江西水利樞紐邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝

PAGEPAGE9××水利樞紐廠房邊坡預(yù)應(yīng)力錨索施工1工程概況江西省××水利樞紐工程位于江西省吉安市××縣境內(nèi)，壩址地處贛江中游，是一座以防洪、發(fā)電、航運(yùn)為主，兼顧灌溉、供水等綜合效益的水利樞紐工程。樞紐主要建筑物有砼泄水閘、砼擋水壩、河床式發(fā)電廠房、船閘、左右岸灌溉進(jìn)水口魚道等，屬Ⅰ等工程。泄水閘位于右岸廠房與門庫壩段之間，由18孔（單孔凈寬16.0m）開敞式泄水閘組成，泄流前沿總寬度354.5m，堰頂高程為30.00m。泄水閘地基巖性主要為C1z3石英砂巖和C1z4-1炭質(zhì)絹云千枚巖，該范圍內(nèi)發(fā)育有F5、F6及F2斷層，陡傾角裂隙發(fā)育。閘基下游部分巖體極破碎，巖體風(fēng)化較深，微風(fēng)化帶頂板埋深大。淺表弱上風(fēng)化帶厚度0.4～6.5m，分布多F2斷層上盤，弱下風(fēng)化帶頂板高程一般26～28m，F(xiàn)5、F6等斷層部位巖體擠壓破碎，弱上風(fēng)化帶較深，一般深5.2～6.5m，弱下風(fēng)化帶頂板與廠房相接的18號(hào)泄水閘建基巖體開挖后，巖體陡傾角裂隙因傾倒變形逐漸張開，張開度1～13cm，且變形范圍逐漸擴(kuò)寬，圖1為建基面巖體裂縫示意圖。圖1建基面巖體裂縫示意圖設(shè)計(jì)對(duì)18號(hào)泄水閘臨廠房側(cè)邊坡采用預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行加固。沿廠壩分界線（壩縱0+533.5）共布置有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索61束，其中18#泄水閘段30束，護(hù)坦段31束，分四排布置，錨索分布圖見圖2。預(yù)應(yīng)力錨索設(shè)計(jì)張拉力1100KN，鎖定張拉力1000KN，張拉方式為后張拉。圖2廠房邊坡錨索孔位布置圖2施工準(zhǔn)備主要?jiǎng)趧?dòng)力安排如下表1：表1勞動(dòng)力表工程施工、管理人員錨索制安灌漿管理其它合計(jì)943218設(shè)備投入情況見表2：表2機(jī)械設(shè)備表序號(hào)設(shè)備名稱數(shù)量備注1錨索鉆機(jī)1臺(tái)鉆孔孔徑130mm2高風(fēng)壓鉆機(jī)1臺(tái)鉆孔孔徑140mm3挖掘機(jī)1臺(tái)施工平臺(tái)填渣4運(yùn)輸車1臺(tái)施工輔助平臺(tái)5砂輪切割機(jī)1臺(tái)6高速制漿機(jī)2臺(tái)一臺(tái)備份7高壓油泵2臺(tái)8千斤頂2臺(tái)澆筑面積為40×1.5m的水泥地坪一塊，作為錨索制安的場地。3有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索3.1結(jié)構(gòu)組成圖3預(yù)應(yīng)力錨索結(jié)構(gòu)圖表3單根預(yù)應(yīng)力錨索材料表項(xiàng)目第一層EL20.52第二層EL17.62第三層EL14.43第四層EL11.44備注錨索長度（m）31.530.027.226.5入巖25.0m低松弛鋼絞線（m）（m）34.0×832.5×829.7×829.0×8Ф15.2mm導(dǎo)向帽（個(gè)）11112mm厚鋼板制成架線環(huán)（個(gè)）25252222間距1m布置注漿管（m）32.531.028.227.5Ф20mmPVC管錨具（套）1111HVM15-83.2工作原理本工程所使用的預(yù)應(yīng)力錨索根據(jù)其結(jié)構(gòu)、構(gòu)造為有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索，張拉方式為后張拉。錨索內(nèi)錨固段長8m（后經(jīng)設(shè)計(jì)同意改為12m），內(nèi)錨固段灌漿結(jié)束，水泥結(jié)石體達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，對(duì)錨索進(jìn)行張拉、錨固，從而給邊坡混凝土結(jié)構(gòu)施加預(yù)壓應(yīng)力。