自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索的研究与应用

自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索的研究与应用

1总结1.1工程边坡支护形式设计泸定水电站位于四川省四川省甘孜藏族自治省泸定县。这是河东路提取的第12级水电站。位于康定县约44公里处，距泸定县约2.5公里。厂区位于川滇南北向构造带北段与北东向龙门山断褶带、北西向鲜水河断褶带和金汤弧形构造带的交接复合部位,区域构造背景复杂。厂房后缘边坡高陡,边坡走向N15°E,属弱风化上段强卸荷及弱卸荷岩体,呈碎裂～块裂结构。厂房边坡开挖开口线最大高程约为1410.0m,一期开挖至高程1315.4m,最大开挖高度约100m,边坡每20m设置一级宽2～3m的马道,开挖坡比为1∶0.5～1∶1。厂房一期工程边坡支护形式设计划分为A、B、C、D四种,其中A、B、D三种支护形式中均有锚索支护。厂房边坡采用“自由式单孔多锚头防腐型”的新型结构锚索,锚索设计参数见表1。1.2锚索加固工程效果自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索(以下简称多锚头锚索)是由四川准达岩土工程公司杨俊志、冯杨文等人发明的专利产品,是四川省重点科研成果,通过在数个大中型水利水电工程高边坡锚索加固工程中应用,取得良好的效果,属国内首创,总体上达到国际领先水平。自由式单孔多锚头防腐型预应力锚索由导向帽、托板、挤压头密封套组件、承载锚板、注浆管、连接螺杆、高强低松弛无粘结钢绞线组成(见图1),具有改善锚固段应力集中、有效防腐、有效减小孔径、全孔一次注浆、可进行二次补偿张拉等特点,增强了对复杂地层的适应性,增强了锚固效果。其特征在于挤压头上有密封套组件,有两个或两个以上防腐型锚头。2施工前研究1)验证适合本工程的施工工艺、注浆工艺、张拉工艺,为锚索后续施工提供指导和依据;2)验证锚索受力性能试验及设计参数,为设计、监理提供参考;3)通过钻孔,收集地质资料,查明地质特性,探索适合本地区的锚索加固方法;4)验证锚墩混凝土及注浆配合比。3预应力锚索施工的规章本次工艺试验按《泸定水电站厂房一期工程施工招标文件技术条款》、《泸定水电站厂区枢纽边坡锚索施工技术要求》及相关规程规范进行,主要规程规范为:①《水利水电工程预应力锚索施工规范》DL/T5083-2004;②《预应力筋用锚具、夹具和连接器》GB/T14370-2000;③《预应力混凝土用钢绞线》GB/T5224-1995;④《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148—2001;⑤《水电站基本建设工程验收规程》DL/T51234锚索工艺试验方案根据业主、监理要求,分别选P=2000kN,L=50m、P=1500kN,L=40m、P=1000kN,L=50m锚索各3束进行工艺试验,试验时与设计永久锚索统筹考虑。根据厂房边坡的地质条件,P=2000kN,L=50m及P=1500kN,L=40m试验锚索拟选定在高程1397m的岩石边坡部位进行试验,两种锚索相间布置,间距5m;P=1000kN,L=50m试验锚索拟选定在厂房下游侧边坡高程1360m附近的土质边坡开口位置框格梁节点上,间距6m。5多臂锚胶制备试验5.1锚具、锚垫板的检验检测在进行工艺试验前,首先对用于工艺试验的钢绞线、水泥、外加剂等原材料以及锚具、锚垫板等的品质进行检验、验收合格后,才能用于施工并对施工设备、机具进行施工前的检查,确保工艺试验能顺利进行。5.1.1材料测试1复合涂层的防腐试验选用河南恒丰钢缆有限公司生产的无粘结预应力钢绞线,该种钢绞线采用标准型1860MPa(270级),无粘结钢绞线的防腐油脂应化学稳定性好,不得含有有害成分,其涂敷量不应小于50g/m。PE套管厚度为1.0～1.2mm,应有一定的韧性和硬度,并有抗腐蚀、抗老化性能。2“岩”的检验结果水泥采用四川省治权特种水泥有限责任公司生产的“峨塔”牌42.5R普通水泥,其检验结果见表3。外加剂为昆明生威混凝土外加剂有限责任公司生产的SW高效减水剂,其检验结果见表4。3锚具试验检验锚具型号为ESM15-7、ESM15-10、ESM15-12系列锚具,锚具试验检验包括外观检查及验收、锚具硬度检验等。