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    【溪洛渡水电站右岸泄洪洞预应力锚杆施工（邓良超）】锚杆预应力怎么张拉

    时间：2020-02-22 07:41:59来源：百花范文网本文已影响人
      摘要: 预应力锚杆施工技术要求高，工序衔接要求紧密，施工过程中对工作面的要求也比较高，溪洛渡水电站右岸泄洪洞中闸室工作面狭小，施工难度较大。为了保证施工质量，确保工程进度，施工前进行了生产性试验，比选了合理的施工方法，确定适当的施工参数。在施工过程中，对机械平台、各种设备、材料和相关的参数等做了一些调整，进一步优化了预应力锚杆的施工。

    关 键 词: 泄洪洞;预应力锚杆;施工技术;溪洛渡水电站

    中图分类号: TV554+ .12 文献标识码: A

    1 工程概述

    溪洛渡水电站右岸泄洪洞中闸室顶拱部位系统锚杆支护设计采用了砂浆锚杆、预应力锚杆交错布置，间排距为1.0m×1.0m，预应力锚杆长度为9.0m，锚杆直径为φ32。

    为保证施工质量，提高生产效率，在预应力锚杆施工前进行了生产性试验，确定了预应力锚杆套件规格、锚固剂用量及张拉时间段等施工参数。锚固剂选用8604-K3型，每米用量为31支，本工程设计内锚段长度为3m，因此确定锚固剂耗用量为93支。张拉试验测试结果显示，控制锚固剂注装完成后4～8h进行张拉，以6h为宜。预应力锚杆杆体及套件组结构参数见表1和图1。

    图1 预应力锚杆结构示意（略）

    2 施工方法的选择

    本工程采用大型液压凿岩台车造孔，利用吊车液压升降平台作为锚杆安装、张拉等作业施工平台，在生产性试验过程中对先插杆后注浆及先注浆后插杆两种施工方法进行了比较。前者杆体结构复杂，制作成本高，施工难度相对较小，工序较为繁琐;后者杆体结构简单，制作方便快捷，要求工序衔接紧密，但工序相对简单。经比较，决定采用先注浆后插杆的施工方法进行施工。

    3 施工过程简述

    3.1 施工程序

    锚杆孔位放样→钻孔→清洗→锚杆孔验收→锚杆加工制作→速凝锚固剂注装→安插锚杆→安装垫板、垫圈和螺帽→锚杆张拉→水泥砂浆灌注封孔→锚杆验收评定。在速凝锚固剂强度（含封孔和孔口找平）达到20MPa后调整垫板、垫圈，张拉锁定锚杆。

    3.2 施工方法

    3.2.1 施工准备

    （1）材料。本工程所采用的预应力锚杆为性能符合国家质量标准要求的Ⅱ级20MnSi螺纹钢筋，直径为φ32。锚杆、垫板、垫圈加工在锚杆加工厂按照设计要求制作成型，然后用汽车运至施工现场。锚杆在运输过程中需用橡胶套对丝牙进行保护，避免丝牙碰撞受损。锚杆杆体采用无锈、顺直的整根钢筋加工，不得采用焊接。杆体端部的丝牙按设计要求加工成M30mm，丝牙长度为15cm，加工好的杆体按规范要求进行检查验收，验收合格的杆体，螺（母）帽从专业厂家购买并经检验后用于本工程，螺母必须与杆体丝牙配套。

    胶凝材料选用8604-K3型锚固剂药卷和缓凝水泥砂浆。缓凝减水剂采用JM-PCA型缓凝减水剂。主要技术指标见表2。

    （2）设备。预应力锚杆施工设备见表3。

    为了便于施工，通过现场实践，需要对吊机进行改装。主要是增加1个2m×1.5m的操作平台，为了保证安全，平台护栏高度应在1.2m以上。另外还需增加1个滑轮组及若干绳索，便于顶拱部位不利于吊车操作时，利用人工使用定滑轮辅助加力。

    （3）基面处理。预应力锚杆造孔前，对地质条件较差的洞段采用人工配合挖掘机对松动岩石进行清撬处理，再喷3～5cm厚混凝土。地质条件较好的洞段，根据现场情况也可先进行预应力锚杆施工，再喷混凝土。

    （4）施工风、水、电、照明和道路。施工用水、电、道路布置已在相应开挖支护施工中完成，锚杆施工前需对管路进行检查，从就近的供水、供电系统接用。内锚段注浆用风采用5m3/min专用移动式电动空压机供风。

