程概况

江苏溧阳抽水蓄能电站地处江苏省溧阳市，枢纽建筑物主要由上水库、输水系统、发电厂房系统及下水库等4部分组成。电站安装6台单机容量250MW的可逆式水泵水轮发电机组，装机总容量1500MW。其中上水库库盆工程为利用龙潭林场伍员山工区两条较平缓的冲沟在东面筑坝成库，主要建筑物由1座主坝、2座副坝、库岸及库底防渗体系等组成。

上水库西南库岸基岩主要为岩屑石英砂岩夹少量泥质粉砂岩及粉砂质泥岩。开挖后边坡坡高90～130m，边坡稳定主要受层间结构面影响，层间错动间距小，强度低，且顺坡向，与其他方向陡倾结构面组合将形成顺层滑动块体。为了保证边坡稳定，设计采用了40m长的1000kN的无粘结预应力锚索进行边坡支护。

2 锚索设计参数

锚索全长为无粘结预应力锚索，全长波纹管防护，锚索设计长40m，内锚固段长10m，由9根φ18钢绞线组成，设计承载力1000kN，锚孔直径150mm，锚索间距6m，工作锚采用15-10型，锚垫板50mm厚Q235钢板，钢绞线采用1860级高强度低松弛钢绞线，注浆采用P.O42.5水泥拌制的纯水泥浆注浆，水灰比为0.4:1，水泥净浆强度为C40，锚墩混凝土7天强度大于40MPa，锚墩高度50cm。具体见图1。

图1 带有锚索测力计的外锚头结构图

3 锚索张拉施工

锚索施工工艺流程见图2。

图2 无粘结预应力锚索施工工艺流程图

锚索施工各个环节均要按照规范要求进行施工和质量控制，本文结合一根带有锚索测力计的锚索的张拉施工和计算进行具体说明。

3.1 张拉前施工准备

锚索张拉前要做好充分的准备工作，主要包括：

（1）检查锚墩混凝土强度、龄期是否达到设计要求。

（2）检查锚垫板下混凝土是否有蜂窝和空洞，必要时采取补强措施。同时锚垫板清理干净。

（3）锚板、夹片、千斤顶和油表的标定、锚索测力计的质量检验和标定等。

（4）根据规范要求计算钢束理论伸长值，根据张拉控制应力及超张拉应力换算张拉油压表读数。

（5）做好技术和安全交底，使参加的人员熟悉技术要求和操作规程。

（6）准备记录表，按表中要求记录项目逐项记录有关数据。

3.2 各种设备就位

张拉前各种设备就位，首先穿入锚索测力计，再放置锚板和夹片，再放置限位板，再安装千斤顶，最后安装工具锚和夹片，千斤顶和油泵以及压力表提前安装好，锚索测力计读数仪与锚索测力计接好待用。

3.3 初张拉

张拉和指挥人员就位，一切准备好后进行张拉施工。首先进行初张拉，初张拉采用20%δ（δ为设计张拉力值，20%δ即为200kN）张拉值进行。初张拉开始进行中间钢绞线的张拉，通过中间钢绞线初张拉将各种设备调整就位，圆心与锚索中心一致，然后再对称单根进行初张拉。

3.4 锚索张拉

首先测量和记录千斤顶油缸伸出的初读数，伸长值使用游标卡尺测量。然后开始进行正式整体张拉施工，锚索张拉逐步按照25%δ、50%δ、75%δ、100%δ、110%δ分级进行张拉，整体进行张拉，每级张拉的持荷时间对应分别是：3min、3min、3min、3min、20min。每级钢绞线张拉时准确量测和记录千斤顶油缸伸出值。张拉过程中记录锚索测力计的读数并计算相应的测值。