當(dāng)錨索張拉完成后對(duì)張拉段進(jìn)行二次灌漿，使鋼絞線與混凝土實(shí)現(xiàn)全段粘結(jié)，形成有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土，通過鋼絞線和混凝土之間產(chǎn)生的摩擦阻力，給邊坡混凝土施加正壓力，從而提高18#泄水閘建基面巖體的抗滑穩(wěn)定性，防止裂隙的進(jìn)一步發(fā)展。4預(yù)應(yīng)力錨索施工工藝為了保證18號(hào)泄水閘閘室、閘墩的穩(wěn)定，18號(hào)泄水閘段邊坡范圍內(nèi)30束錨索必須全部張拉結(jié)束后，方可進(jìn)行泄水閘閘墩的澆筑。由于前期工程工期滯后，又面臨2011年2月28日防洪度汛節(jié)點(diǎn)目標(biāo)，該段錨索施工自2010年1月10日起，要求一月底張拉完畢，工期十分緊張。4.1造孔錨索孔設(shè)計(jì)方位角為0°，傾角12°（俯角）。鉆機(jī)傾角采用水平尺控制，開鉆時(shí)，將鉆桿按照設(shè)計(jì)的傾角和方位角調(diào)整到位，啟動(dòng)鉆機(jī)鉆進(jìn)1-2m后停機(jī)，校核傾角和方位角。鉆孔深度達(dá)到設(shè)計(jì)孔深后，再鉆進(jìn)40cm，可以保證在孔內(nèi)有沉渣的情況下，錨索安裝依然可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的深度。鉆孔結(jié)束后，借助高風(fēng)壓鉆機(jī)往孔內(nèi)通水、通風(fēng)，進(jìn)行清孔作業(yè)，清除孔內(nèi)的巖渣和粉塵，增加錨固效果。由于孔底沉渣難以徹底沖洗干凈，本工程要求鉆孔孔深應(yīng)大于設(shè)計(jì)孔深40cm，以保證錨索的有效長度符合設(shè)計(jì)要求。錨索孔設(shè)計(jì)孔徑為Ф130mm。造孔設(shè)備初期選用錨索鉆，成孔直徑Ф130mm，進(jìn)行高處作業(yè)時(shí)，需搭設(shè)腳手架平臺(tái)，移動(dòng)不便，造孔效率低下。后選用高風(fēng)壓鉆機(jī)作業(yè)，成孔直徑Ф140mm。高風(fēng)壓鉆機(jī)可自行行走，進(jìn)行高處作業(yè)時(shí)，使用高架門機(jī)將鉆機(jī)吊置于運(yùn)輸車上，以運(yùn)輸車作為鉆孔平臺(tái)，方便施工作業(yè)。高風(fēng)壓鉆機(jī)的成孔速度：每孔/2小時(shí)，每天可成孔6個(gè)，成孔效率較錨索鉆大為提高。4.2錨索制作安裝4.2.1錨束的制作安裝在一塊尺寸為40×1.5m的水泥地坪上進(jìn)行，以保護(hù)鋼絞線不受損壞。按照設(shè)計(jì)要求的下料長度，鋼尺丈量，砂輪切割，以間距1m的距離使用架線環(huán)進(jìn)行固定，內(nèi)錨段在兩個(gè)架線環(huán)之間扎鉛絲一道，組裝成的錨索，其錨固段呈棗核狀。本工程錨固段設(shè)計(jì)長度為8m，為了使張拉力符合設(shè)計(jì)要求，同時(shí)又能將工期提前，經(jīng)設(shè)計(jì)同意將錨固段長度更改為12m，錨固段灌漿結(jié)束7天后進(jìn)行張拉，錨固段結(jié)石體可以承受1100KN的張拉設(shè)計(jì)值。錨索錨固段和張拉段的交界處設(shè)置止?jié){環(huán)。止?jié){裝置是有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索的關(guān)鍵組成部分，目前有工程采用氣囊式橡膠止?jié){環(huán)。為了加快施工進(jìn)度，本工程采用自制布袋式充漿止?jié){環(huán)，該止?jié){環(huán)成本低廉，制作工藝簡單，可以在現(xiàn)場加工，大大加快了制索進(jìn)度。4.2.24.2.2本工程中，單束錨索由8根低松弛鋼絞線（公稱直徑Ф15.2mm）、導(dǎo)向帽、隔離架、一次注漿管、二次注漿管、回漿管組成。止?jié){部分長度70cm，錨固段長度12m。錨索孔孔徑140mm，止?jié){環(huán)直徑應(yīng)大于140mm，可保證充漿后膨脹密實(shí)。在錨索上量出12m的位置，向自由段量出70cm，為止?jié){環(huán)的起止點(diǎn)。