做外观及结构主端部与张拉机具的匹配尺寸及表面检查,外观检查合格后方可入库。锚具上述检验试验资料试验前报监理工程师审批后,才能用于施工。5.1.2对设备的检查11打开孔设备检验钻机应配有导向机构,且钻机运转要平稳,易于控制钻孔精度,测斜仪器应能满足造孔精度的要求。2锚具、张拉千斤顶的密度与张拉机具相匹配的压力表精度不应低于1.5级,张拉时压力表读数不超过表盘刻度的75%。测力计应与锚具、张拉千斤顶相匹配,且性能稳定、温度稳定性好。张拉机具按规范进行标定,并出具“千斤顶—压力表读数关系曲线图”,试验前将上述成果提交监理工程师审批后实施。5.2工艺锚索工艺试验内容包括试验准备、造孔、编索、穿索、注浆、张拉等。工艺流程框图见图2。5.3孔施工5.3.1锚固钻机基础锚索工艺试验钻孔设备采用较为先进的YG-80锚固钻机,配套CIR110W冲击器及偏芯钻具,基本钻进原理为风压带动潜孔锤冲击推进、排渣,电机回转,YG-80锚固工程钻机参数见表5。5.3.2锚索孔定位试验锚索位置现场由设计、监理确定后,测量测放高程和桩号,使用红油漆标定孔位。5.3.3钻机就位的确定根据实地测放的锚索孔位,将钻机搬至相应孔位并安装。为保证锚孔质量,使锚索孔在施工过程中及成孔后其轴线的倾角、方位角符合设计及规范要求,必须保证钻机就位的准确性、稳定性和牢固性。5.3.4孔施工1校核钻机校核开孔钻进时要低速低压推进,当成孔约50cm时,需再次校核孔向,及时调整钻机,钻孔过程中及时测量孔斜并及时纠偏。造孔时采用短回次,尽量排粉充分,使孔底干净,这样既避免了重复碎岩、提高了钻进效率,又减少了孔内事故隐患。2无岩渣地层导钻钎头与冲击器前接头通过花键连接,在下钻前,应检查钎头花键及冲击器前接头花键的磨损情况,严重时须更换。在钻孔过程中始终保持孔内无岩渣,必要时进行清孔强吹,当停止钻进时,不可立即停止向冲击器供气,应提钻进行强吹,待孔中不再有岩渣及岩粉排出时再停气,然后停止回转。使用冲击器钻进过程中会产生大量的粉尘,为减少粉尘对人体的伤害,操作人员应佩带好口罩,并在钻进过程中用水淋孔口以减少粉尘。5.4锚系统、运输和安装5.4.1锚索系统的建立1钢绞线下料长度钢绞线必须使用砂轮切割机下料,钢绞线下料长度L=s+h,式中:L—钢绞线下料长度,mm;s—实测孔道长度减去本锚头以前的长度,mm;h—锚孔外钢绞线使用长度包括锚墩、工作锚板、限位板、工具锚板的厚度,张拉千斤顶长度和工具锚板外必要的安全长度之和,mm;2清洁挤压头挤压前,先将挤压部位的PE套剥去,将钢绞线油脂清洗干净,裸露部位应用胶带缠封防止水泥浆侵入内部。3pe套密封的制备挤压头挤压采用柳州产GYJA型挤压机(参数见表5),剥去PE套并清洗干净的待挤压的钢绞线头穿入密封套后与挤压套冷挤压成挤压头,密封圈位于挤压头底部与密封套内端面之间,密封帽与密封套螺纹连接并用密封胶密封。4底端口削成灌浆管采用PVC管,其下料长度=锚固段长度+自由段长度+外露长度,底端口削成45°,距导向帽顶端10cm;排气管采用PVC管,其下料长度=自由段长度+外露长度,底端口削成45°,顶端超过自由段10cm。51隔离配置沿锚索的轴线方向自由段每隔1.5～2m设置隔离架;锚固段每隔1m设置隔离架,钢绞线沿隔离架周围均匀分布。6黑铁锚固段锚固段绑扎编束时,每根钢绞线均应平顺、自然,不得有扭曲、交叉的现象,自由段用符合编束要求的黑铁丝将隔离架与钢绞线捆扎牢靠,锚固段在两隔离架中间使用黑铁丝将其捆扎成纺锤型,绑扎牢固,避免在运移过程中散脱、解体。7进行编码、挂标锚索编制完成后,经监理工程师检验合格签发合格证,并进行编号、挂标示牌,注明使用部位、孔号等;合格锚索应按编号整齐、平顺地存放在距地面20cm以上的支架上,支架间距宜为1.0～1.5m,并加临时保护。5.4.2次放索均匀下锚时,操作人员要协调一致,用力均匀,只能往里推,不能往外拉,一次放索到位,避免在安装过程中反复拖动索体,保证锚索体在孔内顺直不扭曲。5.5锚定注浆5.5.1液体和材料锚索注浆为M35的水泥净浆,浆液配比由试验确定为0.35∶1,加入0.7%的SW高效减水剂。5.5.2砂浆的制备制浆设备采用ZJ-400高速搅拌机,搅拌机搅拌时间不少于3min。制浆时,按规定配比称量材料,控制称量误差小于5%。5.5.3改善锚固段注浆、灌浆总控制性能在锚索下索完成后采取全孔一次注浆,张拉锁定后,进行墩头段补浆及锚头封闭。