四川钻神在云南龙马水电站压力分散型锚索施工.doc

1、云南龙马水电站压力分散型锚索施工龙马水电站位于云南省墨江县和江城县交界,距昆明 425 km,是李仙江干流规划七个梯级开发方案中的第 4 级。工程以发电为主,装机容量 380MW。枢纽工程等级为二等,工程规模为大(2)型。枢纽工程由混凝土面板堆石坝、右岸开敞式溢洪道、左岸引水发电系统、地面厂房、排沙隧洞等工程组成。水库正常蓄水位为 639 m,总库容 5.904 亿 m3。大坝坝顶高程 643.0 m,最大坝高 135.0 m。溢洪道由引渠段、闸室段、泄槽段、挑流鼻坎段组成。闸室总宽 52 m,共设 3 个 12 m17 m(宽高)表孔。泄槽及挑流鼻坎段总宽 44 m,分左、中、右 3 个 1

2、2 m 宽泄槽,最大水平长 429.059 m。溢洪道边坡支护设计有 100 多束压力分散型预应力锚索 ,间排距 5 m,长度 40 m 与 35 m 交错布置。压力分散型预应力锚索属于单孔多锚头锚索,它克服了应力集中的缺点,能改善锚固段的受力状态,对复杂及软弱地层适应性强,锚固效果强, 使用寿命高,对工程的长效锚固起重要作用。与传统的拉力型锚索类似 ,压力分散型锚索的锚索体也是采用钢绞线受力,所不同的是压力分散型锚索采用了涂有建筑油脂的钢绞线, 外面敷裹着高密度聚乙烯(PE)防护套。这种无粘结受力钢绞线具有良好的防护性能, 制装锚索时,又间隔设置了对中支架( 隔离环 ),使得钢绞线均匀分布在

3、孔内,充分受力。与其它形式的锚索区别在于, 锚索是由不等长的无粘结钢绞线末端加装承载板和挤压套(P 锚) 。当锚索体浆体固结以后,以一定荷载张拉对应于承载体的钢绞线时,设置在不同深度部位的几个承载板将压应力通过浆体传递给基岩, 对在锚固段范围内的被加固体提供锚固力。2 施工工艺锚索施工工艺见图 1。21 施工准备包括机械设备、人员进场,水泥、锚索等材料购买; 搭设满足施工要求、安全可靠的施工排架, 并经安全验收方可使用;清理坡面,进行现场生产性试验等。锚索加工场应选择靠近作业面路旁较宽场地,加工场搭设锚束操作平台, 并设置防雨棚。锚索施工现场生产性试验应按规范SL46-94 进行,以验证设计参

4、数、检验施工工艺和测试张拉锁定后应力衰变规律,提拱超张拉或补偿张拉依据,指导正常施工。试验方法步骤如下:(1)通过室内试验,筛选23 种配合比进行生产性试验; 图 1 锚索施工工艺流程图(2) 在锚固区选择有代表性的围岩按设计要求进行 12 束钻孔及受力性能实验 ;(3)通过各时段测力装置的读数变化情况 ,确定锚索施工超张拉力或补偿张拉力及进行补偿张拉时机;(4)施工期内,对仍保留的试验锚索,派专人定期进行量测、记录试验锚索测力装置读数,分期整理报送监理。(5)整理试验报告报送监理、设计单位审批用于正常施工。 22 定位钻孔根据锚索孔布置设计图纸及技术要求,将锚孔位置准确测放在坡面上。开孔时应

5、严格控制钻具的倾角及方位角,在钻进中及时测量孔斜及时纠偏。(1)钻孔使用 XZ-30 型潜孔钻机及 YXZ-70 型全液压钻机,尽量使用干钻, 以确保锚索施工不致于恶化边坡岩体的工程地质条件和保证孔壁的粘结性能。钻机定位准确,须用测量仪测定钻进方向角。调整好孔向后牢靠固定钻机,钻机位置排架搭设要加强。(2)孔径设计为 160 mm,下倾 8,允许误差1,内锚固段长度 10 m,需钻进至较完整基岩。实际钻孔深度误差不超过设计深度的1%。(3)开孔低转速钻进,低压推进,当成孔约 50cm,须再次校核孔向,及时调整钻机。在钻进过程中若孔深已达到施工图所示的深度,而仍处于破碎带或断层等软弱岩层时, 应

