閉少剛

(中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都，611130)

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猴子巖水電站地下廠房錨索施工

閉少剛

(中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都，611130)

猴子巖水電站地下廠房位于高地應(yīng)力區(qū)，相應(yīng)圍巖降類后，總體以Ⅲ1類為主，局部巖層發(fā)育有次級小斷層、擠壓破碎帶，呈板狀碎裂結(jié)構(gòu)，以Ⅲ2、IV類為主。為保證廠房施工和運(yùn)行安全，地下廠房采用自由式單孔多錨頭防腐型預(yù)應(yīng)力錨索錨固。本文介紹了地下廠房錨索施工遇到的問題和處理措施等，通過監(jiān)測資料分析，地下廠房處于穩(wěn)定狀態(tài)，廠房錨索施工質(zhì)量總體情況良好。

高應(yīng)力地區(qū) 地下廠房 預(yù)應(yīng)力錨索施工 猴子巖水電站

1 工程概況

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定縣境內(nèi)，是大渡河干流水電規(guī)劃調(diào)整推薦22級開發(fā)方案的第9個(gè)梯級電站。電站采用壩式開發(fā)，樞紐建筑物主要由攔河壩、兩岸泄洪及放空建筑物、右岸首部式地下引水發(fā)電系統(tǒng)等組成。引水發(fā)電系統(tǒng)布置于大渡河右岸，采用首部式地下廠房，電站裝機(jī)容量1700MW(4×425MW)。

發(fā)電廠房布置于大渡河右岸略靠壩軸線上游山體內(nèi)，廠房縱軸線方向?yàn)镹61°W，廠房左上角距壩軸線鉛直面約100m，順壩軸線方向距右壩肩約200m。廠房最小垂直埋深約380m，最小水平埋深約250m。主廠房尺寸219.5m×29.2m×68.7m(長×寬×高)，主變室尺寸139m×18.8m×25.2m(長×寬×高)，尾調(diào)室尺寸140.5m×23.5m×75.0m(長×寬×高)；三大洞室平行布置，尾水調(diào)壓室中心線和廠房頂拱中心線間距為134.9m，主變室與廠房和尾水調(diào)壓室間巖柱厚度分別為45.0m和44.75m。

地下廠房布置于泥盆系下統(tǒng)(D11)第⑨層厚～巨厚層狀，局部薄～中厚層狀微風(fēng)化～新鮮的白云質(zhì)灰?guī)r、變質(zhì)灰?guī)r內(nèi)，巖石堅(jiān)硬，巖體完整，圍巖分類為Ⅱ～Ⅲ1類，考慮地下廠房位于高地應(yīng)力區(qū)，相應(yīng)圍巖降類后，總體以Ⅲ1類為主，成洞條件較好。廠房軸線與最大主應(yīng)力方向夾角較小，與主要結(jié)構(gòu)面夾角較大，有利于圍巖穩(wěn)定；廠區(qū)巖體受次級小斷層、擠壓破碎帶及節(jié)理裂隙切割，存在不利組合塊體，對局部圍巖穩(wěn)定不利；廠區(qū)地下水不豐，以滲滴水為主，施工中應(yīng)注意沿?cái)鄬蛹皵D壓破碎帶可能存在的突水、突泥問題。廠房埋深較大，水庫蓄水后，外水壓力將會(huì)升高。深埋洞室地下水為Ca2+-SO42-型水，對普通水泥具結(jié)晶類硫酸鹽型中等腐蝕，應(yīng)有抗硫酸腐蝕措施；廠區(qū)處于高地應(yīng)力區(qū)。

2 錨索結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 錨索設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及參數(shù)

錨索采用自由式單孔多錨頭防腐型結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 錨索設(shè)計(jì)參數(shù)統(tǒng)計(jì)

錨索采用公稱直徑φ15.20mm，強(qiáng)度為1860MPa的低松弛高強(qiáng)度無粘結(jié)鋼絞線。施工前對鋼絞線材質(zhì)和力學(xué)性能進(jìn)行檢驗(yàn)，鋼絞線的破斷負(fù)荷270kN。

