电站左岸防陶墙预应力锚索工程施工技术总结

1.工程概况电站下游出口河道及两岸地质条件较差，水流水力学条件不理想，由于泄洪对河床及两岸的冲刷影响，可能会危及两岸边坡的稳定与安全。为此，采用预应力锚索加固措施改善防淘墙及附近岩体的应力变形状况，以免泄洪冲刷引起边坡失稳。电站左岸防淘墙的预应力锚索布置有两类：①从防淘墙廊道锚入滑坡体的内锚式锚索，有197根；②左岸▽190m的拉锚洞与防淘墙廊道之间的对穿式锚索，有68根；预应力锚索共计265根，其中监测锚索共有10根（属于内锚式锚索），长度在42m～53m之间；预应力锚索的造孔高程在▽178m~▽196m之间，。预应力锚索的布置类型示意图和造孔高程见左岸防淘墙对穿式锚索剖面布置图如图1.1所示。预应力锚索需要在防淘墙竖井廊道内和拉锚洞施工，具有施工干扰大、作业空间小的特点。从左岸防淘墙竖井开挖情况看，基岩面上部为第四系堆积体坡积物，其中含有孤石、大块石等，且块径相差较大；基岩浅层为强风化岩层，岩性主要为铁质石英砂岩夹有风化砂，强度高；深层为铁质石英砂岩夹中至厚层含钙质泥岩,且多呈互层；从整体上讲，施工区岩层表现为不完整基岩，断层发育且存在褶皱，部分表现为砂岩与泥岩互层，岩层透水性强，最大为40m3/h；基于上述地质情况，锚索造孔时极易塌孔、卡钻，遇铁质石英砂岩时钻头磨损严重，固壁时耗浆量大。200.00 左岸防淘墙墙体196.00两排对穿式预应力锚索左岸防淘墙墙体196.00 186.00左岸防淘墙滑坡体左岸防淘墙墙体左岸防淘墙墙体▽17700m廊道178.00内锚式预应力锚索 55m图1.1左岸防淘墙对穿预应力锚索剖面布置图2.锚索的结构与编制工艺防淘墙所用锚索为无粘结预应力锚索，它的结构特点是在每根钢绞线的自由段钢绞线表面涂有防腐剂和润滑剂，并套有塑料套管，使钢绞线与被锚固的岩体不发生粘结，内锚段的塑料套管剥离，用锯末、麻布将防腐润滑油脂擦拭干净，表面不留油污。切割钢绞线时严禁采用气焊或电焊，应采用无齿锯切割。因而整个自由段全长能够长久地保存传递应力，并可随时调整预应力大小。2000KN预应力锚索由14股钢绞线组成，每股钢绞线由7根高强钢线绞成，钢绞线直径15.24mm，截面面积140mm2。钢绞线屈服强度1670MPa、极限抗拉强度1860MPa。锚索设计工作荷载2000KN，超张拉荷载2250KN。锚索对中隔离架要安装均匀，锚固段每隔1m一个，自由段每隔2m一个，并注意钢铰线不能出现相互交叉或扭曲现象。无粘结式锚索内锚段长10m，内锚段采用枣核状结构，相邻隔离架中间要用无锌铅丝绑扎。灌浆和回浆（排气）管的安装应顺直，并且与钢绞线绑扎牢固，防止穿索过程中被损坏。预应力锚索由内锚固段、自由段和外锚头三部分组成，其结构如图2.1、2.2所示。5005006层钢筋6层钢筋1：01：053050305050050080张拉段80张拉段5005008035050050080350夹片夹片500500HVM15-14锚具HVM15-14锚具6层钢筋6层钢筋砼外锚墩砼外锚墩400400孔内注浆管30501：05孔内注浆管30501：05500500不带PE不带PE钢绞线3.钻孔施工左岸防淘墙对穿式预应力锚索钻孔要求孔斜率在1％以内，虽与三峡水电站永久船闸高陡边坡对穿锚索孔斜率1％的要求相同，但左岸防淘墙是两条廊道之间的对穿，实际难度要大得多，如果孔斜精度不能满足设计要求即意味着废孔，所以必须采取有效的措施将孔斜率控制在设计范围之内。为了达到孔斜精度要求，根据施工特点，在总结三峡水电站永久船闸高陡边坡对穿式锚索施工经验的基础上，制定了一套适合电站左岸防淘墙岩层的施工方案。最终确定采用以风动潜孔冲击锤钻进、导正钻进钻具组合工艺为主的施工方法。钻机必须满足施工要求，具有良好的导向性和刚性，才能确保钻孔精度符合设计要求。钻机选择的基本原则应符合以下要求：a.基本功能符合要求；b.全液压动力头回转式钻机，机身自重大，导向性好；c.扭矩大，钻速平稳，钻进效率高；d.提升力大，处理事故能力强；e.