所有鋼絞線、一次注漿管、回漿管在止?jié){環(huán)起止點(diǎn)分別包裹10cm寬土工布，纏繞厚度為2-3層，細(xì)鉛絲扎緊。止?jié){環(huán)所用土工布寬度為120cm，兩端各折回10cm，剩余中間長度為100cm，于止?jié){環(huán)起止點(diǎn)對(duì)齊將錨索整體纏繞4-5層形成圓筒狀結(jié)構(gòu)，兩端用鉛絲各扎兩道，綁扎牢固，形成直徑為170mm左右的蓬松囊狀空腔，有足夠的膨脹空間。止?jié){環(huán)結(jié)構(gòu)如下圖圖4止?jié){環(huán)結(jié)構(gòu)圖4.2.2灌漿時(shí)，漿液在壓力的作用下，首先從止?jié){環(huán)處流出且在止?jié){環(huán)兩端處受阻，無法流出布袋。水泥漿充滿布袋后，布袋密實(shí)度增大，袋內(nèi)壓力增大，在止?jié){環(huán)處形成一個(gè)與孔壁緊密接觸的密實(shí)體，隔斷了內(nèi)錨固段和張拉段，從而起到止?jié){的作用。其余水泥漿在壓力的作用下，注入錨固段，直至完成錨固段注漿。4.2.3錨索安裝采用人工方法安裝。安裝前，須對(duì)錨索孔重新進(jìn)行檢查，保證孔深與錨索長度一致；檢查附件、灌漿管及回漿管是否完好、通暢。安裝時(shí)，保證錨索與鉆孔順直，應(yīng)一次將錨索安裝到位，盡量避免反復(fù)的推拉，以防止止?jié){環(huán)的損壞。安裝完畢后，檢查其是否下到孔底設(shè)計(jì)位置。否則應(yīng)拔出，清孔，重新安放。4.3注漿錨固段注漿，漿液材料原設(shè)計(jì)為P.O.42.5 水泥凈漿，后改為P.O.52.5 水泥凈漿并摻加早強(qiáng)劑，7天便可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的85%，具備張拉條件。注漿設(shè)備采用高速制漿機(jī)，漿液隨伴隨用，制漿速度可滿足注漿需要。一次灌漿采用反向壓漿，即一次灌漿管在接近孔底的部位開口，漿液由孔底向孔口方向反向壓漿。反向壓漿有明顯的優(yōu)點(diǎn)，能保證水泥漿完全充滿錨索孔，在地下水發(fā)育無法排干孔內(nèi)地下水時(shí)，反向壓漿可以把孔內(nèi)地下水趕出孔外，保證灌漿質(zhì)量。使用土工布制作的止?jié){環(huán)，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、便于現(xiàn)場制作等優(yōu)點(diǎn)。然而在初期使用過程中，一次灌漿成功率僅為50%左右，結(jié)合本工程實(shí)際，分析如下：（1）本工程一次灌漿采用水泥凈漿注漿，水灰比為0.4:1，漿液濃度較大，注漿所需的壓力較大，對(duì)注漿設(shè)備、注漿管都有較高的要求。初期使用的普通注漿管常因壓力過大發(fā)生爆裂，在修復(fù)設(shè)備的過程中，一次注漿管、回漿管因水泥漿凝固而堵塞，致使一次注漿失敗，錨索需拉出重做。后選用高壓注漿管，管道接口搭接牢固，爆管現(xiàn)象基本消失，保證了注漿的連續(xù)性，發(fā)生堵管的現(xiàn)象大大減少。另外，一次注漿管管徑Ф20mm、回漿管管徑Ф16mm，管徑過小，也會(huì)導(dǎo)致管道經(jīng)常堵塞。水泥在攪拌之前，通過雙層（2）在下錨索的過程中，土工布可能會(huì)因?yàn)榭妆诘哪Σ炼l(fā)生損壞，造成止?jié){環(huán)破損，失去止?jié){作用。止?jié){環(huán)損壞時(shí)灌漿的表現(xiàn)為：孔口流水孔口冒漿，整個(gè)過程注漿壓力維持在較低值（為0.5MPa左右）。（3）在下錨索的過程中，土工布并未損壞。一次灌漿后期，錨固段壓力飆升（由正常的0.6MPa增加到1.5MPa），由于回漿管管徑過小，水泥漿液濃度過高，回漿困難。止?jié){環(huán)內(nèi)持續(xù)的高壓會(huì)使土工布脹破，導(dǎo)致灌漿失敗。灌漿時(shí)的表現(xiàn)為：灌漿初期，孔口流清水孔口流水迅速消失，止?jié){環(huán)充滿水泥漿回漿管出水，進(jìn)而出稀漿灌漿壓力不斷增大，高于正常值，回漿管不出水、不出漿（回漿管堵塞）灌漿后期，孔口再次流水，進(jìn)而冒漿。