2.2 錨索束體結(jié)構(gòu)

錨索束體的細(xì)部結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 廠房端頭錨索結(jié)構(gòu)示意

圖2 廠房對穿錨索結(jié)構(gòu)示意

2.3 錨索設(shè)計(jì)分布

猴子巖水電站地下廠房預(yù)應(yīng)力錨索共布置1028束。錨索間排距按沿開挖坡面4m×4m布置在廠房頂拱、拱座、邊墻、端墻，其中端頭錨索居多。支護(hù)噸位有以2000kN、2500kN、3000kN，L=20m、25m錨索居多。

3 錨索施工工藝及主要技術(shù)方案

3.1 錨索造孔工藝

根據(jù)地下廠房工程地質(zhì)條件，預(yù)應(yīng)力錨索施工鉆孔設(shè)備主要采用XYZ-50、XYZ-90型號(hào)的錨固鉆機(jī)施工。

錨索施工工藝流程如圖3所示。

圖3 預(yù)應(yīng)力錨索工藝流程

3.2 錨索造孔糾偏

鉆孔孔位采用全站儀測放，開孔時(shí)按同樁號(hào)兩點(diǎn)確定鉆孔的方位角，利用地質(zhì)羅盤量測鉆機(jī)機(jī)架確定鉆孔的開孔傾角。錨索孔開孔時(shí)采用地質(zhì)羅盤、自制三角重錘儀及全站儀等器具嚴(yán)格控制和校核鉆具的傾角及方位角，以保證開孔時(shí)鉆孔的精確程度。

防斜糾斜措施。開孔應(yīng)嚴(yán)格控制鉆具的傾角及方位角，當(dāng)鉆進(jìn)20m～30m后應(yīng)校核角度，在鉆進(jìn)中及時(shí)測量孔斜并采用扶正器、導(dǎo)正加強(qiáng)肋及時(shí)糾偏。通過鉆桿撓度、鉆孔彎曲度的計(jì)算，結(jié)合巖石力學(xué)指標(biāo)，確定了扶正裝置在孔內(nèi)的安裝間距，即10m～15m安裝一組；鉆進(jìn)40m左右進(jìn)行孔內(nèi)提鉆強(qiáng)力排碴吹孔。錨索孔終孔后，為保證錨索孔成孔質(zhì)量，及時(shí)采用全站儀對孔底坐標(biāo)進(jìn)行校核驗(yàn)收。

3.3 錨索制作及安裝

3.3.1 端頭錨索編束

(1)采用1860MPa級高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)鋼絞線，其直徑、強(qiáng)度、延伸率均滿足設(shè)計(jì)規(guī)定要求；

(2)鋼絞線用型材切割機(jī)按施工圖紙所示尺寸下料，2000kN級端頭錨索截取13根鋼絞線；2500kN級端頭錨索截取16根鋼絞線；3000kN級端頭錨索截取19根鋼絞線。各級錨頭鋼絞線下料長度為：鋼絞線長度L=錨索孔深Li+擠壓錨縮減長度+找平砂漿厚度Lc+鋼錨墩厚度La+錨具厚度Lm+張拉長度Lz(帶測力計(jì)的錨索考慮錨索測力計(jì)的長度)；

(3)按錨索施工細(xì)部結(jié)構(gòu)圖制作內(nèi)錨頭和無粘結(jié)自由段，錨固端每隔0.5m設(shè)置1組承載板，自由端沿錨索軸線方向每隔1.5m設(shè)置隔離支架，鋼絞線沿隔離支架周圍均勻分布；

(4)錨索擠壓錨具要求。擠壓時(shí)擠壓套內(nèi)應(yīng)加專用彈簧，擠壓后擠壓套的長度為80mm左右、直徑應(yīng)不大于φ30.5mm，鋼絞線在擠壓套外露5mm左右。嚴(yán)格按擠壓套擠壓后的長度控制剝除錨索PE套長度，確保鋼絞線的PE套與擠壓套之間不留縫隙；

