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        北蘇丹羅賽雷斯大壩加高工程超大預(yù)應(yīng)力錨索施工

        2015-04-07 10:06:46
        四川水利 2015年5期
        關(guān)鍵詞:鋼絞線鉆桿張拉

        李 焱

        (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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        北蘇丹羅賽雷斯大壩加高工程超大預(yù)應(yīng)力錨索施工

        李 焱

        (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)

        北蘇丹羅賽雷斯大壩加高工程,采用1000t級超大預(yù)應(yīng)力錨索,支撐弧門、閘門強大的靜水和動水壓力。本文介紹了該超大噸位錨索設(shè)計和全過程施工技術(shù)措施,成功地解決了現(xiàn)場施工難題,高質(zhì)量、高效率地完成了施工任務(wù)。

        1000t級 超大 預(yù)應(yīng)力 孔道鉆設(shè) 孔斜控制 高壓清洗 穿束 張拉壓漿 技術(shù)應(yīng)用

        1 概述

        北蘇丹羅賽雷斯大壩加高工程系水力發(fā)電站和附屬工程,位于青尼爾省羅賽雷斯鎮(zhèn)尼羅河干流的青尼羅河上。原電站大壩于60年代建成,壩高66m,裝機7臺共28萬kW,主要功能是灌溉兼發(fā)電。加高工程是在原大壩基礎(chǔ)上加高10m,壩軸線長度從15km增加到24.6km。

        超大噸位預(yù)應(yīng)力錨索分布在8個混凝土支墩上,共28束,處于溢流壩段腹板延伸梁的新老混凝土內(nèi),用以支撐弧形閘門強大的靜水和動水壓力。錨索由55根1860MPa級高強度低松弛無粘結(jié)鋼鉸線編束而成,設(shè)計鎖定荷載10439kN,永存荷載9581kN。

        設(shè)計要求錨索施加應(yīng)力從固定荷載開始,分5次加荷,每次施加荷載都近似相等,最終達到9581kN(最小斷裂荷載的67%(鎖定荷載))。各級張拉力為:2488kN→4261kN→6035kN→7808kN→9581kN。為了避免夾片收縮、固定和摩擦等造成的應(yīng)力損失,需要對錨束繼續(xù)增加荷載,分2次對錨索施加荷載9581kN→10010kN→10439kN。每次施加荷載都近似相等,第一次施加應(yīng)力后,穩(wěn)定荷載5min,達到10439kN(最小斷裂荷載的73%(標準荷載))時,穩(wěn)定荷載10min,測量最終伸長值,經(jīng)工程師認可后,鎖定錨束,均勻卸荷。

        2 超大噸位預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)

        2.1 主要材料

        工程選用的主要材料如下:

        鋼鉸線:采用1860MPa級高強度低松弛無粘結(jié)鋼鉸線,直徑15.24mm,鋼絞線外面包裹油脂和PE套管,強度為1860MPa,單根鋼絞線最小破斷應(yīng)力為260kN;

        錨具:采用為55根鋼絞線8500kN大噸位錨索定制的專門錨具,錨墊板為900mm×900mm×120mmφ325mm方形錨墊板;

        套管:錨索自由段和錨固段均采用高密度聚乙烯波紋管,波紋管內(nèi)徑10in,外徑11.6in,對錨索自由段的張拉不影響,并能有效地傳遞荷載;

        水泥:錨固段、自由段灌漿,均采用G-HSR級油井水泥;

        灌漿管:采用與對中支架相配套的聚乙烯管,耐壓強度1.5MPa,聚乙烯管接頭焊接,采用DSH-03型塑料焊接機;

        水泥漿液的制作,采用SD120高速膠質(zhì)攪拌機;

        千斤頂和電動油泵:單根鋼鉸線張拉選用YDC240QX-200型千斤頂,張拉油泵采用ZB4-500S型;整體鋼鉸線張拉采用YCW1200A千斤頂,配套ZB10/320-4/800型電動油泵。

        2.2 施工流程

        超大噸位錨索主要施工流程與普通錨索施工相同。

        2.3 錨索施工關(guān)鍵參數(shù)

