預應力錨索施工質量控制及監測結果淺析

謝長福 李 斌 李云松

(中國水電基礎局有限公司 天津 301700)

1 前言

湖北清江水布埡水利樞紐工程是一座以灌溉和供水為主，兼有發電、防洪、環境保護、旅游等綜合效益的水利工程。水布埡電站由于大壩較高，且溢洪道出口臨近大壩下游，因此，在河床兩岸地基中設有鋼筋混凝土防淘墻。防淘墻用預應力錨索錨固于兩岸山體，在高程178m、186m、196m上各設置一排預應力錨索，隨著防淘墻下游端高度的降低，預應力錨索的排數相應減少。本工程采用的預應力錨索有內錨式和對穿式兩種形式，本文只介紹內錨式預應力錨索的施工情況。

內錨式預應力錨索在防淘墻內預留的錨索廊道內施工，共139根，其中上傾38根，傾角8°，下傾101根，傾角5～11°(如圖1所示)，錨索的長度為45～53m，其中錨固段長度為10m，自由段無粘結，單束設計張拉力2000kN。

圖1 內錨式預應力錨索施工布置圖

2 錨索的類型和結構

本工程內錨式預應力錨索，為多重保護無粘結預應力錨索，單根錨索結構見圖2。

圖2 內錨式無粘結錨索結構圖

錨索主體由14根直徑15.2mm的鋼絞線和波紋管、隔離架、對中支架、導向頭等附件組成。高強低松弛無粘結型鋼絞線采用PE塑料套和涂油雙重保護，標準抗拉強度為1860MPa。錨索外套有波紋管，波紋管內外均灌入水泥砂漿充填，外端用環氧砂漿進行封堵;波紋管和水泥漿均有保護鋼絞線作用。隔離架位于波紋管內，成對設置，中心距離錨固段為1.0m，自由段為2.0m，起隔離、支撐各根鋼絞線和灌漿管、排氣管的作用。對中支架裝于波紋管內外，位置、間距與成對的隔離架相同，用于在鉆孔中錨索對中，使錨索四周間隙基本一致，錨索孔直徑為錨固段165mm，自由段185mm。

3 錨索施工

施工程序:測量定位→鉆孔→洗孔注水檢查→固結灌漿→掃孔→穿索→澆筑錨墩→錨固灌漿→張拉鎖定→回填廊道。

3.1 造孔

造孔錨索孔采用潛孔鉆機風動沖擊回轉鉆進工藝造孔。根據控制點坐標用鋼卷尺確定開孔位置;用地質羅盤儀和傾角儀分別校正方位角和傾角。開孔位置偏差不得大于10cm，孔斜誤差不得大于孔深的2%，不允許欠深，超深不得大于20cm。鉆孔完畢后，用水和風輪換沖洗鉆機，直至出水或回水澄清5min后結束。所有鉆孔沖洗結束后均對全孔進行注水檢查，然后進行固漿灌結。

3.2 固結灌漿

錨固段的圍巖固結灌漿采用孔內卡塞、全孔一次純壓式灌漿法，灌漿壓力為0.3MPa，其他要求執行《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》(DL/T 5148—2001)的規定。固結灌漿結束并待凝一段時間后，對錨索孔進行掃孔處理。安裝錨索前，將鉆孔孔口堵塞保護。

3.3 編索錨索

采用1860MPa、15.2mm高強度低松弛無粘結鋼絞線編制。鋼絞線用型材切割機下料，并徹底清洗。沿錨索長度方向安設隔離支架組件，用隔離支架固定鋼絞線和注漿管的斷面位置;隔離支架2塊一組，間距內錨段1m，自由段2m，兩對隔離支架間綁扎一道過火鐵絲(如圖3所示);綁扎前調直各鋼絞線，使之保持平行。然后在束體外面套上波紋管，最后在各對隔離支架間處裝上對中支架，并綁扎牢固。

圖3 錨索體編制示意圖

3.4 穿索

穿索錨索采用人工輔以機械方法安放，安放前先檢查錨索的制作質量和完好情況，并用高壓風清理鉆孔內雜物。穿索時應注意彎曲半徑，防止損壞波紋管。

3.5 錨孔注漿

錨索安裝到位后進行全孔一次性澆筑純水泥漿。水泥漿水灰比為0.35∶1～0.4∶1，漿液中摻入一定數量的減水早強劑，其摻量為水泥質量的3% ～6%。注漿壓力為0.5MPa。設置2根φ20mm PVC管作為進、出漿管。灌漿采用有壓循環灌漿法，在排氣管上安裝壓力表;開始灌漿時敞開排氣管排出孔內空氣、水和稀漿，回漿變濃時逐步關小排氣閥控制灌漿壓力。當吸漿率小于0.4L/min時，灌注30min后再灌漿30min結束。