张拉完成后千斤顶卸荷，钢绞线锁定，然后锚索测力计加密测定锚索测力计的力值，准确获取锚索锁定24h和48 h后的读数值。

4 锚索张拉施工的质量控制

4.1 原材料的质量检测

对每批进厂的锚板、夹片、限位板等进行外观检测，锚板、夹片夹持受力部位要求清洁，尺寸准确，不得有明显的机械损伤，避免应力集中；每批进厂的锚具都应有厂家的出厂证明书。检测合格后才能投入使用。

4.2 中间产品的质量检测

中间产品主要指锚索注浆净浆强度和锚墩混凝土强度。在这两个施工工序中要进行取样，检测抗压强度，达到设计强度等级后才能进行张拉施工。

4.3 机具的率定

张拉设备的标定：为保护张拉控制力的准确性，在张拉作业前需对张拉设备系统（包括千斤顶、油管、压力表等）进行“油压值—张拉力”对应关系的率定，并经监理工程师批准后方可使用。采用整体张拉千斤顶SVDC250型千斤顶和2YB2-80型电动油泵配套进行锚索张拉，单根预紧采用YDC240Q型千斤顶。使用前，张拉机具须请有资质的检测中心进行配套率定。经标定两套设备的“油压值—张拉力”回归曲线方程分别为：P(MPa)=0.0211×F(kN)+0.02，P(MPa)=0.2031×F(kN)-0.23。仪器修理后要立即进行重新标定，千斤顶校验周期在6个月以内。

张拉过程中电动油泵由专人进行操作，张拉过程中升荷速率不超过0.1δ/min,卸荷速率不超过0.2δ/min。

4.4 其他方面

各种设备安装前，锚板上的锥形孔及夹片表面应保持清洁，为便于卸下工具锚，工具夹片涂抹少量润滑剂。工具锚板上孔的排列位置需与前端工作锚的孔位一致，不允许在千斤顶的穿心孔中钢绞线发生交叉现象。

锚索正式张拉前，先对每股钢绞线施加22.2kN的张拉荷载进行预张拉，以使锚索各钢绞线受力均匀、完全平直，并将该荷载锁定在锚板上，再将所有锚索一起张拉至安装荷载。张拉控制以拉力为主，辅以伸长值校核，张拉时按分级进行，并进行及时准确的记录。

张拉前所有参加人员要进行技术培训，张拉过程中要有专人统一进行指挥，读数和油泵操作人员步调一致。

5 张拉成果计算和分析

5.1 理论和实际伸长值计算

（1）锚索体理论伸长量由下式计算：

式中：△L理论——理论伸长量，mm；

P——锚索设计张拉力，1000kN；

E——钢绞线弹性模量，195GPa（kN/mm2）；

L——锚索张拉段长度31.3m(锚索设计长40m，锚固段10m，自由段长30m，锚墩0.5m，锚索测力计和千斤顶长度0.8m)；

A——钢绞线截面积之和，A=9×140=1260mm2。

（2）锚索体实际伸长量由下式计算：

式中：△L实际——锚索实际伸长值，mm；

△L1——从初应力至最终应力之间的实测伸长值，mm；

△L2——初应力下推算伸长值，即20%δ（200kN）下计算伸长值为25.5mm。

5.2 实际成果分析

现场实际测量值和计算值见表1和表2。

表1 理论伸长值与实际伸长值汇总表

由表1、表2可以看出溧阳抽水蓄能电站高边坡预应力锚索张拉锁定48 h后应力值为959.7kN，设计值为1000kN，低于设计值的4.03%，满足规范10%的要求。另实际伸长值与理论伸长值偏差在-5%～10%之间，也满足规范要求。说明锚索质量控制和施工工艺满足设计和规范要求。

表2 锚索测力计测值和张拉力对照表

6 结语

本文对溧阳抽水蓄能电站上水库边坡无粘结预应力锚索张拉施工和质量控制以及理论计算方法进行了详细的说明和总结，施工过程中要进行严格的质量控制，使锚索出力值达到设计的要求，确保边坡的安全和稳定。