        本工程錨索孔道孔徑為325mm,上部平臺孔深為25m,角度為5.7°,下部平臺孔深為32m,角度為25.1°。

        錨固段、自由段均使用G級油井水泥,漿液配比1∶0.36,同一個閘墩,先對下層錨索灌漿,再對上層錨索灌漿。灌漿施工時,對錨束的內(nèi)部和外環(huán)進漿管同時進行灌注,灌漿初始壓力為0.2MPa,逐漸加大壓力,結(jié)束灌漿壓力為0.4MPa,內(nèi)部漿面與外環(huán)漿液面的高差不超過3m。

        錨索張拉施工條件:錨固段漿液已達到32MPa的強度,前部墊塊混凝土達到設(shè)計強度,并且都達到了至少14d的齡期。

        3 超大噸位預(yù)應(yīng)力錨索的特殊施工技術(shù)

        3.1 錨索孔道成孔和角度的控制技術(shù)

        錨索孔道原設(shè)計在混凝土內(nèi)預(yù)埋波紋管成孔,后更改為在混凝土內(nèi)鉆設(shè)錨索孔道,錨索鉆孔直徑為325mm,鉆孔孔深分別為25m和32m,孔深施工誤差不大于0.2m;鉆孔方位偏差要求≤1°;鉆孔傾角誤差分別為5.7°±0.8°,25.1°±0.7°;孔底位置中心線與理論值偏差在0.35m以內(nèi)。

        針對錨索施工的高精度要求技術(shù)攻關(guān)小組制定出一套專項技術(shù)方案,重點內(nèi)容如下。

        3.1.1 根據(jù)工作平臺空間和鉆孔設(shè)計要求,選擇穩(wěn)定性好,精度高、以電動機提供動力的、功率足夠的XY-1000型鉆機。鉆機墊在枕木上,并用4根地錨螺栓(φ20mm)將鉆機牢牢地固定于鉆孔平臺。鉆孔進程中經(jīng)常檢查鉆機緊固件的緊固程度及施工平臺排架扣件的穩(wěn)定性,如發(fā)現(xiàn)松弛,隨時進行緊固。

        3.1.2 鉆機就位后開鉆前必須使用水平尺、羅盤及吊線錘校測,并在開鉆前用測量儀器對孔位、方位精準校核,未經(jīng)校核不得進行鉆孔施工;鉆具安裝時要保證鉆具軸線與設(shè)計孔軸線重合,鉆頭中心與孔位點重合。開孔鉆進采用輕壓慢轉(zhuǎn)鉆進,在開孔鉆進與淺孔階段鉆進中,立軸鉆桿不能太長,選擇為4m,以減輕鉆桿撓曲,避免鉆桿伸出鉆機頂部過長,擺動性過大,致使立軸轉(zhuǎn)動不穩(wěn)而產(chǎn)生孔斜。

        3.1.3 采用大口徑金剛石鉆頭鉆進,一徑到底,較小的鉆具間隙,有利于控制鉆孔偏斜。使用符合規(guī)格的加工精度高、剛度好的各種鉆孔器具,并隨時檢查,及時更換有彎曲的鉆具或磨損較嚴重的鉆桿,鉆進中,勤檢查鉆機有無移動,立軸鉆進的方向有無變化,發(fā)現(xiàn)問題及時糾正處理。

        3.1.4 鉆孔較深后,注意調(diào)整鉆進參數(shù),防止鉆具在壓力過大下產(chǎn)生撓度。隨著孔深逐漸加深,將鉆桿按一定間隔均勻裝上鉆桿扶正器,以其四面的弧形滑靴板依托孔壁扶正鉆桿柱,使其轉(zhuǎn)動時不晃動,使鉆具回轉(zhuǎn)平穩(wěn),以降低由于鉆桿撓曲擺動而產(chǎn)生的孔斜。

        3.1.5 每鉆進1個回次后,嚴格檢查鉆頭胎體磨損破壞情況,使用游標卡尺準確量測鉆頭最大外徑及扶正鉆桿最大外徑,如果發(fā)現(xiàn)磨損嚴重或已破壞,則必須更換;并檢查鉆桿、鉆具連接處的磨損及破損情況,不符合要求及時更換。