6、延长孔深,继续钻进,直至监理认可为止。钻孔完成后须用高压空气( 风压 0.20.4 MPa)将孔中岩粉及水全部清除出孔外,保证孔内干燥和孔壁的干净粗糙; 清孔干净后,应对孔口进行暂时封堵,防止岩屑、杂物掉入孔内。23 钻孔检查记录钻进过程中应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现场记录,如遇地层松散, 破碎时,应采用跟套管钻进技术 ,以使钻孔完整不坍。如地下水较大从孔溢出,应进行固结注浆,以免锚固段注浆体流失或强度降低; 如遇坍孔,应立即停钻,进行固壁灌浆处理(灌浆压力0.10.2 MPa),待初凝后,重新扫孔钻进。 24 锚索制作、安装(1)下料。第一组承载体按

7、实际孔深满足张拉需要和设计要求的最小长度进行下料,长度等于孔深加外露长度(下料误差小于 10 cm)。外露长度包括锚墩高度、张拉千斤顶高度(一般约 600 mm)、工具锚板及工作锚板厚度与预留长度(一般为200mm),对监测锚索还应加上测力计的高度;第二组承载体至第四组承载体根据第一组承载体长度依次递减 1 m(参见图 2)。下料前应检查钢绞线的表面无损伤才能使用。切割使用机械,不得用电弧切割, 锚索应按对应孔号进行编号;编束前, 要确保每根钢绞线顺直,不扭不叉,排列均匀, 对有死弯、机械损伤处应剔出,自由段钢绞线 PE 套不得有破损。(2)锚固端清洗并挤压 P 锚。切割好的钢绞线内锚段需在加

8、工场按设计长度剥除锚固段 PE 套,并进行脱脂除污干净,在剥除段端头约 20 cm 挤压上 P 锚,并对剥除段和锚固端挤压好的 P 锚进行防护。按照由内向外的顺序将相应长度的钢绞线穿进各自的承载体内,放好支撑架,用扎丝绑扎牢固。锚固段与张拉段分界处的 PE 套用胶带缠封好,以免灌浆时浆液浸入。(3) 编束制作。钢绞线按设计图纸进行编束,内锚固段组装成枣核状,量出内锚固段的长度并作出标记,穿上对中隔离支架,间距 1.0 m,两对中隔离支架之间扎 12 号铅丝一道, 隔离支架使钢绞线可靠分离;钢绞线在隔离架上的孔位要上下一致,一一对应。编束时要把钢绞线理顺后进行绑扎, 最后安装锥形导向帽,同时将灌

9、浆管装于索中部同钢绞线捆扎成一束;在张拉段每隔 2.0 m 设置一道对中支架, 但在端头 2 m 区段内要加密到 1 m,锚束入孔前应逐段剪去对中支架之间铅丝。钢铰线成束后,要认真检查其长度、钢铰线有无交叉和迭合等,验收合格者方可使用。对合格的锚索要登记挂牌,标明锚索编号、锚索长度,以防装错孔位。对不同承载体位置的钢绞线外露端做好标记,保证预紧时能分清楚每束钢绞线所对应各组承载体, 以免补偿错误。压力分散型无粘结锚索结构见图 2,主要技术参数见表 1。(4)锚索安装。安装时采用人工通过钢管爬梯向上抬运至锚索区入孔,高差较大时,采用吊车配合进行。锚索入孔安装前对钻孔应重新进行通孔检查,对塌孔、掉

10、块清理干净, 孔内积水用高压风吹干净,并对锚索体进行详细的检查 ,主要检查注浆管的通畅情况,核对锚索编号与孔号, 对损坏的配件进行修复或更换。锚孔经检验合格后,将制作好的锚索采用人工对应穿束。入孔索体推送时用力均匀一致,均匀推进,应防止在推送过程中损坏锚索配件,索体外露部分满足工作长度时即到位。图 2 2 000 kN 级压力分散型无粘锚索结构示意图表 1 无粘结锚索主要技术参数表项目钢绞线(束) 钢绞线强度 /(N/mm2)外锚头钢垫板尺寸/mm 锚索钻孔直径/mm 混凝土台座顶宽/mm 承载体间距/mm 内锚固段长度/m 技术参数 13 1 860 30030050160 400 1 00

11、0 1025 注浆(1)配合比。注浆体选用普通硅酸盐 P.O42.5 拌制 M40 纯水泥浆,w/c=0.380.451,配比根据试验选定。(2) 按设计要求全孔一次注浆,注浆压力 0.30.5 MPa。因孔下倾, 采用孔底返浆进行注浆,注浆管随锚索体已一同送入孔底,注浆时边注边拔,使注浆管始终有一段埋于注浆液中 ,待进出浆液的稠度一致后即注满。26 锚墩浇筑钢筋加工好后 ,绑扎成钢筋架, 将钢垫板牢固焊接在钢筋架上。安装时调整钢筋架使钢垫板预留孔的中心位置置于锚孔轴线上,平面与锚孔轴线正交, 其误差不得大于 0.5。模板采用四片定型钢模板现场组装,钢模和岩面之间的空隙用木条嵌补。上模板预留进

