金沙江白鹤滩水电站左岸坝基柱状节理玄武岩锚固试验

王廷林

一、工程简介：

白鹤滩水电站位于金沙江下游四川省宁南县和云南省巧家县境内，距巧家县城45km，上接乌东德梯级，下邻溪洛渡梯级，距离溪洛渡水电站195km。白鹤滩水电站的开发任务为以发电为主，兼顾防洪，是“西电东送”的骨干电源点之一。白鹤滩水电站水库总库容206.27亿m3，调节库容可达104.36亿m3，防洪库容75.00亿m3。正常蓄水位825.00m高程。电站装机容量16000MW，多年平均发电量625.21亿kW?h，保证出力5500MW。

白鹤滩水电站枢纽由拦河坝、泄洪消能设施、引水发电系统等主要建筑物组成。拦河坝为混凝土双曲拱坝，最大坝高289m。为提高拱坝坝基的均匀性和整体性，增强基础的承载力、减少坝基变形，需对全坝基进行固结灌浆处理。左岸坝基665.0m高程以下出露P2β33第一类柱状节理玄武岩，且均发育多条缓倾层内错动带，岩体完整性相对较差，开挖后易松弛。

⑵对于可拆卸砂浆预应力锚杆，试验锚固段采用锚固剂和可拆卸段直螺纹套筒连接处PVC管口加强密封措施进行试验。

二、试验部位

预应力砂浆锚杆锚固施工工艺试验区在大坝高线混凝土生产系统场平工程中854～834m高程边坡部位。本次共进行两次试验。

三、试验锚杆参数

第一次：预应力砂浆锚杆规格及布置参数按照柱状节理玄武岩现场试验大纲相关要求执行，锚杆C32，间距3.0m，L=9.0m（7.0+2.0m），试验施工6根。

第二次：本次试验过程除锚固段采用锚固剂外，其余同第一次试验。

四、施工方法及过程

第一次试验

㈠施工程序

施工程序：施工准备→测量布孔→钻孔→清孔→锚杆组装、安插→锚固段灌浆→孔口砂浆找平及钢垫板安装→张拉锁定→张拉段灌浆→拆卸保护层内2m段锚杆。

㈡锚杆材料

⑴预应力锚杆采用端头锚固式，锚固采用黏结式。

⑵预应力锚杆的杆体采用高强精轧螺纹钢筋，其质量要求符合GB13013及GB1499的规定。

㈢预应力锚杆结构形式

可拆卸预应力锚杆现场试验结构型式为3种，分别如下：

第一种：预应力锚杆布设两套注浆管路，分别在3m锚固段及可拆卸段部位设置止浆包，拆卸段外套Φ40PVC管。

第二种：预应力锚杆布设一套注浆管路，在7m非拆卸段处设置止浆包，并且止浆包以下全段灌浆，同时拆卸段外套Φ40PVC管。

第三种：预应力锚杆布设两套注浆管路，在3m锚固段设置止浆包，张拉段与可拆卸段全段注浆，拆卸段外套Φ40PVC管。

㈣锚杆制作

根据试验大纲及锚杆结构形式图纸，由施工局加工厂统一进行制作，其中第一种形式制作2根，第二种形式制作3根，第三种形式制作1根，共制作6根。制作过程中严格按照要求进行。

㈤施工方法

⑴布孔：按照试验规划区进行布置，逐孔测量定位钻孔孔位，要求其孔位偏差不大于100mm，孔斜偏差不大于2°，锚杆孔的孔轴方向垂直于设计边坡。

⑵钻孔：为后期坝基柱状节理玄武岩锚杆施工规模化快速施工，预应力锚杆施工工艺试验采用ROCD7液压钻机造孔，成孔孔径为Φ90；钻机就位后使用地质罗盘仪确定锚孔方位和倾角，孔深偏差要求在+20cm以内。

⑶清孔、验孔：钻孔结束后，用高压风将孔内岩粉、水吹干；对孔位、孔深、孔斜进行逐孔检查，验收合格后方可进入下道工序。

⑷预应力锚杆安装

预应力锚杆采用机械配合人工安装，安装前检查孔深，以锚杆就位后其外露段的丝扣长度可以安装托板、螺帽等部件为适度。锚杆放入孔内前清除钻孔内的石屑与岩粉；检查注浆管、排气管是否畅通，止浆包是否完好。其中1#、2#为第一种预应力锚杆结构形式，3#、4#、5#为第二种形式，6#为第三种形式。

