劉興旺

(葛洲壩集團(tuán)第二工程有限公司，四川成都 610091)

1 工程概況

黃河上游公伯峽水電站壓力鋼管右側(cè)高邊坡開(kāi)挖后揭露出了大范圍的古全風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化巖體，并存在邊坡開(kāi)挖后產(chǎn)生的松弛變形，影響到電站廠房的安全運(yùn)行。業(yè)主要求對(duì)該部位采用預(yù)應(yīng)力錨索及鋼筋混凝土支護(hù)。預(yù)應(yīng)力錨索工程量如表1所示。

表1 壓力鋼管右側(cè)邊坡錨索工程量表

2 鉆孔施工工藝試驗(yàn)

2.1 鉆孔設(shè)備選擇及鉆孔工藝試驗(yàn)

2.1.1 鉆孔設(shè)備選擇

巖體預(yù)應(yīng)力錨固施工工序繁多，技術(shù)要求嚴(yán)格。在實(shí)際施工中，如何確保預(yù)應(yīng)力工程施工質(zhì)量，首先也是最重要的一點(diǎn)是必須確保錨索孔道的質(zhì)量。經(jīng)過(guò)分析比較并結(jié)合工程實(shí)際及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)情況，決定采用無(wú)錫生產(chǎn)的YG－50型液壓式錨固工程鉆機(jī)，配以長(zhǎng)1 500 mm，φ89鉆桿，φ120金剛石鉆頭，每套鉆具增設(shè)2～3個(gè)φ115自制齒輪式扶正器。YG－50型鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)如表2所示。

2.1.2 鉆孔工藝試驗(yàn)

在正式進(jìn)行鉆孔施工前，先期進(jìn)行了2個(gè)孔的鉆孔工藝試驗(yàn)。鉆孔工藝試驗(yàn)中采用多點(diǎn)照相測(cè)斜儀跟進(jìn)觀測(cè)孔斜誤差情況，其具體試驗(yàn)情況如下:

表2 YG－50型工程鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表

(1)在不加設(shè)任何扶正器、不采取任何糾偏措施的情況下，其孔深與孔斜關(guān)系具有代表性的數(shù)據(jù)如表3及圖1所示.

圖1 無(wú)糾偏措施孔道孔深與孔斜對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

表3 無(wú)糾偏措施孔道孔深與孔斜對(duì)應(yīng)關(guān)系表

孔徑120 mm，L=45 m，r= －40°。

通過(guò)以上數(shù)據(jù)和圖示表明，在鉆孔施工過(guò)程中，若不采取任何糾偏措施，其孔斜基本呈加速下傾的變化趨勢(shì)，且下傾變化較大，變化趨勢(shì)與拋物線類(lèi)似。

(2)根據(jù)不采用任何糾偏措施的鉆孔效果，并結(jié)合類(lèi)似工程(如三峽)造孔施工經(jīng)驗(yàn)，我們采取了由密到疏(即沖擊器后應(yīng)緊跟一個(gè)扶正器，然后過(guò)3根鉆桿再加設(shè)一個(gè)扶正器，過(guò)7根鉆桿再加設(shè)一個(gè)扶正器，以此等差數(shù)列類(lèi)推)的方法加設(shè)孔道扶正器進(jìn)行孔道糾偏，其孔深與孔斜關(guān)系具有代表性的數(shù)據(jù)如表4及圖2所示。

表3 加設(shè)扶正器糾偏措施孔道孔深與孔斜的對(duì)應(yīng)關(guān)系表

孔徑120 mm，L=45 m，r= －40°。

圖2 加設(shè)扶正器糾偏措施孔道孔深與孔斜對(duì)應(yīng)關(guān)系圖

通過(guò)以上數(shù)據(jù)和圖示表明，在鉆孔施工過(guò)程中，采用此種糾偏措施糾偏效果較好，其孔斜基本呈勻速下傾變化趨勢(shì)，且下傾變化趨勢(shì)明顯減緩。

據(jù)此并結(jié)合其他類(lèi)似工程的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)，可以歸納出以下幾點(diǎn)鉆孔工藝原則:

①扶正器能夠起到一定的扶正效果，但加設(shè)扶正器的方法必須恰當(dāng)。

②扶正器的加設(shè)一般應(yīng)按照由密到疏的原則進(jìn)行。

③扶正器的使用數(shù)量不宜過(guò)多，一般孔深不超過(guò)50 m的孔道不宜超過(guò)4個(gè)，否則不但不能起到扶正的效果，反而增加了鉆進(jìn)中的摩擦阻力，阻礙了鉆孔過(guò)程中正常的返風(fēng)返塵，不利于鉆孔的正常進(jìn)行。