3.6 承壓墊墩制作

外錨頭承壓墊墩采用C35混凝土制作，施工前要求將基巖面上的松散巖層、巖面清洗干凈。澆筑混凝土前按設計要求安置螺旋鋼筋、導向套管、錨墊板、混凝土墊墩鋼筋籠，并使其中心線重合。混凝土澆筑時要注意將錨墩下部搗實，防止出現蜂窩麻面。

3.7 張拉

當錨固段水泥結石強度達到35MPa，承壓墊座混凝土強度達到80%以上時，方可進行張拉施工。根據錨固荷載，采用千斤頂配合高壓電動油泵張拉。張拉采用單根預緊再分級整體張拉的施工工藝。單根鋼絞線預緊拉力為30kN，錨索整體超張拉至2250kN后回放至2000kN鎖定。整體張拉時按以下拉力分級進行:逐根預緊30kN—1000kN—1500kN—2000kN—2250kN。錨鎖定后，采用C35混凝土對外錨頭進行封錨保護。

4 施工過程質量控制

依據有關預應力錨索施工的國家規范及行業標準及設計圖紙、有關設計技術要求、施工合同文件、監理批復意見等進行質量控制。

4.1 造孔

造孔質量控制的目標是孔位、孔深、孔徑和孔斜符合設計及規范要求，并防止發生各種孔內事故，控制重點是鉆孔的方向和傾斜角度。控制造孔質量的主要措施如下:

a.確保鉆機穩定性，提高開孔精度。搭建牢固的鉆機平臺，用地錨螺栓穩固鉆機，使鉆機與平臺牢固結合，并能在整個鉆進過程中保持不移位。鉆進開始時(孔深10m以內)，要適當控制給進壓力和回轉速度，放慢進尺，確保鉆孔各項參數精確度(位置、傾角、方位)務必達到100%。

b.選擇合適的鉆孔方法，配備性能優良的鉆機。采用潛孔鉆機風動沖擊回轉鉆進工藝造孔，具有功效高、故障少、成孔質量好、處理事故能力強等優點。

c.組配專用鉆具，優化鉆進參數。采用較長的粗徑鉆具和110mm粗徑鉆桿，在鉆桿上每隔6m加裝一個扶正器，以增加鉆具的剛度和導向性能。鉆進過程中要依據孔內地層情況，選擇適宜的鉆進參數，盡量采用較小的鉆壓。

d.加強檢測，及時糾偏。每鉆進5～10m測量一次孔斜，發現問題采用合理的方法及時處理。特殊情況(如遇斷層、破碎帶等)還要加密測量。

e.要穿過斷裂破碎帶和軟弱巖層時，采用跟管鉆進方法。遇塌孔、掉鉆等故障時，先對鉆孔進行灌漿處理，而后繼續鉆進。

4.2 錨索制作

錨索制作質量控制的目標是錨索的結構和尺寸滿足設計要求，誤差在規范許可的范圍之內。施工中應重點控制下料長度、束體上各種元件(隔離架、對中支架、封堵器等)的安放位置、預應力鋼絞線的潔凈情況和束體中的平順情況、綁扎牢固狀況。控制錨索制作質量的主要措施如下:

a.鋼絞線、張拉設備及錨具等均應有出廠合格證，鋼絞線進場后應首先抽樣進行力學性能檢驗。

b.對鋼絞線不采用熱切割，不對其焊接;每根鋼絞線下料長度按以下公式確定:L=錨索孔深+錨墊板厚+錨墩厚+工具錨厚+工作錨厚+千斤頂長度+20cm，誤差控制在1cm以內。

c.清除鋼絞線上油脂時，用專用工具將鋼絞線松開后，先用汽油逐根清洗，再用棉紗擦凈。

d.在平整的加工平臺上進行編束，編束場地有防雨、防潮、防污染措施。

e.編束完成后對束體的結構和尺寸逐段進行檢查并作記錄，發現問題及時處理。

f.束體隨加工隨用。已制備好的束體盡早使用，避免長期存放。

g.錨索編制完成后要編號，分類存放在專用場地并加以保護。

4.3 穿索

束體編制完成均需經過質檢、監理人員共同驗證無誤后方能進行穿索工作，核對內容主要包括:鋼絞線的規格、數量、束體長度、各元件綁扎位置、牢固程度、束體防護狀況、各種管路通暢完好情況等。