(5)錨索灌漿管為φ25mm聚乙稀管(壁厚3mm～3.5mm，耐壓強(qiáng)度1.5MPa左右)、排氣管與錨索束體一起埋設(shè)至錨索底部，距離孔底50cm，排氣管埋設(shè)在孔口；

(6)鋼絞線兩端與錨頭嵌固端應(yīng)牢固聯(lián)結(jié)，兩嵌固端之間的每根鋼絞線長度應(yīng)對齊一致，編束時(shí)，每根鋼絞線均應(yīng)平順、自然，不得有扭曲、交叉的現(xiàn)象；

(7)錨索體編制完成后，作通體檢查，符合編束要求的則按一定規(guī)律編排并用黑鐵絲每隔1.5m綁扎成束，綁扎必須牢靠、穩(wěn)固，避免在運(yùn)移的過程中散脫、解體。綁扎過程中避免擠傷PE套管；

(8)成束后的2000kN級、2500kN端頭錨都套上φ140mm鋼管導(dǎo)向帽，鋼管導(dǎo)向帽與錨索體連接牢固；

(9)錨索制作完畢后應(yīng)登記編號(hào)，并采取保護(hù)措施防止鋼絞線污染或銹蝕，經(jīng)檢查驗(yàn)收合格后方可使用。

3.3.2 對穿錨索編束

(1)采用1860MPa級高強(qiáng)度低松弛無粘結(jié)鋼絞線，其直徑、強(qiáng)度、延伸率均滿足設(shè)計(jì)規(guī)定要求；

(2)鋼絞線用型材切割機(jī)按施工圖紙所示尺寸下料，2500kN級對穿錨索截取16根鋼絞線；3000kN級對穿錨索截取19根鋼絞線；鋼絞線下料長度為：鋼絞線長度L=錨索孔深Li+(找平砂漿厚度Lc+鋼錨墩厚度La+錨具厚度Lm+張拉長度Lz)×2。帶測力計(jì)的對穿錨索考慮錨索測力計(jì)的長度，對穿錨需考慮兩端張拉情況預(yù)留足夠長度；

(3)按對穿錨索施工細(xì)部結(jié)構(gòu)圖制作，沿錨索軸線方向每隔1.5m設(shè)置隔離支架，鋼絞線沿隔離支架周圍均勻分布。編束時(shí)，每根鋼絞線均應(yīng)平順、自然，不得有扭曲、交叉的現(xiàn)象；

(4)錨索灌漿管為φ25mm聚乙稀管(壁厚3mm～3.5mm，耐壓強(qiáng)度1.5MPa左右)，進(jìn)漿管與錨束體一起埋設(shè)至錨索底部，距離孔底50cm，排氣管埋設(shè)在孔口；

(5)錨索體編制完成后，作通體檢查，符合編束要求的則按一定規(guī)律編排并用黑鐵絲每隔1.5m綁扎成束，綁扎必須牢靠、穩(wěn)固，避免在運(yùn)移的過程中散脫、解體。綁扎過程中避免擠傷PE套管；

(6)成束后的2500KN級對穿錨都套上φ140mm鋼管導(dǎo)向帽，鋼管導(dǎo)向帽與錨束體連接牢固；

(7)錨索制作完畢后應(yīng)登記編號(hào)，并采取保護(hù)措施防止鋼絞線污染或銹蝕，經(jīng)檢查驗(yàn)收合格后方可使用。

錨索體入孔前，用高壓風(fēng)將孔道再次沖洗，φ159mm探孔器檢查鉆孔質(zhì)量與孔深。錨索體經(jīng)核對無誤且經(jīng)驗(yàn)收合格后，由人工將錨索體扛抬至孔位附近，對于端頭錨及對穿錨均采用人工送入孔內(nèi)，錨索外露長度必須滿足張拉施工操作。對于孔深較大的錨索孔，如穿索困難，采用鉆機(jī)或葫蘆導(dǎo)鏈配合人工導(dǎo)入。索體就位后，及時(shí)將錨索外露部分包裹，以防污損。