(3)遵照以上鉆孔施工工藝原則，在實(shí)際造孔過(guò)程中的孔斜控制完全達(dá)到了規(guī)范要求。該部位A區(qū)部分錨索孔道孔斜誤差情況見(jiàn)表4。

表4 A區(qū)部分錨索孔道孔斜誤差情況表

3 預(yù)應(yīng)力錨索施工準(zhǔn)備

根據(jù)批準(zhǔn)的施工組織設(shè)計(jì)，建立并落實(shí)了施工管理機(jī)構(gòu)以及所必須的作業(yè)人員、施工設(shè)備、材料;制訂了各項(xiàng)技術(shù)操作規(guī)程，進(jìn)行了材料性能試驗(yàn)、生產(chǎn)工藝試驗(yàn)，對(duì)張拉機(jī)具進(jìn)行了配套標(biāo)定。

3.1 巖體預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程(圖3)

圖3 預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝流程圖

3.2 錨索孔施工

3.2.1 測(cè)量放線、標(biāo)定孔位

按照設(shè)計(jì)圖紙和測(cè)定的控制點(diǎn)座標(biāo)及高程，用全站儀測(cè)放孔位，并用鐵釬和紅油漆準(zhǔn)確作出錨孔位置標(biāo)記。

3.2.2 承重腳手架搭設(shè)

根據(jù)施工部位的情況及鉆機(jī)工作寬度，確定承重排架工作平臺(tái)寬度為4.5 m，間距1.2 m，排距1.5 m，橫桿步距1.5 m，每層排架的工作平臺(tái)確保能滿(mǎn)足2臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)工作。排架搭設(shè)完畢并經(jīng)有關(guān)安全部門(mén)檢查驗(yàn)收合格后投入使用。

3.2.3 鉆機(jī)定位

(1)確定鉆機(jī)位置:根據(jù)設(shè)計(jì)孔位坐標(biāo)高程、傾角計(jì)算鉆機(jī)實(shí)際工作位置及高度，作為鉆機(jī)定位和墊高依據(jù)。

(2)加固鉆機(jī):為使鉆孔時(shí)鉆機(jī)穩(wěn)固、確保鉆孔精確，鉆機(jī)應(yīng)與排架連成整體，原則上使鉆機(jī)在工作時(shí)不發(fā)生軸向及橫向位移，鉆機(jī)荷載均勻分布于排架工作平臺(tái)上。

3.2.4 鉆進(jìn)過(guò)程控制

開(kāi)孔時(shí)，要嚴(yán)格控制鉆機(jī)開(kāi)孔誤差不超過(guò)設(shè)計(jì)孔位10 cm，對(duì)沖擊器和鉆頭應(yīng)有一個(gè)支撐和限制，以達(dá)到設(shè)計(jì)控制點(diǎn)，并嚴(yán)格按照試驗(yàn)孔成果所確定的鉆孔工藝原則進(jìn)行錨索孔鉆進(jìn)施工。

3.2.5 錨索孔地質(zhì)缺陷處理

(1)預(yù)應(yīng)力錨索的內(nèi)錨段必須置于穩(wěn)定完整的巖層內(nèi)。如果孔深已達(dá)到設(shè)計(jì)深度而仍處于破碎或斷層等軟弱巖層，應(yīng)報(bào)告監(jiān)理人。待監(jiān)理人同意后繼續(xù)鉆進(jìn)直至監(jiān)理人認(rèn)可的深度為止。

(2)鉆孔完畢用壓力風(fēng)清孔，采用多點(diǎn)照相測(cè)斜儀進(jìn)行孔道測(cè)斜并記錄。經(jīng)監(jiān)理人驗(yàn)收合格后隨即進(jìn)行錨索安裝。若錨孔驗(yàn)收不合格，則作為廢孔處理，即時(shí)并全孔灌注水泥砂漿待其達(dá)到一定強(qiáng)度后重鉆，經(jīng)驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行錨索安裝、錨固段注漿等工序。

(3)鉆孔過(guò)程中應(yīng)做好鉆孔原始記錄，如鉆進(jìn)中的返風(fēng)、返巖粉、涌水、孔斜情況及地質(zhì)情況等。鉆孔完畢應(yīng)及時(shí)對(duì)記錄進(jìn)行匯集、整理，以作為分析孔道質(zhì)量的依據(jù)。

3.3 錨索制安

3.3.1 鋼絞線材質(zhì)檢驗(yàn)及錨具硬度檢驗(yàn)