        3.1.6 每鉆進3m~5m,采用全站儀測量鉆孔方位角和傾角,比較測量成果與設(shè)計數(shù)值,實時掌握鉆進軌跡和分析孔斜變化情況。如果發(fā)現(xiàn)實際數(shù)值超標,則需對施工工藝及機具設(shè)備等進行檢查,采取有效的糾偏措施處理。

        技術(shù)小組研究和發(fā)明了“孔內(nèi)定位測量儀”應(yīng)用技術(shù),成功地解決了鉆孔傾角和方位角測量的難題。

        3.2 鋼絞線高壓蒸汽清洗技術(shù)

        根據(jù)設(shè)計要求,錨固段鋼絞線長度為15m,需要對錨固段的鋼鉸線進行單根清潔,以除去油脂、油或者其它雜質(zhì)。

        清洗鋼絞線,首先人工剝開錨固段的聚乙烯外皮,回開鋼絞線,讓鋼絞線垂懸在施工臺架邊緣,采用高溫高壓清洗機(型號是TWENTY200)清洗;完全清洗干凈后,用棉紗抹干表面積水,再用密封劑和膠帶牢牢纏裹自由段底部鋼絞線和外皮之間的接縫,有效封堵管道末端,阻止油脂溢出以及漿液、水汽進入管道。

        鋼絞線在高壓、蒸汽、清潔劑的同時作用下進行清洗,能夠快速去除油脂、浮銹等雜物,清洗效果顯著,而且高溫水在霧化作用下,不會形成大量廢水,能夠達到環(huán)保要求。

        高溫高壓清洗機的主要性能參數(shù):工作壓力30bar~200bar,出水溫度30℃~140℃,出水量450L/h~900L/h。使用清洗機不僅清洗速度快、效果好,而且還極大地降低了工人的勞動強度。

        3.3 孔道灌漿施工技術(shù)

        由于巖芯鉆機鉆成的孔壁十分光滑,為了加大鋼絞線與混凝土的附著力,根據(jù)需要研制了孔壁刷毛器對孔壁進行刷毛處理??妆谒⒚骼矛F(xiàn)場廢舊巖芯管和鋼絲繩焊接而成,利用鉆機動力將孔壁刷毛器在孔道中反復(fù)旋轉(zhuǎn),充分刷毛孔壁的混凝土面。

        預(yù)應(yīng)力錨索灌漿采用G級油井水泥,水灰比0.36,不摻加外加劑,使用SD120高速膠質(zhì)攪拌機現(xiàn)場制漿,并采用高壓灌漿泵進行錨索灌漿施工。

        同一個閘墩,先對下層錨索灌漿,再對上層錨索灌漿,灌漿施工時對錨束的內(nèi)部和外環(huán)進漿管同時灌注。灌漿初始壓力為0.2MPa,逐漸加大壓力,結(jié)束灌漿壓力為0.4MPa,內(nèi)部漿面與外環(huán)漿液面的高差不超過3m。在灌漿的過程中,隨時測讀波紋管內(nèi)管和外管的進漿量,根據(jù)進漿量的體積與壓水試驗時測記的體積進行比較,配合進漿閥門控制漿液面基本保持同步上升。

        當波紋管內(nèi)部和外環(huán)被漿液充填滿后,漿液分別通過回漿管流出,出口處用回收桶接收,觀察返漿濃度,繼續(xù)灌漿直到置換出所有低濃度的漿液。當返漿濃度與進漿基本一致時,先關(guān)閉回漿閥門,達到設(shè)計灌漿壓力屏漿2min,再關(guān)閉進漿閥門,最后停止灌漿泵,灌漿完成后止?jié){閥保持閉漿時間不少于4h。

        3.4 錨索張拉控制技術(shù)

        預(yù)應(yīng)力錨索的張拉作業(yè)施工程序:機具率定→分級理論值計算→外錨頭混凝土強度檢查→張拉機具安裝→預(yù)緊→分級張拉→鎖定。

        首先采用單根張拉方式預(yù)緊,使用YDC240QX-200型千斤頂,對錨束每一單根鋼絞線施加715kN(最小斷裂荷載5%)的初始荷載。預(yù)緊順序是先張拉錨具中心部位鋼鉸線,然后對稱張拉錨具周邊部位鋼鉸線。

