河北丰宁抽水蓄能电站厂房预应力锚杆施工技术

赵洪仓

摘 要：河北丰宁抽水蓄能电站厂房地质条件复杂，锚杆施工过程中发生塌孔及锚杆成型后无法满足设计要求抗拉拔力等问题，在采用预应力锚杆技术，加快了工程进度、施工质量好、经济效益高等特点，本文结合本工程实例，详细介绍预应力锚杆应用特点和施工工艺。既保证了施工质量，洞室安全，又提高施工功效，是预应力锚杆在地下洞室地质复杂条件下采取加强支护的一次成功应用案例。

关键词：预应力锚杆；施工；技术应用

1 工程概述

河北丰宁抽水蓄能电站位于河北省丰宁满族自治县境内，工程区距丰宁县公路里程约62km，电站对外有国道、省道和简易乡村道路相通。工程规划装机容量3600MW，为一等工程，大（1）型规模。分两期建设，本期装机容量1800MW，安装6台单机容量为300 MW的可逆式水泵水轮机组。电站主要由上水库、水道系统、地下厂房系统、蓄能专用下水库及拦沙库等建筑物组成。电站建成后，在京津唐电网系统中承担调峰、调频、调相和事故备用任务。

根据设计蓝图，在主厂房洞、主变洞断层部位、裂隙发育及不稳定块体设置Φ28@1.5m，L=8m（P=100KN），外露15cm预应力树脂锚杆，锚杆前端加工成45°楔形面，尾部加工15cm长度丝扣，孔口依次布设200×200×10mm（长×宽×厚）钢垫板、φ70mm半球形垫圈、M28螺帽。

2 施工方法

锚杆按照设计要求采用Ф28，L=8.0m，HRB400级钢筋制作，垫板、半球形垫圈、螺母均外购。锚固剂选用φ35mm，L=30cm快速、中速树脂药卷，锚固段填充快速凝固树脂卷，张拉段填充中速凝固树脂卷。锚杆采用多臂钻造孔，根据《树脂锚杆 第1部分：锚固剂》建议值，经核算锚固剂及杆体截面积，拟定选择φ45钻头造孔。树脂药卷及锚杆安装均采用反铲平台进行。锚杆张拉采用TG1000型扭力扳手进行，张拉前需对扭力扳手进行预置。

3 施工工艺

具体流程见图1所示：

3.1 施工方法

（1）测量放线、锚孔定位

按照设计要求或现场监理工程师指令放好锚杆孔位、角度，并用红油漆作好标记，钻孔时严格按放好的锚杆角度开钻，按照设计图纸进行施工。

（2）造孔

①锚杆孔采用多臂钻施工。因选用φ35树脂药均，根据《树脂锚杆 第1部分：锚固剂》建议值，经核算树脂药均及杆体截面积总和，选择φ45钻头造孔。

②施钻时钻头要对准岩壁上锚杆孔孔位标识下钻，最大偏差不得大于150mm，开孔应用小功率缓慢钻进，钻进约50cm后，校正钻孔方向，全功率钻进。锚杆钻孔轴线与设计轴线的间距偏差不大于3%。

（3）洗孔

采用多臂钻钻孔，在锚杆钻孔完成后，用高压力水反复洗孔直至清洗干净；当采用潜孔钻钻孔，对所有锚杆孔依次采用高压风水枪进行冲洗，直至孔内不再有浊水流出时，结束冲洗，然后用压力风枪将孔内积水吹出孔外。洗孔完成后，应在孔口周围30×30cm范围内采用M20水泥砂浆找平。

（4）钻孔检查与验收

锚孔清洗完毕，进行孔位编号。编号后对各孔的实际孔径、孔深、孔位进行三检，填好检查记录表，合格后报请监理工程师验收，监理工程师验收合格后方可进行下一步工序施工。

（5）树脂药卷安装

①树脂药卷描述

预应力树脂锚杆分为锚固段和张拉段，分别采用快速锚固剂和中速锚固剂填充，单根直径35mm，长度30cm，重0.6kg，由树脂胶泥与固化剂两部分采用塑料隔膜分隔包装成卷形（外观与火腿肠一致），表面采用不同颜色标示，快速锚固剂采用“MSK3530”表示，颜色为蓝色，中速锚固剂采用“MSZ3530”表示，颜色为白色。

②锚固长度确定

根据《水电工程预应力锚固设计规范》6.2.2，锚固段长度可按照下式计算。

摘抄《水电工程预应力锚固设计规范》附录A如下：

将上述参数带入公式可得：

L1≥（1.1×1×1.3×1.2×1.15×100）/（45×6）=0.73m

根据《树脂锚杆 第1部分：锚固剂》，第5.8抗拔力：锚固长度125mm，模拟孔直径28mm，配套杆体直径为20mm，屈服强度500MPa的无纵肋螺纹钢杆体，龄期2h条件下，抗拔力不小于100KN。