鋼絞線采用江西新華金屬制品有限公司生產(chǎn)的φ15.24、1 860 MPa高強(qiáng)低松弛有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，錨具采用柳州OVM公司生產(chǎn)的OVM15－6型錨具及與其配套的夾片。使用前按照規(guī)范要求進(jìn)行鋼絞線材質(zhì)檢驗(yàn)及錨具硬度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)合格后方可投入使用。

3.3.2 鋼絞線的存放

鋼絞線進(jìn)場(chǎng)后若不能及時(shí)下料，應(yīng)臨時(shí)存放在具有防雨雪、防塵功能的庫(kù)內(nèi)，其底部須墊高至少20 cm并覆蓋以防潮防塵。登記每卷鋼絞線的編號(hào)，鋼絞線的出廠牌號(hào)應(yīng)保存歸檔，同時(shí)必須附有相關(guān)材質(zhì)證明書(shū)。

3.3.3 錨索下料

根據(jù)各錨索孔的實(shí)際孔深和張拉施工所需長(zhǎng)度計(jì)算出各錨索的下料長(zhǎng)度。鋼絞線下料在編索平臺(tái)上完成。下料時(shí)應(yīng)做到:開(kāi)盤(pán)后的鋼絞線至編索平臺(tái)沿程均應(yīng)順直在同一水平線上，以保證鋼絞線的下料精度。在下料過(guò)程中，應(yīng)特別注意安全，避免鋼絞線彈力傷人。

3.3.4 錨索的制作

錨索各種附件須經(jīng)檢查合格后方可使用。進(jìn)、回漿管均采用 φ3/4″(1″=2.54 cm)塑料管，按設(shè)計(jì)長(zhǎng)度下料，一期進(jìn)漿管用紅油漆在兩頭及中間做標(biāo)識(shí)，二期進(jìn)漿管用黃油漆標(biāo)示，二期回漿管不做標(biāo)識(shí)。

編索時(shí)，先將鋼絞線在編索平臺(tái)上順次平鋪，然后將架線環(huán)、止?jié){環(huán)按設(shè)計(jì)尺寸與數(shù)量穿好，再進(jìn)行編簾扎束，并將外圈第一根鋼絞線兩端用紅色油漆標(biāo)示，內(nèi)圈第一根鋼絞線兩端用黃色油漆標(biāo)示，以使編簾扎束中鋼絞線不發(fā)生相互交叉。每根鋼絞線在架線環(huán)及止?jié){環(huán)內(nèi)的位置必須一致，且兩端相互對(duì)應(yīng)，架線環(huán)與鋼絞線均須綁扎牢固，并確保綁扎時(shí)鋼絞線與進(jìn)回漿管平行，否則錨索張拉中可能發(fā)生安全事故。錨索制作完畢應(yīng)編號(hào)、掛牌標(biāo)示，并作臨時(shí)防護(hù)。

3.3.5 錨索制安

將合格的錨索運(yùn)至相應(yīng)孔位(該鉆孔已驗(yàn)收合格)，運(yùn)輸時(shí)各支點(diǎn)間距不得大于2 m，入孔時(shí)錨索體的彎曲半徑不得小于3 m。錨索安裝時(shí)應(yīng)有專(zhuān)人協(xié)調(diào)指揮，行進(jìn)速度應(yīng)均勻平穩(wěn)緩慢，且應(yīng)使二期進(jìn)漿管始終處于錨索的正上方。錨索安裝到位后須將孔口臨時(shí)封堵，對(duì)孔口外的索體進(jìn)行包裹防護(hù)，以免污染。

3.4 錨索孔灌漿

(1)有粘結(jié)錨索孔灌漿分為內(nèi)錨段灌漿和張拉段灌漿兩部分。采用NJ－600型攪拌機(jī)制漿，2SNS型單泵注漿機(jī)注漿。

漿材為M45水泥凈漿，水泥標(biāo)號(hào)為普硅型P.O.42.5。

(2)首先對(duì)一期進(jìn)漿管注水使孔口有返風(fēng)或返水，孔內(nèi)注水潤(rùn)濕后開(kāi)始灌漿。灌漿壓力為0.3 ～0.4 MPa，回漿比重與進(jìn)漿比重相同時(shí)進(jìn)行屏漿，屏漿壓力為0.4 MPa，屏漿時(shí)間為30 min。屏漿結(jié)束后將一期進(jìn)漿管和回漿管扎緊。

(3)張拉段灌漿在錨索張拉鎖定后進(jìn)行。灌漿前，須用壓力風(fēng)水沖洗孔壁，再用風(fēng)將孔內(nèi)余水排干，灌漿材料、灌漿壓力、結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)、屏漿壓力和時(shí)間等均與內(nèi)錨段相同。