安装拆卸方便，分体重量轻，便于搬迁，操作方便，节省劳动。根据以上要求，最终选定MD－165型锚固工程钻机，此钻机的特点是：a.钻机为为分体式结构，钻机主机可以分为钻进机架、液压动力泵站及操纵台三大部分。钻机可拆性好，安装迅速方便；并可远距离操纵，一次搬迁完成多孔施工；操作员工工作环境相对较好，劳动强度低；b.钻机钻进能力强，适用范围广；钻孔速度快，处理事故能力强，钻进效率高；c.钻机机架前后设有上下液压调节立柱，可调节桅杆高低，施工时对孔位快捷方便。d.MD－165型锚固工程钻机性能参数见表3.1。表3.1MD－165型锚固工程钻机性能55外形尺寸(长×宽×高m）在试验索的施工过程中，发现锚索钻孔孔斜偏差较大，超出了施工技术要求所规定的“锚索钻孔孔斜偏差不超过1％”的允许范围。经分析钻孔孔斜发生偏差的因素有：①岩石强度不均一或存在不利的结构面，导致发生较大偏差，如岩层的破碎风化程度、岩层的软硬、岩层的走向及岩层倾角都对造孔精度有着直接或间接的影响。②由于钻头、冲击器、钻杆自重和孔壁与钻具的摩擦力引起钻孔偏斜；这些因素是造成偏斜的主要原因。③冲击器与钻杆直径相差较大，在强大冲击力作用下钻杆弯曲变形而产生的钻孔偏斜。④钻机及操作人员因素的影响，钻机的自身精度限制、钻机的定位与开孔精度以及操作人员的熟练程度都对钻孔的精度有一定的影响。3.1.6.1钻具扶正器为保证钻孔精度，结合本工程特点和三峡水电站永久船闸高陡边坡对穿锚索工程中的经验，采用了自制扶正器：在钻杆上圆周等距加焊3道圆弧形钢板条，板条宽约4cm，外径Ø162，在钻进过程中按一定间隔分别加在冲击器、钻杆间（一般每6米放置一个钻杆扶正器），以纠正钻具自重偏斜和调整钻杆的弯曲半波长（挠度），使钻头沿着设计孔轴线完成凿岩造孔施工。禁止使用过度磨损的钻头、扶正器,切忌新、旧钻头、扶正器混合使用,必须新钻头配新扶正器,旧钻头配旧扶正器［4］。3.1.6.2钻进参数的调整随着钻杆和扶正器的增加，钻进转速必须与钻头球齿合金的配齿分布角严格结合起来。按中、高风压冲击器冲击频率和Ø165潜孔锤钻头配齿分布角考虑在中硬岩层中的最优转角，选择钻机转速为20～25转/分钟，钻进压力为8MPa～10MPa。经验证，其破岩速度达到20～25cm/min，岩屑直径8~10mm，粉末含量小于15大大改善重复破碎，提高钻进效率，克服偏斜。好的钻进方法和成孔工艺必须在严格的系列工序控制下才能产生效率，在施工过程中必须做到：a.严格控制测量放样，精度达到毫米；b.机具安装时钻进轴线与设计方向轴线重合，钻头中心与孔位点重合，机座与基础联结牢固，达到受震不偏移；c.钻进过程中每钻进一定深度需停机进行孔斜测量，实时掌握钻进轨迹；孔斜率若超过2%,需进行钻具、护正器、护正器间距、钻速钻压的的调整，钻具重量越轻、护正器磨损情度越小、钻杆刚度越高、护正器间隔越小、钻速钻压越低其孔斜率越小。d.根据钻进速度随时调节钻压，力求匀速钻进，遇软地层时减压吹孔，保持孔内清洁，避免岩屑堆积致使钻孔偏斜；e.洞室施工采用水气混合钻进时，水量控制到湿润空气降低粉尘时为宜，因水量过大会减短冲击器寿命且降低钻进效率；f.钻机前方的孔口补心特别易磨损，施工中应安装限位板，减小磨损，控制开孔时机具的偏斜。本工程的对穿式预应力锚索孔孔斜率统计见表3.2。表3.2对穿预应力锚索孔孔斜率统计表孔斜率(％)左右偏斜（孔）上下偏斜（孔）0～11.5～29总数6868数据表明：采用上述措施和工艺后孔斜率到了很好的控制，取得了良好的效果。由于覆盖层破碎带埋深较浅（8m～12m）且孤石分布较少，主要采用168偏心跟管跟进（偏心钻示意图见图3.1穿过破碎岩层，然后更换直钎钻头继续钻进。采用套管护壁的方式防止因孔壁坍塌造成的埋钻、卡钻事故，同时确保锚索安装到位。目前，在防淘墙工地中与之配合使用较多的是成都产低风压两件套偏心跟管钻具，其特点是产品性能较为稳定，钻进事故率小；缺点为钻进速度较慢、导向性差。