3.4 錨索孔灌漿

在鉆孔過程中，如遇巖體破碎、漏風(fēng)、卡鉆等難以鉆進(jìn)時(shí)，立即停止鉆進(jìn)，應(yīng)改進(jìn)鉆孔工藝，采取對巖體進(jìn)行預(yù)固結(jié)灌漿等措施處理，以提高在破碎帶內(nèi)造孔孔壁的穩(wěn)定性及鉆孔工效。固結(jié)灌漿采用純壓式，灌漿壓力0.1MPa～0.3MPa，漿液比級1∶1～0.4∶1，采用全孔一段灌漿，特殊情況下可適當(dāng)縮減或加長。灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，流量≤1L/min，屏漿10min。灌漿中若遇地層破碎、吃漿量較大時(shí)，則灌一定量的水泥漿液后，改用砂漿注漿機(jī)灌注水泥砂漿，之后再采用純水泥漿屏漿。

灌漿前，首先檢查進(jìn)漿管的通暢情況，確保進(jìn)漿管通暢，否則進(jìn)行疏通處理。灌漿時(shí)灌漿管進(jìn)漿，排氣管上安裝壓力表，采用有壓循環(huán)灌漿法。開始灌漿時(shí)敞開排氣管，以排出氣體、水和稀漿，回濃漿時(shí)逐步關(guān)閉排氣閥，使回漿壓力達(dá)到0.3MPa～0.4MPa，吸漿率小于1L/min時(shí)，再屏漿20min～30min即可結(jié)束。

自由式單孔多錨頭防腐型錨索注漿水灰比為0.35∶1，采用純水泥漿液灌注。

首先，在距離灌漿錨索最近的灌漿站中，灌漿設(shè)備需要按照三參數(shù)大循環(huán)的方式連接好進(jìn)回漿管和記錄儀器。再通過現(xiàn)場制漿站，把制好的漿液用送漿管送至灌漿站的儲(chǔ)漿桶中，所有工作準(zhǔn)備就緒方可開始灌漿。灌漿采用強(qiáng)度等級不低于42.5#的抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，并符合規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。錨索孔道采用高強(qiáng)水泥砂漿封孔，水泥砂漿封堵厚度不得小于50cm，預(yù)埋L=4m、φ25mm厚壁PVC管作為灌漿管，并將隔離支架對中，掛標(biāo)識(shí)牌。

3.5 鋼錨墩安裝

地下洞室錨索孔道灌漿完成后，采用M40砂漿澆筑找平墊層，并安裝鋼錨墩。鋼錨墩為二層Q235鋼板重疊滿焊連接而成，外錨頭鋼板應(yīng)進(jìn)行除銹，并采用點(diǎn)焊將2塊錨墊板對中焊為整體。鋼錨墩采用1.5t葫蘆吊裝，再用膨脹螺栓固定。2000kN、2500kN級錨索鋼墊板規(guī)格為：700mm×700mm×50mm、500mm×500mm×50mm；鋼錨墩采用4根φ22mm、長200mm的定制膨脹螺栓固定。M40砂漿配合比及外加劑摻量詳見表2。

表2 M40砂漿施工配合比

3.6 錨索張拉施工技術(shù)

3.6.1 張拉方式

錨索張拉優(yōu)先采用整體張拉，張拉工藝為先采用單孔千斤頂對預(yù)應(yīng)力鋼絞線逐股預(yù)緊，使錨索各股預(yù)應(yīng)力鋼絞線的應(yīng)力均勻后，再整索張拉。預(yù)緊應(yīng)力宜為0.1%σ～0.2%σ。對不具備整體張拉條件的錨索，按《水電水利工程預(yù)應(yīng)力錨索施工規(guī)范》(DL/T5083-2010)第6.5.5條相關(guān)要求，采用分組單根循環(huán)張拉方法。

3.6.2 張拉設(shè)備選型及準(zhǔn)備

3.6.2.1 張拉機(jī)具

自由式單孔多錨頭防腐型錨索分組單根張拉、預(yù)緊，采用YDC240QX-200型千斤頂；整體張拉采用YCW-250B、YCW-350B型液壓千斤頂；油泵采用ZB4-500S型電動(dòng)油泵。

