2000kN级超长预应力锚索施工技术

(中国葛洲坝集团第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概况

河北丰宁抽水蓄能电站施工过程中，由于下水库一期进出水口1068m高程以下左侧边坡连续发生了多次塌方，塌方体逐渐卸荷扩展至1057m高程，形成边坡倒悬体，为避免塌方体继续卸荷扩展，影响上部边坡稳定，造成更大范围的塌方影响，经业主、设计、监理和施工单位现场查看，一致确定首先将塌方体底部回填石渣形成堆料平台，将塌方部位上部倒悬体边坡底部稳固，然后将顶部岩体进行加强支护处理。设计单位听取各方意见后，将该部位锚索孔深更改为L=60m、T=2000kN。

一期左侧塌方体支护预应力锚索形式为含内锚段的无粘结锚索，单根锚索设计张拉力为2000kN，张拉锁定吨位为设计吨位的110%即2200kN，锚索由14根7φ5钢绞线组成，单根锚索长60m+1.8m，内锚固段长9m(钢绞线不带PE套并清除油脂)，自由张拉段长51m(钢绞线带PE套)。

2 主要施工方法

2.1 承重式脚手架搭设

采用三排落地式承重排架，从塌方体底部堆渣平台开始向上搭设至新增锚索施工部位，进行锚索施工，该脚手架长度为50m，最大搭设高度为22m。

脚手架及施工荷载轴向力主承力区，选择在底部分层回填的堆渣平台上。立杆底部设置钢垫板，钢垫板厚1cm，防止基础下陷，导致立杆悬空。

根据边坡开挖实际设计参数，采用贴坡式搭设方式，脚手架随坡度而设。由于边坡支护的特殊性，所搭设的施工脚手架除满足相应规范要求外，还应根据设计布孔的孔排间距要求，设置每一层高度与立杆的间排距离，以满足施工需要。根据边坡支护要求，需搭设11层；第一层扫地杆距离地面高为0.2m，其余每层高度根据设计步距1.5m高搭设(顺边坡方向)。局部锚索钻机不好就位，可适当调整1.8m，立杆纵横向间距1.5m。为确保脚手架的整体性，在立杆外侧排采用每4跨设置一道剪刀撑进行连接，脚手架布置安全防护网和防护栏。

2.2 锚索钻孔施工

2.2.1 锚孔测放

根据实际坡面，先按设计布置要求，将锚孔位置准确测放在坡面上，并用红油漆在现场施工部位标明锚索开孔位置。锚孔位置偏差不得超过±20mm。如遇有坡面不平顺或特殊困难场地时，须经设计、监理单位认可，在确保坡体稳定和结构安全的前提下，适当放宽定位精度或调整锚孔定位，但调整后的测放精度，尽量不大于100mm。对测放并验收合格的锚孔位置进行编号，并用油漆标示在现场坡面上，该编号作为锚索制作编号的依据。

2.2.2 钻孔设备

岩层中采用ZSY-90型潜孔锚索钻机，潜孔冲击成孔。在岩层破碎或松软饱水等易于塌缩孔和卡钻埋钻的地层中，采用跟管钻进技术，确保成孔质量和施工进度。

2.2.3 钻机就位

锚孔钻进施工，搭设满足钻孔、下锚和注浆施工所需承载能力和稳固条件的脚手架，根据坡面准确测放锚索孔位，准确安装固定钻机，并严格认真进行机位调整，确保锚孔开钻就位纵横误差不超过±50mm，高程误差不超过±100mm，钻孔倾角和方向符合设计要求，倾角允许误差±1.0°，方位允许误差±2.0°。

2.2.4 钻进方式

锚孔钻进采用干钻，以确保锚固工程施工不至于恶化边坡岩土工程地质条件和保证孔壁的粘结性能，难以钻进时方可采用水钻。钻孔速度根据使用钻机性能和锚固地层严格控制，防止钻孔扭曲和变径，造成下锚困难或其它意外事故。

2.2.5 钻进过程

锚索钻孔施工要加强钻机的导向作用，及时检测孔斜误差，合理采用纠偏措施，确保锚索钻孔满足设计及规范要求。钻进过程中对每个孔的地层变化，钻进状态(钻压、钻速)、地下水及一些特殊情况作好现场施工记录。如遇塌孔缩孔等不良钻进现象时，须立即停钻，及时进行孔道固壁灌浆处理(灌浆压力0.1MPa～0.3MPa)，待水泥砂浆初凝后，重新扫孔钻进。

