向家坝电电站预应力锚杆施工技术.doc

向家坝水电站地下洞室预应力锚杆施工技术杨建军 田源摘要：预应力锚杆传统施工工艺在保证锚杆密实度方面较差。向家坝电站地下洞室预应力锚杆施工，通过一种新工艺的应用，极大的提高了锚杆密实度，同时能够做到快速施工，更快更好的满足了生产需要。关键词：预应力 锚杆 率定 注浆 张拉一、施工概述向家坝水电站位于四川省与云南省交界处的金沙江下游河段。右岸地下厂房洞群共布置了体型各异、大小不等的近122余条洞室。右岸地下厂房开挖尺寸165.233.488.2m（长宽高），其位于缓倾角层状砂岩中，节理裂隙发育，工程地质复杂。地下厂房等大型洞室边顶拱主要采用砂浆锚杆、预应力锚杆和预应力锚索相结合的方式作为支护手段。预应力锚杆设置于交叉洞段、洞室软弱夹层带（、类围岩）总量约6000根，规格36，长度为10m、12m。预应力锚杆采用黏结式预应力锚杆。二、预应力锚杆施工方式优化预应力锚杆加固原理：穿过滑动面的预应力锚杆，外端固定于岩面，另一端固定于稳定岩体中。预应力锚杆和岩体共同作用，增大了滑动面的摩擦力，大大改善了岩体稳定条件。预应力锚杆一般采用端头锚固式，锚固采用黏结式，特殊情况下也采用机械式。黏结式预应力锚杆一般采用速凝树脂卷、快硬水泥卷等；机械锚固分为楔缝式、胀壳式、倒楔式等。预应力锚杆的杆材可用热轧钢筋，也可用冷拉螺纹或高强精轧螺纹钢筋。当锚固段和墩头砼达到一定强度后，按要求分级张拉，锁定时采用机械扳手拧紧螺帽；张拉、测试、锁定完成后，应及时对锚头进行保护。黏结式预应力锚杆是指杆体被锁定后，张拉段与被锚固介质无相对滑动的预应力锚杆。根据龙滩电站、瀑布沟电站、扎西电站等工程预应力锚杆施工的实际情况，黏结式预应力锚杆锚固体施工组合（锚固段张拉段）通常有4种类型，即：速凝树脂卷+缓凝水泥卷，速凝树脂卷+缓凝水泥砂浆，快硬水泥卷+缓凝水泥卷，快硬水泥卷+缓凝水泥砂浆。树脂卷安装时，将药卷附着于5.2mm碳素钢丝上人工安装，确保送入孔底。水泥药卷安装采用MQ-25型气压式锚卷喷射枪进行。缓凝水泥砂浆利用注浆机灌注入孔。采用以上4种常规锚固体组合方式施工的预应力锚杆主要缺点为：锚杆密实度较低（一般密实度为6075），难以满足施工规范要求（密实度最低不得低于75）。借鉴龙滩、溪洛渡等电站预应力锚杆施工成熟经验，结合现场实际情况，技术人员与锚固剂厂家联合开发了一种新型预应力锚杆施工方法：锚固段、张拉段的锚固体分别采用散装速凝型锚固剂、散装缓凝型锚固剂，并利用注浆机拌制注浆的方式进行锚固体施工，在锚固体施工完后及时将杆体插入锚杆孔，待时张拉。三、施工过程简述3.1、施工工艺注浆采用一台注浆机，先注速凝锚固剂再注缓凝砂浆，一次性连续注浆。待速凝锚固剂强度满足张拉要求时，采用20T扭力扳手一级张拉，超张拉持荷锁定。具体施工工艺流程见框图所示：3.2、准备工作1、材料准备预应力锚杆施工所用材料主要有：一端车丝的钢筋、速凝锚固剂、缓凝锚固剂、与杆体配套的锚具附件（托板、螺帽等）。锚杆杆体采用无锈、顺直的整根钢筋加工。杆体端部的丝口（L=30cm）加工成M36mm，另一端进行切角处理。杆体上设置对中装置。加工好的杆体检查验收后方可使用。 托板、垫圈、螺帽采用采购的方式。注浆采用“速凝锚固剂缓凝砂浆”。本工程选用河南巩仪特种建材厂生产的8604-K3型速凝锚固剂和8604-M1型缓凝锚固剂。