3.6.2.2 張拉準(zhǔn)備

張拉前，對擬投入使用的千斤頂和壓力表進(jìn)行配套標(biāo)定，繪制出油表壓力與千斤頂張拉力的關(guān)系曲線。張拉設(shè)備和儀器標(biāo)定間隔期控制在6個(gè)月內(nèi)，超過標(biāo)定期或遭強(qiáng)烈碰撞的設(shè)備和儀器，必須重新標(biāo)定后方可投入使用；然后剝?nèi)ネ饴朵摻g線PE套管，用汽油清洗，并用棉紗擦洗干凈。錨索張拉應(yīng)在錨固灌漿抗壓強(qiáng)度達(dá)到35MPa后進(jìn)行，且各工序驗(yàn)收合格。為了保證張拉人員安全，張拉的錨索周圍搭建張拉平臺(tái)。張拉油泵由人工倒運(yùn)到錨索附近的工作面或者專門搭建的承重平臺(tái)上。

3.6.2.3 分組單根循環(huán)張拉

(1)采用單根張拉，先張拉錨具中心部位鋼絞線，然后張拉錨具周邊部位鋼絞線，按照間隔對稱分序進(jìn)行。一個(gè)張拉循環(huán)完畢，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)張拉，直至達(dá)到設(shè)計(jì)荷載。張拉應(yīng)分級進(jìn)行，并及時(shí)準(zhǔn)確記錄；

(2)地下洞室邊墻部位錨索張拉程序?yàn)椋侯A(yù)緊→25%σ→50%σ→70%σ(錨索鎖定噸位為60%σ)；

(3)張拉過程中，當(dāng)達(dá)到每一級的控制張拉力后量測伸長值，穩(wěn)壓5min即可進(jìn)行下一級張拉，達(dá)到最后一級張拉力后穩(wěn)定10min，即可鎖定。張拉時(shí)，升荷速率每分鐘不宜超過設(shè)計(jì)應(yīng)力的1/10，卸荷速率每分鐘不超過設(shè)計(jì)應(yīng)力的1/5；

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

(5)2000kN錨索張拉順序：先張拉第五組5-1、5-2，再進(jìn)行第四組4-1、4-2，第三組3-1、3-2、3-3，第二組2-1、2-2、2-3，最后張拉第一組1-1、1-2、1-3；

(6)2500kN錨索張拉順序：先張拉第六組6-1、6-2，再張拉第五組5-1、5-2，再進(jìn)行第四組4-1、4-2、4-3，第三組3-1、3-2、3-3，第二組2-1、2-2、2-3，最后張拉第一組1-1、1-2、1-3。

3.6.2.4 整體張拉

根據(jù)《水電水利工程預(yù)應(yīng)力錨索施工規(guī)范》(DL/T2083-2010)要求，“長度超過24m的對穿錨索宜采用兩端同步張拉”。對穿錨索采用單根預(yù)緊、整體分級張拉法。

安裝千斤頂→0→預(yù)緊20%σ/股→測量鋼絞線伸長值→卸千斤頂，由內(nèi)層向外層對稱對每股鋼絞線進(jìn)行張拉。此過程使各鋼絞線受力均勻，并起到調(diào)直對中作用。

(1)2000kN端頭錨索鋼絞線單根預(yù)緊順序：先預(yù)緊第五組5-1、5-2，再預(yù)緊第四組4-1、4-2，第三組3-1、3-2、3-3，第二組2-1、2-2、2-3，最后預(yù)緊第一組1-1、1-2、1-3；

(2)2500kN端頭錨索鋼絞線單根預(yù)緊順序：先預(yù)緊第六組6-1、6-2，再預(yù)緊第五組5-1、5-2，再預(yù)緊第四組4-1、4-2、4-3，第三組3-1、3-2、3-3，第二組2-1、2-2、2-3，最后預(yù)緊第一組1-1、1-2、1-3；