综合考虑施工工艺、施工熟练程度，并结合类似施工经验，拟定本次预应力树脂锚杆锚固段长度为1.0～2.0m，具体锚固长度根据试验结果确定。

③树脂药卷安装

根据设计布局，本标段预应力树脂锚杆分为为竖向和水平两种，针对竖向孔，为避免已经安装锚固剂脱落，采用φ8钢筋作骨架，将树脂药卷旋转180°对称绑扎在钢筋上，具体形式如图02。为保证树脂药卷顺利安装，预先绑扎3～5m段，剩余段边绑扎边安装。树脂药卷安装利用反铲平台，人工安装，安装完成后，将φ8钢筋弯折与预先在孔边施工的φ8插筋绑扎固定，防止树脂药卷整体脱落。针对水平孔，直接采用PVC管将树脂药卷逐一送入孔内。

（6）锚杆安装

锚杆安装利用反铲平台配合人工进行，插杆工人必须熟悉各个孔的孔向，以便杆体能够一次性顺利插入。锚杆安装应均匀、快速进行，必须在10～15分钟之内完成。

在安插锚杆前先将垫板、球形垫圈、螺帽逐一戴上，防止插杆过程中树脂污染杆体丝口，同时避免插杆过程中损坏丝口，致使螺帽不能顺利安装。

（7）搅拌

锚杆插入孔内采用风炮旋转锚杆，将孔内快速凝固树脂卷和缓凝固树脂卷搅拌均匀，搅拌时间宜为30S。

（8）张拉

在锚固段内的锚固剂固化15～30分钟后，采用扭力扳手对锚杆施加预应力至100KN，锚杆张拉必须在张拉段填充锚固剂凝固之前完成。扭力扳手使用前，采用通过在锚杆上安装钢筋计、锚杆应力计等对办法对工作力矩和实际张拉力的对应关系进行检验，继而对扭力扳手刻度进行预置。

4 质量控制措施

（1）锚杆原材料型号、规格、品种、锚杆各部件质量及技术性能应符合设计要求，且进场原材料必须检测合格后方可投入使用，杜绝不合格预应力锚杆使用。

（2）严格按照设计蓝图及监理工程师指示及有关施工规范进行施工。

（3）施工中必须按照预应力锚杆施工工艺进行施工，每道工序必须验收合格后方可进行下一道工序施工。

（4）应根据树脂药卷、杆体截面积选择合适的造孔钻头；

（5）钻孔前根据设计要求定出孔位，做出标记；

（6）锚杆孔深不应小于杆体有效长度，且不应大于杆体有效长度30mm；

（7）清孔后在每根锚杆安装前须仔细量测孔深、孔的角度，不合格的孔不得安装锚杆；

（8）预应力钢筋不允许焊接，宜采用整根；

（9）树脂卷宜存放在阴凉、干燥和温度在5～25℃的防火仓库中；

（10）树脂卷应在规定的储存期内使用，使用前，应检查树脂卷质量，变质的树脂卷不得使用；

（11）张拉型锚杆的垫板与岩面应紧密接触，垫板不得出现弯曲；

（12）预应力锚杆应有完整的锚杆性能试验和验收检验资料以及施工记录；

（13）锚杆施工过程中，值班质量人员必须全程旁站。

5 预应力锚杆施工总结分析

在地下洞室群施工中，经常遇到地质围岩较差条件下进行施工，如何科学论证系统支护参数是直接影响地下洞室安全施工，通过对揭露围岩类别科学分析，主动对围岩施加径向压力，大大增强了围岩的自身稳定，减少了施工中掉块、塌方等现象，并以其施工安全可靠，经济高效，特别是树脂药卷的应用，为预应力锚杆的广泛应用奠定基础。

6 结语

地下厂房施工存在较大安全风险，直接取决于其不同围岩支护方案和施工程序，洞室安全问题越来越受到人们的关注。根据实际情况，科学合理地组织施工，有效地减少地下洞室的安全风险，加快施工进度，保证了洞内作业人员的安全。目前，河北丰宁抽水蓄能电站地下厂房正在进行安全洞室开挖，受到了业主、设计及监理的好评。

参考文献

[1]刘延科，邓立南.江苏宜兴抽水蓄能电站预应力锚杆施工技术[J].中国西部科技，2012，11（7）：3-5.

[2]简俊杰，丁西武.浅谈预应力锚索在泰安抽水蓄能电站的应用[J].水力发电，2006，32（4）：43-45.

[3]魏本强，张卫林.预应力锚索在溧阳抽水蓄能电站上水库高边坡的应用[J].水利水电施工，2012，（3）：53-55.

（作者单位：中国水利水电第七工程局有限公司）