    3.2.2 测量放线

    测量人员根据设计图纸及锚杆展示图进行放线。

    （1）放出支护区域的起止桩号和基准高程，要求每间隔15m标记1个桩号，根据需要，部分洞段桩号可适当加密。

    （2）按图示支护参数进行锚杆孔位放样，并用不同颜色的油漆（或相同颜色的油漆采用不同的标记符号）进行标记，以区别不同类型的锚杆孔位。

    3.2.3 造孔

    （1）锚杆钻孔采用BOOMER-353E三臂凿岩台车钻孔。由于预应力锚杆采用“先注浆后安装锚杆”的程序施工，锚杆孔径应大于锚杆直径20mm以上，本工程预应力锚杆直径为φ32，锚杆孔孔径须大于52mm，施工选用φ64球齿合金钻头，钻孔直径为φ64。钻孔角度根据洞室的结构形式和锚杆所处的部位，一般情况下垂直岩面或略向上仰，顶拱部位的锚杆孔造孔时一定要控制径向方向与岩面垂直，竖直方向根据锚杆展示图上标注的角度，采用地质罗盘或量角器进行控制。

    （2）造孔时钻头要对准岩壁上锚杆孔孔位标识下钻，最大偏差不得大于10cm，开孔应用小功率缓慢钻进，钻进约50cm后，校正钻孔方向，全功率钻进。钻孔深度可根据钻杆长度的标识控制;当孔深与钻杆的长度成几何倍数时，由钻杆的根数控制孔深，当不成几何倍数时，则在钻杆上标好长度记号以控制钻孔深度，要求锚杆孔深度必须达到施工图纸的规定，孔深偏差值不大于5cm。

    3.2.4 洗孔

    利用BOOMER-353E三臂凿岩台车钻孔，可一边钻孔一边洗孔。钻孔结束后，要检查孔深，并用高压水将孔内岩粉和积水清除干净。

    3.2.5 注装8604-K3型锚固剂药卷

    预应力锚杆内锚段注浆采用专门注装锚固剂药卷的MQ-25风枪及5m3/min移动式电动空压机进行，注装8604-K3型锚固剂药卷前，锚杆施工人员先用作好标记的注浆管试探钻孔的深度，根据试验确定的内锚段长度（3m）和钻孔孔径（φ64），采用体积法计算并结合现场试验得出8604-K3型锚固剂药卷用量，9m预应力锚杆3m内锚段约需锚固剂药卷93支，现场施工时，根据注浆管路的长度，先进行注浆管路的损耗量注入，直到注浆管管口有锚固剂药卷送出，再将注浆管插入孔内，注入设计锚固剂药卷用量。8604-K3型锚固剂药卷入孔前应根据所选用的锚固剂药卷出厂使用说明书用清水浸泡（50～70s），然后将锚固剂药卷装入专用的锚固剂药卷风枪，调整风压为0.4～0.6MPa，然后将风枪注浆管送至孔内，距孔底约50cm左右，抠动扳机，将锚固剂药卷均匀注入孔内，在注装锚固剂药卷时，风枪注浆管按锚固剂药卷注入均匀退出。每注装1支锚固剂药卷，注浆管需退出5～6cm。

    3.2.6 注装缓凝砂浆

    在注装8604-K3型锚固剂药卷前，先按试验室开具的配合比，进行缓凝砂浆的拌制，水泥、砂、JM-PCA型缓凝减水剂需严格称量。由于现场所用的注浆砂可能含水量大小不一样，现场所用的砂浆以稠度控制较为合适，垂直及倾斜孔砂浆稠度控制在4～6cm，水平孔砂浆稠度控制在6.0～8.0cm。8604-K3型锚固剂药卷注装完成后，立即进行缓凝水泥砂浆的注装，注浆时将注浆管插至距已注入的锚固剂端50～100mm。注浆过程中，注浆管应缓慢均匀拔出，速度控制在5～6cm/s。

    3.2.7 安插锚杆

    预应力锚杆均采用“先注浆后安插锚杆”的程序施工，因此注浆结束后，立即安插锚杆，预应力锚杆必须在8604-K3型锚固剂药卷初凝前安装到位。锚杆安装采用人工配合反铲操作平台安装，由于添加JM-PCA型缓凝减水剂后的缓凝砂浆，粘结力明显大于普通砂浆粘结力，所以人工安插锚杆较为困难，必须采用吊机平台才能将杆体推至孔底。吊机操作手必须服从锚杆安装人员的指挥，缓慢推进杆体并不断调整锚杆角度，将锚杆安装到位。