拌和用水采用施工用水，缓凝砂浆的砂为中细砂，粒径为02.5mm。锚固段速凝锚固剂水灰比0.280.3，张拉段缓凝砂浆配合比为水:缓凝锚固剂:砂=0.4:1:0.5。所有材料必须有出厂证明书，并经检查批准后方可使用。2、设备准备预应力锚杆施工主要设备：CLY液压传感器1台、Leica2003全站仪1台、DQY-1罗盘1个、BOOM 353E多臂凿岩台车1台、MEYCO注浆机1台、AMV30平台车1台、20T扭矩扳手2把、螺纹滚丝机1台。3、技术准备根据招标文件及相应的规范，预应力锚杆施工前需完成相应材料（钢筋、速凝锚固剂等）的检测和扭力扳手的率定。3.3、测量放线锚杆施工前必须完成相应的临时支护或安全处理。测量人员根据设计图纸逐孔放样，并用红油漆做好标识3.4、造孔A.锚杆孔采用多臂钻、潜孔钻等钻孔。采用多臂钻钻孔时孔径为65；采用潜孔钻钻孔时孔径为80。B.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。为了准确地控制钻孔的角度，在施钻时要由当班技术员用地质罗盘配合操作手一起控制钻杆的方向，使钻孔角度偏差控制在3以内。钻孔深度通过在钻杆上作标记进行控制。3.4、清孔采用多臂钻钻孔，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，采用高压风水枪进行冲洗干净。3.5、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、孔向和孔洁净度进行班组自检，队级质检员复检（二检），施工局质量部终检（三检），合格后报请监理工程师验收。3.6、称量、拌和预应力锚杆砂浆配料时严格按照配合比进行。施工现场配备磅秤、称量容器，便于控制水、锚固剂、砂子的掺量，锚固剂、水和外加剂称量误差应2%、砂子应3%。速凝锚固剂用量采用人工在自制拌料槽里拌制，拌和时间为35min。速凝锚固剂每次拌制量控制为单根锚杆用量及损耗量。拌制的速凝锚固剂由拌料槽转入注浆机后，应立即将拌料槽清洗干净。缓凝砂浆用注浆机拌制，与速凝锚固剂拌制同时进行。缓凝砂浆可根据现场注浆强度一次性拌制24根锚杆所需用浆量。速凝锚固剂和缓凝砂浆要求必须拌制均匀。3.7、注浆锚固体注装分两段进行，注完速凝锚固剂后立即注装缓凝砂浆。注浆施工采用一台注浆机一次性连续注浆完成，先按设计方量拌制速凝锚固剂，待速凝锚固剂全部进入注浆管后开始注缓凝砂浆。缓凝砂浆可将速凝锚固剂全部压入孔内，减小了材料浪费。1.注装速凝锚固剂预应力锚杆内锚固段设计长度为2.5m。速凝锚固剂做为内锚固段锚固体，先行注装。水灰比为0.28 ：1。注浆采用麦斯特注浆机，通过25 L=25m注浆管进行，平台车作为操作平台。施工人员根据内锚固段的长度在注浆管上用胶带做好标记（距注浆管出浆口7.5m、10m处）。注浆机应保证状态完好，注浆前应试机运行，通过注水润滑管道后人工将管内积水排除。将速凝锚固剂转入注浆机后，注浆管先插至孔底（通过管壁标志复核孔深），然后回抽5cm即开始注浆。注浆操作人员随着浆液的均匀注入缓慢拔管，原则上由注浆压力把注浆管慢慢挤出。随着进料斗中速凝锚固剂注入注浆管，人工用自制小楸将进料斗中余量铲入进料口，确保速凝锚固剂能够完全注入，待注浆管抽出至7.5m标记处，锚固段长度已注装到位。2.注装缓凝砂浆预应力锚杆张拉段设计长度为7.5m。