⑸预应力锚杆孔口用砂浆作平整处理，其强度能承担锚杆张拉的最大荷载。

⑹锚固段灌浆

由于后续施工过程中需将外锚具拆除，故坝基柱状节理玄武岩二期锚杆方式选择自由段无套管的预应力锚杆，需两次注浆，即锚固段注浆及自由段（张拉段）注浆。锚固段灌浆时必须保证锚固段长度内灌满，但浆液不得流入自由段。要求锚固段灌浆体的抗压强度不低于30MPa。

灌浆材料采用水灰比为0.45～0.5的纯水泥浆，或采用灰砂比为1：1、水灰比为0.45～0.5的水泥砂浆。

⑺预应力锚杆张拉与锁定

①采用扭力扳手进行张拉，张拉前对张拉设备进行率定。张拉过程中保持锚杆轴向受力，必要时在托板和螺帽之间设置球面垫圈。

②预应力锚杆设计张拉力为120KN，正式张拉前，取20%设计张拉荷载，对其预张拉1～2次，使其各部位接触紧密，正式张拉至设计荷载后进行锁定。

⑻张拉段注浆

根据可拆卸式预应力锚杆结构，第①与第②种结构的预应力锚杆在注浆过程中要求同内锚段注浆一样，必须保证张拉段内灌满，但浆液不得流入可拆卸段；第③种结构预应力锚杆注浆进行张拉段全段注浆，要求张拉段灌浆体的抗压强度不低于25MPa。

⑼拆卸保护层内2m段锚杆

预应力锚杆张拉段灌浆达到设计强度时即可对2m段预应力锚杆进行拆除。后期坝基柱状节理玄武岩建基面保护层开挖时，应在保护层开挖前对2m段预应力锚杆进行拆除，拆除前同时要求预应力锚杆张拉段灌浆达到设计强度。

拆除2m段预应力锚杆首先拆除外部锚具（锚垫板及螺母等），其次采用机械扳手对2m段预应力锚杆进行拆除。

第二次试验

本次试验对预应力锚杆结构型式进行优化调整，预应力锚杆锚固段采用锚固剂进行锚固，张拉段布设一套注浆管路，止浆包设置在可拆卸段直螺纹套筒连接处下部，拆卸段外套Φ40PVC管，同时直螺纹套筒采用土工布保护，具体见下图： 本次试验过程除锚固段采用锚固剂外，其余工序同第一次试验。

五、试验结果

第一次试验

预应力砂浆锚杆锚固施工工艺试验于2014年6月7日完成钻孔作业，2014年7月18日完成2m段拆卸工作，整个试验由于受锚固段灌浆等强、孔口锚墩头（水泥砂浆找平）等强、张拉段灌浆等强要求，整个试验所需时间较长。

布置于大坝高线混凝土生产系统场平工程中854～834m高程边坡部位的6根预应力砂浆锚杆全部完成张拉工作，张拉力满足要求，说明预应力砂浆锚杆采用套筒联接方式进行加长可行，满足安装、张拉要求。

在对2m拆卸段进行拆除工作时，3#、6#预应力砂浆锚杆未能拆卸下来，其中3#为第二种预应力锚杆结构（在7m非拆卸段处设置一个止浆包），6#为第三种预应力锚杆结构（在3m锚固段处设置一个止浆包），其余4根锚杆顺利拆卸完成，第一种预应力锚杆可拆卸合格率为100%，第二种预应力锚杆可拆卸合格率为66.7%。，第三种预应力锚杆可拆卸合格率为0%。

第二次试验

本次试验在第一次试验的基础上对锚杆结构形式进行优化调整。补充试验第一批3根可拆卸预应力锚杆受直螺纹连接丝头加工错误影响，未完成拆卸。补充试验第二批3根可拆卸預应力锚杆直螺纹连接丝头加工正确后，均完成拆卸。

六、试验结论

⑴第一次预应力砂浆锚杆试验过程中2根锚杆未拆卸成功，现场通过凿除锚墩头后发现2m可拆卸段PVC管内砂浆黏结，出现PVC管内串浆现象；拆卸时成品管钳长度不足需加长手柄后才能满足要求。第二次预应力砂浆锚杆试验中直螺纹连接丝头加工正确的3根锚杆全部拆卸成功。

⑵可拆卸预应力锚杆止浆包在安插锚杆过程中存在磨破的可能，在锚杆组装过程中应绑扎牢固。

⑶经过两次试验，并且经过对比，可拆卸式预应力锚杆满足设计要求，预锚普通砂浆锚杆及可拆卸式预应力锚杆主爆区造孔至建基面的准确性及深孔插杆注浆工艺可行。可在柱状节理玄武岩保护层预锚工艺中推广。