3.5 錨墩混凝土澆筑

錨索安裝到位后即可進(jìn)行錨墩混凝土澆筑。按設(shè)計(jì)要求將錨墩底部巖石整平、清理干凈，然后安裝孔口管與錨墊板，埋設(shè)螺旋筋，安裝穿過(guò)錨墩的暗梁鋼筋、面層鋼筋網(wǎng)，安裝加固模板，經(jīng)驗(yàn)收合格后澆筑混凝土。由于施工部位地處高原，氣候干燥，錨墩混凝土澆筑完畢的保濕保溫養(yǎng)護(hù)極為重要，否則將嚴(yán)重影響混凝土強(qiáng)度。

3.6 錨索張拉鎖定

(1)待暗梁混凝土、錨敦及護(hù)坡混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行錨索張拉。在錨索張拉施工前，先對(duì)3束設(shè)有測(cè)力計(jì)的錨索進(jìn)行生產(chǎn)性張拉試驗(yàn)。根據(jù)試驗(yàn)索鎖定后的應(yīng)力損失情況確定是否進(jìn)行補(bǔ)償張拉，并以試驗(yàn)索的張拉工藝指導(dǎo)其他錨索的張拉施工。

(2)錨索張拉施工準(zhǔn)備。

采用YCW150B型千斤頂與ZB4－500型電動(dòng)油泵配套進(jìn)行錨索張拉，單根鋼絞線預(yù)緊采用YDC240Q型千斤頂。在錨索張拉作業(yè)前，對(duì)張拉機(jī)具如千斤頂、油管、壓力表、測(cè)力計(jì)進(jìn)行標(biāo)定，給出配套“油壓值——張拉力”對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線，并經(jīng)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)后使用。

(3)錨索張拉。

①順次安裝錨板、夾片、限位板、千斤頂及工具錨(安裝前錨板錐形孔及夾片表面應(yīng)清潔)。工具錨板上孔的排列位置需與工作錨的孔位一致，不允許千斤頂穿心孔中的鋼絞線有交叉現(xiàn)象。

②錨索正式張拉前，先對(duì)每股鋼絞線施加10 kN的張拉荷載進(jìn)行預(yù)張拉，以使錨索各鋼絞線順直且受力均勻，并將該荷載鎖定在錨板上，再對(duì)整束錨索進(jìn)行張拉至超張拉荷載后鎖定。張拉控制以張拉力為主，輔以伸長(zhǎng)值校核。張拉時(shí)按以下分級(jí)進(jìn)行，并及時(shí)準(zhǔn)確進(jìn)行記錄。

1 000 kN級(jí)錨索:預(yù)張拉(100 kN)→200 kN→400 kN→600 kN→800 kN→1 000 kN→1 100 kN(鎖定)。

張拉過(guò)程中，在達(dá)到控制張拉力后穩(wěn)壓5 min再進(jìn)行下一級(jí)張拉，直到達(dá)到最后一級(jí)張拉力后穩(wěn)壓30 min即可鎖定。

③張拉時(shí)，當(dāng)實(shí)際伸長(zhǎng)值大于理論計(jì)算值10%或小于5%時(shí)應(yīng)暫停張拉，查明原因并采取相應(yīng)措施予以調(diào)整后方可繼續(xù)張拉。

④錨索鎖定后，當(dāng)預(yù)應(yīng)力損失超過(guò)設(shè)計(jì)應(yīng)力10%時(shí)，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)償張拉。

3.7 錨索張拉段的封孔灌漿

待錨索張拉段灌漿完畢，從錨具外端量起50 mm以外鋼絞線用砂輪切割機(jī)截去。采用圓形鋼罩將外錨頭罩住并固定密封，在其內(nèi)灌注C20混凝土進(jìn)行防護(hù)。

4 結(jié)語(yǔ)

黃河上游公伯峽水電站壓力鋼管右側(cè)高邊坡錨索支護(hù)工程自2005年3月10日正式開(kāi)始施工至2005年6月31日竣工，歷時(shí)112 d，共完成錨索144束，計(jì)6 610 000 kN·m，錨索合格率達(dá)100%，優(yōu)良率達(dá)92.5%，被監(jiān)理評(píng)為優(yōu)質(zhì)工程。實(shí)際施工過(guò)程中，由于嚴(yán)格實(shí)施了施工工藝過(guò)程控制，使錨索施工不僅在質(zhì)量上完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)和規(guī)范的要求，沒(méi)有發(fā)生任何質(zhì)量安全事故，而且施工速度較快，提前達(dá)到了施工計(jì)劃的進(jìn)度要求，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。