(1)渗水及塌孔的处理。孔内有渗水时，在钻孔过程中或钻孔结束后吹孔时，从孔中吹出的都是一些小石粒和团粒而无粉尘，岩粉多贴附于孔壁。当锚孔深度已满足要求，则以高压风吹净，直至吹出清水；若孔深不够，虽冲击器工作，仍有进尺，也必须立即停钻，拔出钻具，洗孔后再继续钻进，如此循环，直至结束。有时孔内渗水量大，有积水，吹出的是泥浆和碎石，这种情况岩粉不会糊住孔壁，只要冲击器工作，就可继续钻。如果渗水量太大，以致淹没了冲击器，冲击器会自动停止工作，拔出钻具进行压力注浆对孔道固结处理。

(2)塌孔、卡钻的处理。当钻孔穿越强风化岩层或岩体破碎带时，往往发生塌孔。塌孔的主要标志是从孔中吹出黄色岩粉，夹杂一些原状(非钻头击碎的、非新鲜的、无光泽的)石块，出现此类现象，不管钻进深度如何，都要立即停止钻进，拔出钻具，进行固壁注浆，浆液为水泥净浆，24h后重新钻孔。雨天施工时，常常顺岩体破碎带向孔内渗流泥浆，固壁注浆前，必须用水和风把泥浆洗出(塌入钻孔内的石块不必清除)，否则，不仅固壁注浆效果差，还容易造成假象。

2.2.6 孔径、孔深

钻孔孔径、孔深要求不得小于设计值(设计孔径160mm，孔深60.19m)，为确保锚孔直径，要求实际使用钻头直径不得小于设计孔径，终孔有效孔深不得欠深，且不大于设计深度40cm，终孔孔径不得小于设计孔径10mm。对穿锚索的孔斜误差不得大于孔深的1%，当遇特殊地质情况时，可适当增加超钻深度，但不可超过0.5m。

2.2.7 锚孔清理

钻进达到设计深度后，不能立即停钻，要求稳钻1min～2min，防止孔底尖灭、达不到设计孔径。钻孔孔壁不得有沉碴及水体粘滞，必须清理干净，在钻孔完成后，使用高压风(风压0.2MPa～0.4MPa)将孔内岩粉及水体全部清除出孔外，以免降低水泥浆与孔壁岩土体的粘结强度。除相对坚硬完整的岩体锚固外，均不得采用高压水冲洗锚孔。若遇锚孔中有承压水流出，待水压、水量变小后方可安装锚索与注浆，必要时在周围适当部位设置排水孔处理。如果要求处理锚孔内部积聚水体，一般采用灌浆封堵二次钻进等方法处理。

2.2.8 锚孔检验

锚孔钻孔结束后，须经监理工程师检验合格后，方可进行下道工序。孔径、孔深检查一般采用设计孔径、钻头(硬质合金钢钻头或金刚石钻头)和标准钻杆，在监理工程师旁站下进行，要求验孔过程中钻头平顺推进，不产生冲击或抖动，钻具验送长度满足设计锚孔深度，退钻要求顺畅，用高压风吹验不存明显飞溅尘碴及水体现象。然后用一根聚乙烯管复核孔深，并以高压风吹孔，待孔内粉尘吹干净，且孔深不少于锚索设计长度时，拔出聚乙烯管，以织物或水泥袋塞好保护锚孔口待用。同时要求复查锚孔孔位、倾角和方位，全部锚孔施工分项工作合格后，即可认为锚孔钻造检验合格。

2.3 锚索制安、PE波纹管防护套管施工

钢绞线下料在现场加工进行，下料长度按照锚索设计长度截取(当坡面已喷混凝土时，应注意增长钢绞线下料长度)。将无粘结钢绞线锚头嵌固端挤压套安装处去皮洗油。清洗时，采用汽油等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，胶带搭接宽度不小于带宽的1/2。将定长钢绞线卷盘挂牌架空存放并覆盖待运。钢绞线卷盘，采用8t平板车运至施工现场，人工或提升架运至施工平台上，按施工图纸要求进行锚索体编制。