12、料口和观察排气孔。孔位附近设插筋固定模板。混凝土在现场拌制,人工运送入仓浇注, 充填必须密实。27 张拉、锁定、封锚锚索张拉待锚固灌浆和锚墩混凝土抗压强度达到规定时,才能对预应力锚索进行张拉和锁定。张拉前必须把张拉机具、测力装置及所需附属机具准备齐全,张拉所用的设备额定值必须大于最大使用张拉值,并有富余度 ,以确保重复使用后的精确度仍能满足要求。张拉设备在张拉前必须配套标定,标定间隔期不宜超过六个月,经拆卸检修的张拉设备或经常强烈撞击的压力表,都必须重新标定。率定和校验过的机具要妥善保管,以免影响精度。机具率定或校验证书必须经过验收合格后方可使用。锚具必须有厂家产品合格证书,并经过规定的试验验

13、收程序方可使用。锚具表面一定要清洗干净, 不得有油污、铁屑、泥沙等杂物。锚具各组件按次序安装好,锚垫板和锚板应对中并相吻合。(1) 锚索张拉基本施工程序如下: 机具率定分级理论值计算锚墩混凝土强度检查张拉机具安装预紧分级张拉锁定签证验收。锚索采取差异分步张拉,每孔 13 根分为 5 个单元,根据设计荷载和锚索长度计算确定差异荷载。锚索的预应力在补足差异荷载后分 5 级按设计荷载即 2 000 kN 的 25%、50%、75%、100%和 110%进行施拉,每次持荷时间 25 min,最后一级持荷稳定观测 10 min 以后按设计要求锁定。锁定后 48 h 内没有出现明显的应力松弛现象,即可进行

14、封锚。上述五个量级的张拉均应在同一工作时段完成, 否则应卸荷重新依次张拉。在张拉时,采用张拉系统出力与锚索体伸长值来综合控制锚索应力。张拉各量级稳定前后,均应量测钢绞线的伸长值与回缩值。若实测伸长值与理论伸长值相差大于 10%或小于 5%,应停止张拉,查明原因后才能重新张拉。同样,若发现异常张拉力时要查明原因进行处理。(2)加荷、卸荷速率应平稳。张拉时,升荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的 0.1;卸荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的 0.2。(3)补偿张拉:锚索张拉完毕锁定后,应注意检查如产生应力损失需进行补偿张拉,其间隔时间不得少于 72 h,松弛损失一般为锁定荷载的 3%4%。对于张拉力

15、下降至设计值以下的锚索再进行一次补偿张拉。(4) 锁定封锚。机械切除多余钢绞线,严禁电割、氧割 ,并应留大于或等于 10 cm 长度以防滑脱,最后用混凝土封锚(监测锚索用防护罩封锚)。(5)张拉时认真填写张拉记录, 每孔锚索施工完成后,应向监理工程师提交必须的验收资料。3 张拉方案锚固段设计为五组承载体, 考虑到锚索 5 组承载体张拉段长度相差 1 m 及最终的整体受力情况和张拉效果,锚索张拉采用:先通过差异分荷单根分 5 组预紧张拉,使 5 组承载体在整体张拉之前都达到第五组张拉值后,再分级整体张拉 ,保证锚索整体受力不出现离散现象。张拉程序如下:把 2 000 kN 级 13 根钢绞线按承

16、载体不同分为 5 组,先进行差异分荷单根预紧张拉;待预紧张拉后,采取锚索整体张拉。整体张拉时分 5 级,按设计荷载 2 000 kN 的25%、50%、75%、100%和 110%进行张拉,每次持荷稳压时间 25min,最后一次持荷稳压 15 min 按设计要求荷载锁定。张拉设备采用四川新津三桥产 ZB22-500 油泵、YCL-250 千斤顶进行张拉作业。3.1 张拉预紧值计算 (1)40 m 长锚索张拉预紧值计算。结果见表 2。(2)35 m 长锚索张拉预紧值计算,结果见表 3。3.2 整体张拉计算理论伸长值按下式计算:L=FL/EA;式中:L理论伸长值(mm);L张拉段长,整体张拉时按最

17、短计(m);F张拉力(kN);E钢绞线弹性模量(198 GPa);A单根钢绞线公称截面积(140 mm2)。表 2 40 m 长锚索张拉预紧值计算表承载体钢绞线根数(根)张拉段长度/m 单根预紧理论伸长值/mm 单根预紧力/kN 第五组 1 27.5 15.263 15.38 第四组 3 28.5 21.368 20.78 第三组 3 29.5 27.473 25.81 第二组 3 30.5 33.578 30.52 第一组 3 31.5 39.683 34.92 注:编束完成后, 对不同承载体对应的钢绞线外段做好标记, 保证张拉时能分清楚。第五组单根预紧力为设计值的 10%,其他组单根预紧力