經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)止?jié){環(huán)的施工質(zhì)量成為錨索一次灌漿成功與否的關(guān)鍵。4.3.1為了增加止?jié){環(huán)的韌性，選用帆布作為止?jié){環(huán)的材料，經(jīng)裁剪縫合后制成長度為100cm的褲筒狀結(jié)構(gòu)，套在土工布止?jié){環(huán)上，兩端用鉛絲各扎兩道，綁扎牢固。改進(jìn)后的止?jié){環(huán)韌性大大提高，在后續(xù)錨索的施工過程中，未發(fā)生破損情況，止?jié){效果、耐壓性明顯提高，結(jié)合其他改進(jìn)措施，錨索一次灌漿成功率接近100%，施工效率成倍提高。4.4張拉張拉反力裝置為鋼結(jié)構(gòu)錨墩，鋼結(jié)構(gòu)錨墩提前制作備用。在錨固段注漿結(jié)束7天之后，便可進(jìn)行張拉。設(shè)計(jì)張拉力1100KN，鎖定張拉力1000KN。鋼結(jié)構(gòu)錨墩如下圖5：圖5錨墩結(jié)構(gòu)圖張拉前，安裝外錨頭、千斤頂及工具錨頭。組裝完畢后即可張拉。張拉采用兩臺(tái)千斤頂對(duì)角同時(shí)張拉的形式。按設(shè)計(jì)要求分5級(jí)張拉。每加一級(jí)荷載，穩(wěn)定5~8min，卸荷至前級(jí)荷載，再次加荷，直至加到設(shè)計(jì)荷載1100KN，持荷20min，再卸荷至設(shè)計(jì)的預(yù)應(yīng)力值1000KN鎖定，至此整個(gè)張拉過程完畢。張拉時(shí)采用以張拉力控制為主、伸長值校核的控制方法。加載及卸載應(yīng)緩慢平穩(wěn)，使索體充分調(diào)整應(yīng)力，使之受力均勻。每一級(jí)加載后測量其伸長值，與同級(jí)荷載下的理論伸長值進(jìn)行比較，以判斷張拉是否正常。張拉理論伸長量對(duì)照表如下表4：表4張拉理論伸長量對(duì)照表P△LL25050075010001100第一層有效長度18.515.8831.7547.6363.5069.85第二層有效長度17m14.5929.1843.7658.3564.19第三層有效長度14.2m12.1924.3736.5648.7453.62第四層有效長度13.5m11.5823.1734.7546.3450.97備注：△L=PL/EA

L：鋼絞線有效長度，mm

P：張拉力，N

E:鋼絞線彈性模量，MPa，195

A：鋼絞線有效面積，mm2，單根為186.75mm2

△L：伸長量，mm4.5封孔灌漿有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力錨索封孔灌漿的目的，一是對(duì)錨索體進(jìn)行永久防護(hù)；二是將施加的預(yù)應(yīng)力傳遞至被錨固介質(zhì)。封孔灌漿采用的是P.O.42.5 水泥凈漿，水灰比為0.4:1。為了最大限度的保證自由段膠結(jié)體的密實(shí)度，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性考慮，我們采用了先注稀漿，置換孔內(nèi)積水，再注濃漿，加大灌漿壓力的施工方法，保證了施工質(zhì)量，又避免了不必要的浪費(fèi)。4.6有關(guān)問題處理（1）個(gè)別錨索一次注漿返水情況異常，孔口冒漿時(shí)間早，冒漿持續(xù)時(shí)間長，且為稀漿。回漿管返漿比重長時(shí)間達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)，個(gè)別錨索一次注漿管開口過高，在孔內(nèi)有水的情況下，一次注漿管底端阻力較大，漿液先從錨固段中部流出，與孔內(nèi)水混合后從回漿管流出，造成錨固段水泥漿濃度長時(shí)間達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，水泥漿浪費(fèi)嚴(yán)重。后統(tǒng)一在錨索錨固段端頭往上3m范圍內(nèi)（本工程錨固段長度為12m，即錨固段四分之一范圍內(nèi)）開孔，水泥漿與孔內(nèi)水混合過多的現(xiàn)象基本消失。（2）由于架線環(huán)內(nèi)部空間有限，二次灌漿管布置在架線環(huán)外側(cè)，一次注漿管和回漿管布置在架線環(huán)內(nèi)部。二次灌漿時(shí)，發(fā)生二次注漿管堵