冲击器套管导正器套管靴偏心钻头 AB 导正器A—花键易断；B—大台阶不耐磨；C—R槽易磨损接好钻机风管、保证钻机用电正常、操作控制油箱油位符合标准→用CIR150冲击器配Ф168直钎开孔→上Ф168套管（配套使用Ф168的管靴）→换偏心钻具跟管钻进→跟管钻进到一定深度后提钻检查偏心钻的使用情况→继续钻进到一定深度后重复提钻检查偏心钻、冲击器的使用情况→跟管到稳定岩土体或基岩中后提钻换Ф138的直钎钻进→直钎钻进到一定深度后提钻检查直钎的安全性（检查直钎的外径是否满足不低于135的要求、检查CIR110冲击器的横销的是否可以继续钻进）→直钻→提钻检查→重复直钻、提钻检查直至钻进到设计深度→扫孔、提钻→探孔、验孔→终孔。偏心钻跟管钻进中应尽量避免孔内事故的出现，避免的措施就是严格按照偏心钻跟管钻进的工艺流程和工艺操作安全技术规程在实际施工中去认真执行，用心去体会，认真地对待和处理施工中出现的实际问题，相互间多交流多积累经验。不疏忽不大意，工作中积极主动的去预知、预见可能出现的问题，尽量避免孔内事故的出现。事故的处理：就施工所发生的事故情况看，事故主要有以下几种：①冲击器横销磨损或弯断，偏心钻整套掉入孔中。处理方法：将孔内套管全部拔出取出偏心钻后再重新跟管钻进；②偏心钻横销出问题偏心块掉入孔中。处理方法：将孔内套管全部拔出后若未塌孔可加工专用的器具进行打捞，成功则重新跟管钻进；或进行孔内微型爆破将偏心块埋入钻孔底后通过注浆再成孔的方式解决；若两种方法均不成功则此孔报废；③管靴被打断：若被判断是管靴被打断的情况时首先不能使偏心钻反转收钻，而应该采取将孔内套管和钻杆一起拔出，试着将被打断的管靴随着偏心钻给带出来。之后再重新跟管钻进，不成功若能采取直钎钻进并能成功的情况下可以终孔；否则此孔报废；④套管被打断：若岩土体的情况相对较好能采取直打方式终孔则采取提钻后直打；若需要再跟管则也可采取继续跟管钻进一定深度后提钻，再在孔口用偏心钻捣振器直接锤打孔口套管直进的方式处理；若以上方法不能终孔则只能报废；⑤钻孔中不小心反转使钻杆脱扣，处理方法为提钻拔管后重新钻进。4.锚墩施工本工程采用的是钢垫板与钢筋混凝土锚墩形式，钢筋混凝土锚墩采用梯形台形式，钢垫板采用A3钢板和无缝钢管焊接制成，钢垫墩上开孔，以方便锚索穿过。锚墩混凝土配合比和强度结果见表4.1。表4.1锚墩混凝土配合比和强度结果编号比(%)水砂量MDP∕5.锚索灌浆锚索灌浆的浆液采用纯水泥浆。灌浆的水泥采用石门P·MH42.5中热水泥，水灰比为0.36：1。外加剂采用上海麦斯特公司生产的Flowcable助流剂，掺量为水泥用量的5%。该种助流剂具有触变性和可泵性，同时在硬化和凝结过程中具有轻微的膨胀性，适用于预应力锚固工程。锚索净浆配合比和强度结果见表5.1。表5.1锚索净浆配合比和强度结果编号比(%)水泥水小石砂MSP∕57∕∕灌浆机采用3SNS型电动活塞式注浆机，制浆机采用JJS-2B型双层搅拌机。浆液拌和严格按照配合比进行，拌和时间不少于3min。灌浆开始后，压力表指针在某一范围内波动，然后在趋于稳定，说明止浆环工作正常。当回浆管回浆后，观察回浆管溢出的浆液稠度和浓度变化，当回浆管浆液与灌浆所用浆液稠度和浓度一致时，开始屏浆60min，然后将回浆管、注浆管相继封死，注浆工作随即结束。锚索内锚段灌浆7天后才允许进行张拉施工，在未达到设计龄期前不允许对锚索进行扰动，30m范围内不允许爆破作业。6.锚索的张拉结合本工程锚索张拉施工的需要，选用了YDC3000型整体张拉穿心式千斤顶和27T单束张拉千斤顶，油泵采用ZB4-500型电动油泵，压力表型号与液压千斤顶和油泵型号相配套。工具锚板、工作锚板、限位板、夹片等均采用柳州建筑机械总厂生产的OVM15－14系列配套产品。张拉设备使用前应对其进行现场率定，并根据现场试验成果在锚索张拉实际施工过程中直接采用压力表的读数来控制张拉力。锚索张拉过程分为预紧张拉、整体分级张拉和卸荷三个过程。预紧张拉采用27T千斤顶逐根进行，预紧张拉力为30KN。整体张拉按1000KN、1500KN、2000KN、2250KN四级进行加载。在张拉过程中