经工艺试验，选用缓凝锚固剂配砂子做为张拉段锚固体，后行注装。缓凝砂浆中水、缓凝锚固剂和砂子的比例为0.4：1：0.5。为了保证内锚固段长度和减小在注浆过程中两种浆液相互污染，待速凝锚固剂全部进入注浆管后，才能注缓凝砂浆，同时确保缓凝剂与速凝剂的注浆连续性，尽量防止在注浆过程中有空气混入。缓凝砂浆注浆拔管操作控制同速凝锚固剂。孔口1m段拔管速度都应适当减缓，防止浆液下掉，确保孔口段浆液饱满。3.8、安插锚杆缓凝锚固剂注装结束后，开始安插锚杆。锚杆安装时利用操作平台车配合人工进行。插杆要缓慢、匀速，切忌扰动杆体过大，造成浆液下掉和注浆不密实，采用棉纱将孔口临时封口。杆体必须在速凝锚固剂初凝前安装到位（宜在45min之内完成）。在安插锚杆前先将托板(球型垫)、螺帽戴上，防止在插杆过程中浆液污染杆体丝口，避免在插杆过程中造成丝口的损坏。3.9、安装托板、垫圈（球形垫）和螺帽锚杆安插完成后，开始安装锚杆体托板、垫圈和螺帽，并调整托板位置使之与锚杆轴线垂直。若岩面采用球形垫也难以调平螺母与球形托板平行，可采用榔头对岩面进行局部处理或用适量速凝锚固剂垫平。3.10、张拉锁定锚杆的张拉锁定应在缓凝砂浆初凝前、速凝锚固剂强度达到20MPa后进行。张拉施工前，将扭力扳手按设计要求进行率定。根据工艺试验，在锚杆安插后812小时进行张拉。张拉前用活动扳手对螺帽进行预紧，保证托板紧贴岩面后，用钢板尺测量螺帽外杆体长度。张拉采用扭力扳手加载，一次张拉至设计张拉力的110（165KN），然后锁定杆体，再次测量杆体张拉后螺帽外杆体长度。两次测量长度之差即为张拉伸长值。根据锚杆喷射混凝土支护技术规范(GB50086-2001)要求，由材料力学公式：l=NL/EA 计算得杆体理论伸长值允许范围为47mm。3.11、检查验收预应力锚杆施工竣工后，应将各编号锚杆施工各阶段造孔、注浆、安装、张拉和监测等的记录加以整理、分析和评定，并及时报请监理工程师进行工程验收。四、质量保证措施1、材料.所有材料除必须有出厂合格证外，还要进行进场抽检，重要材料（如钢筋、锚固剂等）须按有关规范做验收试验。.锚固剂的贮存应严防受潮，不得使用过期或受潮结块的锚固剂。.杆体对中装置必须按要求设置，圆钢点焊在杆体上，点焊不得少于2个点；为方便插杆，钢筋前端应切角处理。2、设备锚杆张拉前，张拉设备须按有关要求进行率定。采用CLY液压传感器进行率定张拉设备。自拌砂浆的称量设备也应定期率定。3、锚杆孔.钻孔的深度与孔径均应符合设计要求。钻孔深度不宜比规定值大20cm以上。钻孔孔向与设计孔向的允许角偏差为13。.注浆前，钻孔内的石屑与岩粉须清理干净，并将孔内的积水排净。钻孔验收合格后及时组织锚杆施工。4、注浆.速凝锚固剂全部进入注浆管后，缓凝砂浆注浆立即进行。.拔管速度要缓慢适中，太快则会注浆不密实，太慢则会造成串浆。5、插杆插杆要求匀速、缓慢，少扰动，以减少浆液下掉。插杆人员应熟悉孔向，如杆体不能插入，则说明发生塌孔现象，需抽出锚杆重新扫孔。6、锚杆张拉张拉过程中认真量测和记录锚杆的应力及锚头的位移情况。五、结语目前，向家坝水电站地下厂房预应力锚杆已施工4000余根，锚杆无损检测结果显示，锚杆密实度达90以上（锚杆合格率100，优良率95）。采用改进后的预应力锚杆施工工艺，极大提高了预应力锚杆施工质量，实现了快速施工（每班产量可达20多根），有力保证了地下厂房顶拱正常开挖。鉴于