(3)2500kN對穿錨索鋼絞線單根預(yù)緊順序：1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-11、1-8、1-14、1-6、1-12、1-10、1-16、1-7、1-13、1-9、1-15。

整體分級張拉，所有鋼絞線一起整體分級張拉至70%σ時(shí)進(jìn)行鎖定。分級張拉過程：預(yù)緊→25%σ→50%σ→70%σ(錨索鎖定噸位為60%σ)；

(4)每級張拉完畢、穩(wěn)壓及升級前，均應(yīng)測量伸長值并記錄，張拉過程中，達(dá)到每一級張拉力后穩(wěn)定5min即可進(jìn)行下一級張拉，達(dá)到最后一級張拉力后穩(wěn)定10min即可鎖定。張拉時(shí)，升荷速率每分鐘不超過設(shè)計(jì)應(yīng)力的1/10，卸荷速率每分鐘不超過設(shè)計(jì)應(yīng)力的1/5。

3.7 錨索張拉異常情況處理

3.7.1 伸長值異常處理

張拉過程中，在每級拉力下持荷穩(wěn)定時(shí)，量測鋼鉸線的伸長值，以用于校核張拉力。實(shí)際量測的鋼鉸線伸長值，須與理論計(jì)算的伸長值基本相符。當(dāng)實(shí)際量測的伸長值大于理論計(jì)算值的10%或小于理論計(jì)算值的5%時(shí)，暫停張拉，待查明原因并采取相應(yīng)措施調(diào)整后，方可恢復(fù)張拉，直至張拉正常為止。

3.7.2 夾片錯(cuò)牙的防范措施

張拉準(zhǔn)備階段鋼絞線清洗后，應(yīng)采用防護(hù)罩及時(shí)保護(hù)，錨墊板的錨孔應(yīng)清洗干凈，每個(gè)夾片打緊程度應(yīng)均一；張拉過程中，操作人員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范操作，特別是錨索張拉升壓、卸載過程嚴(yán)禁過快。

3.7.3 張拉斷絲的防范措施

鋼錨墩制安時(shí)，應(yīng)對錨索進(jìn)行保護(hù)，防止焊渣灼傷鋼絞線；錨桿、排水孔、錨索鉆孔時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制傾角及方位角，防止出現(xiàn)鉆孔過程相交打傷鋼絞線的情況。

3.7.4 錨索退錨措施

錨索張拉后出現(xiàn)異常情況需要退錨，退錨采用專用退錨器具進(jìn)行。

3.8 錨索封錨

3.8.1 錨頭保護(hù)

(1)待錨索孔口段灌漿完畢后，錨板外留足10cm，其余部分用砂輪切割機(jī)截去；

(2)錨頭按施工圖紙要求用噴護(hù)混凝土封閉保護(hù)，混凝土保護(hù)層的厚度不小于6cm；

(3)由于部分區(qū)域網(wǎng)噴混凝土已施工完成，無法按設(shè)計(jì)藍(lán)圖《預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)圖》(CD164-SG-451-1(5))要求的，由網(wǎng)噴混凝土進(jìn)行封閉，擬加工定型模具采用C20混凝土進(jìn)行外錨頭保護(hù)，混凝土保護(hù)層的厚度不小于6cm。模具為梯形結(jié)構(gòu)，下底30cm，上底15cm，高25cm。

4 結(jié)語

目前廠房開挖支護(hù)項(xiàng)目施工已經(jīng)完成，根據(jù)測力計(jì)監(jiān)測反饋情況，并結(jié)合多點(diǎn)位移計(jì)、錨桿應(yīng)力計(jì)資料分析，猴子巖水電站地下廠房處于穩(wěn)定狀態(tài)，廠房錨索施工質(zhì)量總體情況良好。由此證明，錨索結(jié)構(gòu)合理、施工措施和工藝方法得當(dāng)，可以為類似地下廠房加固治理借鑒參考。

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2095-1809(2015)05-0052-06

閉少剛(1984-)，男，四川眉山市人，長江工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院專科，主任，助理工程師，從事水力水電施工技術(shù)管理工作。