18、由伸长值计算得出。表 3 35 m 长锚索张拉预紧值计算表承载体张拉段长度/m 预紧理论伸长值/mm 单根预紧力/kN 第五组 22.5 12.49 15.38 第四组 23.5 18.59 21.93 第三组 24.5 24.70 27.94 第二组 25.5 30.80 33.48 第一组 26.5 36.91 38.61(1)40 m 长锚索整体张拉计算结果见表 4。表 4 40 m 长锚索整体张拉计算表分级序号张拉力张拉力值/kN 张拉段长度 /m 理论伸长值/mm1 25%500 27.5 38.162 50%1 000 27.5 76.313 75%1 500 27.5 114.4

19、74 100%2 000 27.5 152.635 110%2 200 27.5 167.89(2)35 m 长锚索整体张拉计算结果见表 5。表 5 35 m 长锚索整体张拉计算表分级序号张拉力张拉力值/kN 张拉段长度 /m 理论伸长值/mm1 25%500 22.5 31.222 50%1 000 22.5 62.443 75%1 500 22.5 93.664 100%2 000 22.5 124.885 110%2 200 22.5 137.364施工注意事项及质量控制 4.1 安全注意事项预应力锚索工程较为复杂,故合理确定项目的施工顺序显得尤为重要。为确保施工和运行过程中边坡的稳定,

20、必须采用科学有效的施工方法、工艺及程序, 并设置专职质量检查人员对每一个环节进行检查,发现问题及时研究处理,使施工质量满足要求。(1)施工前充分做好准备工作,熟悉设计图纸、领会设计意图,认真做好各项工程施工组织计划,充分考虑当地气候对施工工艺的影响。(2) 严格检查张拉作业工作平台脚手架是否固定牢靠。(3)张拉用千斤顶、压力表、测力计必须配套并率定,安全阀限压在 60 MPa 以下,只有在张拉机具运行正常可靠后才能进行正式安装张拉。(4)非作业人员不得进入张拉作业区,千斤顶出力方向严禁站人,施工操作者及测量人员应站在侧面,严禁越过安全区。(5) 张拉作业时, 千斤顶前端与锚具贴密,外余部分不应

21、有约束。张拉过程中严禁拆卸管路,严禁碰、敲锚具组件。4.1 质量控制 (1)必须杜绝不合格的钢绞线及锚具产品进入工地。(2)应对孔位、孔径、孔深、孔斜和方位角应进行严格检查,偏差应符合规定。(3)锚索制作中应对下料长度、隔离架位置、绑扎间距、灌浆管的内口位置及编号进行检查。锚索的存放和临时防护应符合规范要求。(4)锚索安装前应核对编号和孔号,检查索体的顺直性,PE 防护套的完好性,进浆管密封性,内口位置和通畅性。(5)张拉作业是锚索施工的关键工序,张拉前应着重检查张拉系统、浆体、锚墩和结构混凝土强度 ,张拉力、压力表读数关系曲线与计算公式,各项都符合规范和设计要求时才能进行张拉。在张拉时应遵循

22、以下原则: 张拉千斤顶的轴线必须与锚索轴线一致, 锚环、夹片和锚索体张拉部分不得有泥沙、锈蚀层或其他污物; 加载速率要平缓 ,速率宜控制在设计预应力值的 0.1/min 左右; 卸荷载速率宜控制在设计预应力值的 0.2/min;在张拉时,应采用张拉系统出力与锚索体伸长值来综合控制锚索应力 ,当实际伸长值与理论伸长值差别较大时,应暂停张拉,待查明原因并采取相应措施后方可继续进行;锚索应力锁定必须在压力表稳定后进行;张拉锁定完成 48 h 内, 若发现预应力损失大于设计预应力的 10%,应进行补偿张拉。(6)施工过程中及时整理、汇总检查和检验记录。云南龙马水电站压力分散型锚索施工李云华$中国水利水电第十四工程局!云南昆明 650041 结合龙马水电站压力分散型锚索工程应用, 介绍压力分散型锚索的施工工序,尤其对张拉方案、张拉值计算作了仔细阐明。龙马水电站;压力分散型;锚索;施工;张拉(1)梁炯均金.锚固与注浆技术手册(M).北京:中国电力出版社,1999.9. (2)水电水利工程预应力锚索施工规范(S).DL/T5083-2004.北京:中国电力出版社,2004.9.