锚索下入孔底后,经前步工序验收合格,应尽快进行灌浆。灌浆前应结合造孔情况,分析可能的浆液灌注量,检查库存水泥是否足够;制浆设备、送浆管路、灌浆泵、灌浆管路是否正常;阻塞器性能是否良好,确保灌浆过程顺利,避免因中断情况影响锚固段注浆质量。灌浆结束标准为当回浆比重与灌浆浆液比重相同,且不含气泡时,可进行屏浆,屏浆15分钟后灌浆结束,灌浆结束后,孔口应妥加保护。为给锚索张拉提供依据,灌浆时对每一根预应力锚索的灌浆浆液均应按规定要求取样做抗压强度试验。5.6混凝土配合比试验锚墩用C30混凝土现浇,内配ϕ12的钢筋网,混凝土配合比通过试验确定为0.38∶1∶1.74∶2.73。锚墩的体形尺寸、混凝土设计强度等级、钢筋的配制均按施工图纸要求制作施工。5.7张拉5.7.1推锚具、钢垫板、千斤顶的安装1)锚索张拉应在锚固浆液及锚墩混凝土抗压强度达到设计强度70%后进行。2)将锚墩外钢绞线的PE管剥掉,并将油脂洗净。清理钢绞线表面及锚垫板表面,无泥砂等杂物。3)将钢绞线按周边序和中心序顺序理出,穿入锚具,套上夹片。注意钢绞线应对称或均匀分布在锚板上。4)推锚具与钢垫板平面接触,依次安装工作锚板、工作夹片和限位板,工作锚板应与锚垫板对中并相吻合。5)用尖嘴钳、改刀及榔头调整夹片间隙,使其对称。6)工具锚及夹片与工作锚及夹片不可混用;工具锚板锥孔中可涂一层厚约1mm的退锚灵。7)所用的锚夹具的力学性能及几何尺寸应符合设计要求,进场须有产品合格证及试验检验报告,应符合GB/T14370的有关规定。8)在工作锚具安装好后依次安装液压油泵、千斤顶。9)所有张拉设备仪器如电动油泵、千斤顶、压力表在张拉和试验前率定,获得油压与千斤顶张拉力之间的关系曲线,以便指导张拉过程中张拉力的施加。张拉设备和仪器必须配套标定,标定间隔期不得超过6个月。预应力锚索张拉方式采用单根预紧张拉和整体张拉两种方式相结合。5.7.2莎拉程序穿锚→单根预紧张拉→单根补偿张拉→整体循环张拉。5.7.3拉设备1)ZB4-500型电动油泵。2)ESYDC250-200型张拉千斤顶。3)ESYDC250-200B型张拉千斤顶。5.7.4伸长值的计算1)升荷速率:每分钟不宜超过设计压力的10%。2)卸荷速率:每分钟不宜超过设计压力的20%。3)张拉顺序:采用单根张拉千斤顶间隔对称分序张拉。4)钢绞线理论计算伸长值按下式进行计算。ΔL=P⋅LE⋅A×1ΔL=Ρ⋅LE⋅A×1000式中:ΔL—钢绞线理论计算伸长值,mm;P—施加于钢绞线的载荷,为锚索总荷载除以钢绞线根数,kN;E—钢绞线弹性模量,195±10kN/mm2;A—钢绞线截面积,140mm2;L—钢绞线计算长度,m;拉力型锚索钢绞线,L为“张拉段长度+锚墩长度+工作锚板长度+限位板长度”。5)张拉控制吨位以压力表读数为准,理论伸长值与实测伸长值比较控制验证,当有要求时应兼备测力计观测。当实际伸长值大于计算伸长值10%或小于5%时,或压力表读数增加而伸长值不变应,或伸长值增加而压力表读数不增加;及油泵严重漏油或夹片碎裂、飞锚时,应暂停张拉,查明原因,经监理工程师、设计研究确认,采取措施予以调整后,方可继续张拉。5.7.5单根补偿张拉张拉时采用单根预紧张拉、单根补偿张拉、整体分级张拉施工工艺。单根预紧值为设计值的20%,以使各部位接触紧密,每根钢铰线完全平直,且按该荷载锁定在锚板上。单根补偿张拉先张拉自由段长的钢绞线张拉到自由段短的钢绞线位置。整体张拉用与张拉吨位适配的千斤顶对已调直的锚索进行整体张拉。整体张拉加载分别为设计值的20%、50%、75%、100%、110%,张拉力应平稳施加,荷载升至每级时应持荷5min,每级张拉完毕及升级前均应测伸长值并记录,当升至最高吨位,延长持荷时间10min,最后进行锚索锁定,锁定后应量测预应力钢绞线的滑移量。5.8关闭标记以C20细石混凝土封锚。对须长期观测的锚索,在外锚头加装钢帽,用注油抢将钢帽内注满专用防锈脂。5.9锚索承载试验锚索注浆养护7天后,待注浆水泥浆与锚墩混凝土强度达到设计强度70%后,开始进行加荷试验。5.9.1预应力锚索的升荷及卸荷速率采用分级循环加卸荷载法。先加载至设计应力的20%,做为初始应力值的起点,以调直钢绞线,在此荷载下,拉伸率读数设为零。然后进行分级循环张拉。分级张拉力分别为设计值的0.25、0.5、0.75、1.0、1.10倍。加荷等级见下表。锚索试验过程由现场试验员填写锚索试验记录表。张拉过程中,升荷速率