钢绞线及其他索体附件按施工图纸要求编排并绑扎成束，锚索体采用14#无锌铅丝捆扎。

钢绞线编制完成后分节在锚索体外套PE波纹管防护套管，PE波纹管采用承插式结构连接，并在PE管外侧按照设计要求距离安装外对中支架(自由段1.5m，内锚固段1.0m)，当整条锚索体外部防护套管全部安装完成后，在锚索体前端安装导向帽，导向帽与PE波纹管需连接牢固。

锚索安装前用高压风将孔道再次冲洗，锚索经核对无误且经验收合格后，开始锚索安装，采用人工将锚索体(包括外侧PE波纹管)扛抬至孔位附近，人工徐徐送入锚索孔内，索体就位后，及时将锚索外露部分包裹，以防污损。锚索安装过程中，要防止锚索直接受力，防止与硬质物体碰撞、摩擦，不得损坏锚索结构，如有结构损坏，停止施工，重新进行锚索编制验收。

2.4 锚墩施工

锚墩采用C50钢筋混凝土浇筑，锚墩内埋设插筋：水平向φ16@40，竖直向φ22，与锚板下钢垫板焊接，螺旋筋采用φ22；锚板采用BJM15-14型，孔径φ160，钢垫板采用50mm厚Q235钢。

锚墩采用木模板，模板安装前，先对锚索孔位及基岩清理干净，然后再进行模板安装。

在混凝土浇筑前，将基岩和喷混凝土面冲洗干净，再安装孔口垫板、套管及网片钢筋等。安装模板并润湿混凝土面验收合格，即可浇筑混凝土。

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。

混凝土采用拌合楼集中拌制、25t汽车吊垂直运输至作业排架上，人工转运入仓，振捣器振实。混凝土浇筑完毕后及时洒水养护、覆盖。

2.5 锚索灌浆

60m深锚索灌浆设计图纸上要求为两套灌浆系统，1#灌浆系统对波纹管外侧进行灌浆，2#灌浆系统对波纹管内侧进行灌浆，分两次灌注完成。

锚索灌注材料为纯水泥浆。采用强度等级不低于42.5MPa的普通硅酸盐水泥，水泥浆胶结材料的抗压强度等级需达到14d抗压强度等级不小于M40，灌浆材料中需掺入适量膨胀剂和早强剂，已委托西北院通过试验确定。

灌浆前应将孔道冲洗干净，排干孔内积水。锚索孔灌浆压力根据孔壁围岩情况，通过试验确定；灌浆结束后，浆液初凝前，应进行补充灌浆。

施灌时应采用灌浆自动记录仪，测定其压力、流量、比重等各项数据。

灌浆浆液温度应保持在5℃～40℃之间。当冬季日平均气温低于5℃时，须对制浆系统、灌浆机械和输浆管线进行保温。

2.6 锚索张拉

通过采取优化浆液配合比和提高锚墩垫座混凝土标号等措施，使得14d后锚索孔浆体的水泥结石达到M40，锚墩垫座混凝土达到C40后进行锚索张拉。张拉采用YDC240Q型液压千斤顶配2YBZ2-80电动高压油泵进行。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。

张拉作业采用应力应变双控分级张拉程序。张拉过程要缓慢、连续、匀速加荷，达到设计荷载的1.1倍后，稳压10min～20min后锁定。锁定后的48h内，若锚索应力下降到设计值以下时进行补偿张拉。张拉应力分级程序为：预紧→25%σ→50%σ→75%σ→100%σ→105%σ～110%σ。σ=2000kN。

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伸长值。

2.7 外锚头保护

锚具外的钢绞束除留存15cm外，切除其余部分。外锚头按设计要求用混凝土保护，混凝土强度等级C25F300，浇筑前应对锚具和钢绞线除锈，外锚头(含外露钢绞线)保护层的厚度不小于10cm。

3 结语

河北丰宁抽水蓄能电站2000kN级超长预应力锚索施工已结束，加固的边坡安全稳定，2000kN级超长预应力锚索施工质量均满足规范及设计图纸要求，该工程2000kN级超长预应力锚索施工技术为其它类似工程施工提供了一定的参考作用。