        錨束整體張拉:從固定荷載開始,分5次對錨束施加荷載,每次施加荷載都近似相等,最終達到9581kN(最小斷裂荷載的67%(鎖定荷載)),各級張拉力為:2488kN→4261kN→6035kN→7808kN→9581kN,加荷、卸荷速率應(yīng)平穩(wěn),升荷速率每分鐘不超過設(shè)計預(yù)應(yīng)力值的0.1,每次增加荷載時,穩(wěn)定荷載5min,在每個穩(wěn)定荷載間隔時間內(nèi),測量伸長值。

        為了避免夾片收縮,固定和摩擦等造成的應(yīng)力損失,需要對錨束繼續(xù)增加荷載,分2次對錨索施加荷載9581kN→10010kN→10439kN,每次施加荷載都近似相等。第一次施加應(yīng)力后,穩(wěn)定荷載5min,達到10439kN(最小斷裂荷載的73%(標準荷載))時,穩(wěn)定荷載10min,測量最終伸長值,經(jīng)工程師認可后,鎖定錨束,均勻卸荷,卸荷速率每分鐘不宜超過設(shè)計預(yù)應(yīng)力值的0.2。

        卸荷以后,通過安裝在錨束上的測壓計測量錨束的實際荷載,如果實際荷載≥9295kN(最小斷裂荷載的65%),則千斤頂可以移除,如果實際荷載<9009KN(最小斷裂荷載的63%),則需要使用千斤頂按照上一步驟,重新逐級加載到10439kN,穩(wěn)定荷載10min測量伸長值,鎖定后均勻卸荷,再次測量實際荷載,如果荷載值仍然<9009kN,結(jié)合伸長值分析,由工程師做出評估,決定錨束的處理意見。

        錨束張拉完成48h后,再次測定錨束的荷載,如果衰減的荷載不大于286kN(最小斷裂荷載的2%),則該錨束張拉認定為合格;如果錨索荷載衰減大于286kN,需要使用千斤頂重新加載到9581kN鎖定,并確保荷載不低于9009kN。

        錨束張拉完成4個月內(nèi),監(jiān)測錨束的荷載數(shù)據(jù),監(jiān)測結(jié)果如果在設(shè)計允許范圍之外時,該錨束需進行補償張拉。補償張拉采用YDC240QX-200型千斤頂單根張拉,對錨束每一單根鋼絞線按照預(yù)緊時的順序,分三個循環(huán)逐級施加荷載到174.2kN(9581kN/55根),即:0kN→87.1kN→130.65kN→174.2kN,鎖定后,再次測量壓力計讀數(shù),錨束整體荷載應(yīng)不小于9009kN。

        4 小結(jié)

        4.1 錨索孔道采用地質(zhì)鉆機鉆設(shè)成孔,在施工中研究和發(fā)明了“孔內(nèi)定位測量儀”、“全站儀監(jiān)測”和采用了“孔內(nèi)扶正器”等整套施工技術(shù),有效地解決了錨索孔道鉆進中的大口徑、孔斜和角度控制等難題,確保了孔道高精度、高質(zhì)量成孔。

        4.2 高溫高壓清洗機的成功使用,能夠讓鋼絞線在高壓、蒸汽、清潔劑的同時作用下進行清洗,快速去除油脂、浮銹等雜物,不僅清洗效果顯著、滿足環(huán)境保護的要求,而且還極大地降低了工人的勞動強度。

        4.3 在工程施工中摸索和總結(jié)出了超大噸位預(yù)應(yīng)力錨索的全套施工方法、施工機具、施工程序和施工技術(shù),成功地解決了現(xiàn)場施工難題,高質(zhì)量、高效率、安全地全面完成了施工任務(wù)。

        〔1〕《地下空間》,確定預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化方法.2001,4.

        〔2〕《水文地質(zhì)工程地質(zhì)》,預(yù)應(yīng)力錨索在滑坡治理中的設(shè)計與施工.2004,(14)1.

        〔3〕《西北水電》,復(fù)合型預(yù)應(yīng)力錨索發(fā)展情況簡介.2004,4.

        〔4〕《巖土力學(xué)》,預(yù)應(yīng)力錨索的預(yù)應(yīng)力損失機理研究.2006,27(8).

        〔4〕《建筑施工》,深大基坑中的預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù).2013,8.

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        2095-1809(2015)05-0048-04

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