穿索前須掃孔并將孔壁清洗干凈，運輸時錨索卷曲半徑以不改變錨索的編束結構為限。

穿索質量控制的目標是下設到位和防止損壞。錨索入孔時速度應均勻，不得過多地來回抽動錨索體，防止損壞錨索體和使錨索體整體扭轉。錨索曲率半徑不得小于3m(大于5m為宜)，以免損壞波紋管。穿索中不得損壞錨索結構，否則應予更換。錨索安裝好后，及時對外露索體進行保護。

4.4 承壓墊墩制作

承壓墊墩制作質量控制的目標是外錨頭的幾何尺寸、結構和強度滿足設計要求，從而使錨索注漿、張拉等后續工作能夠順利進行，并為錨索的鎖定和正常運行創造條件。承壓墊墩制作質量的控制點主要有:接觸面清理質量;承壓鋼墊板、孔口管、螺旋鋼筋等組件的加工質量;承壓鋼墊板與鋼筋的焊接質量，承壓板與錨孔軸線的垂直精度:偏差應不得大于0.5°;導向套管與錨孔的同心度:偏差不得大于1mm;混凝土的配合比:配料誤差不得大于2%;立模質量:鋼模板要求根據錨墩幾何尺寸專門定做，安裝尺寸誤差不得大于±10mm;混凝土的澆筑質量:防止因漏振出現蜂窩麻面。

4.5 錨孔注漿

錨孔注漿應一次連續完成，水泥漿性能應滿足設計要求，結石強度應不低于35MPa，其主要質量控制點為:水泥漿的原材料和配合比;注漿、排氣管路及密封裝置安裝質量;制漿設備及方法;注漿設備及方法;漿液密度;注漿壓力。

4.6 錨索張拉

錨索張拉質量的控制目標是張拉荷載及鎖定荷載滿足設計要求;主要質量控制點有:張拉機具的制造、安裝質量;預緊拉力:誤差不超過1%;加載速率每分鐘不超過0.1倍設計張拉力，卸載速率每分鐘不超過0.2倍設計張拉力;錨索的實際伸長值應在理論伸長值的110%～95%之間;張拉中夾片錯牙不應大于2mm;鎖定后夾片回縮量不大于5mm。

4.7 外錨頭防護

外錨頭防護的質控目標是外露錨具和錨索端頭的封閉保護符合設計要求，有效防止腐蝕性物質與錨索組件接觸，創造錨索長期、安全、正常運行的環境條件。質量控制要點主要有:外錨具、外露鋼絞線及鋼墊板表面水泥漿及銹蝕的清理質量;外漏鋼絞線及錨具涂刷環氧樹脂質量;一、二期混凝土結合面鑿毛質量;二期混凝土澆筑質量。

5 質量檢查及運行監測

錨索施工過程中對內錨段水泥漿、錨墩混凝土和錨索張拉進行了抽樣檢驗，抽樣數量為錨束根數的5%。預應力錨索施工完畢后，監理工程師組織業主、質量監督站、設計和施工單位進行了聯合驗收檢驗，檢測結果表明錨索施工質量滿足《水工預應力錨固施工規范》和預設要求。

預應力錨索運行檢測主要是通過錨索測力計來實現的。通過大量的觀測結果表明:預應力最大損失率為10.1%，在15%以內，滿足要求;預應力衰減率為3.9%，相應損失荷載為80kN，錨索錨固力下降微弱，漸趨穩定。錨固力沒有出現波動及聚變現象，說明該處山體是穩定的。

目前，防淘墻內多點位移計、鋼筋計和錨索測力計的檢測成果，以及地表巡視均未發現異常情況，可以認為預應力錨固支護等措施，使防淘墻變形得到了有效控制，防淘墻和馬崖高邊坡山體在整體上是穩定的。

6 結語

水布埡水利樞紐工程面板堆石壩壩高233m，溢洪道出口臨近大壩，為了防止高水頭泄洪對大壩下游兩岸高邊坡的不利影響，采用了大深度、大厚度鋼筋混凝土防淘墻加預應力錨索的支護方案，實踐證明，防淘墻和預應力錨索設計合理，施工質量和運行效果良好。★