    3.2.8 安装垫板、垫圈（球形垫）和螺帽

    预应力锚杆安装到位后，即可安装锚杆垫板、垫圈和螺帽，并调整垫板位置使之与锚杆轴线垂直。采用适量8604-K3型锚固剂药卷垫平。

    3.2.9 张拉锁定

    预应力锚杆的张拉锁定应在缓凝砂浆初凝前，8604-K3型锚固剂药卷终凝强度（含垫板后找平锚固剂药卷）超过20MPa后进行张拉。根据试验确定的参数，缓凝砂浆初凝为11h以后，8604-K3型锚固剂药卷终凝为69min，4h抗压强度超过20MPa。所以预应力锚杆在注浆结束后4～8h应进行张拉，张拉采用扭力扳手加载。为此，现场管理人员必须对每根锚杆开始注浆时间进行记录，确保在上述时间内进行张拉。扭力扳手采用厂家生产配套工具。张拉前，应取20%设计张拉荷载，对其预张拉1～2次，使其各部位接触紧密。正式张拉时，应张拉至设计荷载的105%～110%，即132kN。再按规定值进行锁定。

    4 施工过程中需要注意的几个要素

    先注浆后插杆的施工方法简便快捷，工作效率较高，但对工序衔接要求比较高，如果出现一道工序不在规定时间内完成，可能导致整根锚杆质量不合格或无法继续施工。预锚施工过程中需要注意的问题主要有以下几项:

    （1）锚固剂浸水时间要严格控制。浸水时间过长，导致锚固剂过稀，粘滞力降低，注入后会沿孔壁下流，浸水时间过短，锚固剂可能没有浸透，起不到锚固作用，同时难以插杆。

    （2）注装管路要摆放平直，接头要均匀。预应力锚杆施工需要的注装管路多而长，尤其是先注浆后插杆的施工方法，注入的是水泥砂浆，稠度大，所以需要的注浆压力也比较大，管路摆放平直，可以避免堵管。接头处处理不均匀，应力集中，极易致使注浆管爆裂。

    （3）注装完成后，要将注浆管及锚固剂输送管路清洗干净，认真检查，不得残留砂浆及锚固剂。

    （4）锚固剂注入后，应尽快完成砂浆灌注，确保杆体安插在20min以内完成。预应力锚杆内锚段选用的是速凝锚固剂，初凝时间在30min左右，锚固剂浸水后20min便开始硬化，如果20min以内未安插完成，插杆会比较困难。

    （5）吊机应选取熟练、细心的操作手。因为在安插杆体过程中有3人在操作平台内，而且与岩面距离比较小，吊机操作不当可能伤及施工人员，导致安全事故发生。

    5 质量控制措施

    预应力锚杆施工工序复杂，技术要求严格，为确保施工质量，应严格按照程序施工，每道工序完成经检查验收后方可进入下道工序施工。除了严把程序检查验收关，还要对如下几个质量要点进行控制:

    （1）对锚杆精轧螺纹钢、锚固剂药卷、水泥等重要材料，要求相关资料齐全，并进行抽检，以确保材质优良。张拉前首先对扭力扳手进行率定，率定合格后再用于张拉施工。施工中扭力扳手极易损坏，要求张拉50根率定1次，确保张拉精度。

    （2）造孔是质量控制的关键环节之一，孔位必须经测量并标识。液压凿岩台车要选用经验丰富，责任心强的操作手，开钻前要认真调整好钻臂方向，确保孔向垂直岩面，钻杆匀速钻进，并不断加水冲洗岩粉。钻孔准确度高，不但确保了锚固效果，且便于插杆及承压垫板安装及张拉。

    （3）内锚段灌浆是否密实，是确保张拉成功的关键环节，锚固剂每打入1卷锚固剂，输送管向孔外拉出5cm左右，要确保注入锚固剂药卷数量，填满3m锚固段。

    （4）张拉是预应力锚杆施工重要的环节，应按技术要求进行分级张拉，全过程严格监控，并做好详实细致的原始记录。

    6 结语

    溪洛渡水电站右岸泄洪洞预应力锚杆施工，在施工手段、设计优化、施工组织等方面均有一定程度突破。主要有以下几点:①采用多臂液压凿岩台车造9m深孔，全面提高了造孔精度及速度，使造孔环节实现了机械化快速施工，极大提高了施工效率;②采用先注浆后插杆的施工方法，施工过程简捷快速，加快了锚杆安插速度;③减少了材料消耗。相对先插杆后注浆，本方法不需要回浆管及注浆管，对锚杆孔直径要求也比较小。当然，在施工过程中也遇到了诸如管路易堵塞、易爆裂及锚杆丝牙易损坏等问题，需要在以后的施工过程进一步研究解决，以便更高效快捷地组织施工生产。

    作者简介: 邓良超，男，武警水电第六支队，助理工程师。

         

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