武都水庫大壩深層穩(wěn)定加固錨索施工技術(shù)與質(zhì)量控制

摘要：5.12地震發(fā)生后，為加強武都水庫大壩壩體抗震能力，在大壩下游護坦上布置預(yù)應(yīng)力錨索的方法對大壩進行加固處理，以確保壩體的正常運行和提高抗震級別。本文從武都水庫大壩深層加固錨索施工技術(shù)與質(zhì)量控制中的一點經(jīng)驗進行淺述。

關(guān)鍵詞：深層穩(wěn)定加固;預(yù)應(yīng)力錨索;施工工藝;質(zhì)量控制

1.概述

1.1工程概況

武都水庫大壩右岸非溢流第一壩段，經(jīng)深層抗滑處理F31、102F斷層開挖后建基面高程為EL535，相應(yīng)最大壩高為125.14m。該壩段下游同時存在傾向上游的f115斷層（N15～35°E/NW∠22～36°），5.12地震發(fā)生后，為加強壩體抗震能力，經(jīng)設(shè)計修改在該壩段下游護坦上布置預(yù)應(yīng)力錨索的方法進行加固處理，以確保壩體的正常運行和提高抗震級別。

為保證錨索長期在水下穩(wěn)定工作，設(shè)計采用防水壓力分散型錨索。錨索由13根d=15.2高強低松弛鋼絞線編制而成，強度標(biāo)準(zhǔn)值1860MPa;內(nèi)錨固段為壓力分散型錨頭，共分4組，每組間距為2m，錨固段總長為8m，穿過斷層10m以上。

1.2主要施工項目及工程量

主要施工項目為預(yù)應(yīng)力錨索施工。其主要工程量初步預(yù)定見表1-1。

2施工布置

2.1施工平臺

錨索制作、加工平臺：因施工現(xiàn)場場地平整，且在同一高程面進行施工，因此不需要用鋼管搭建施工平臺。對運輸來的成品錨索按孔號進行編號，存放，采取防潮措施，防止錨索銹蝕。對于長度超出壩體施工平臺的錨索，可進行盤放。

2.2臨時制漿站

臨時制漿站布置于護坦下游側(cè)，采用Φ40鋼管及防雨篷布搭設(shè)，站內(nèi)設(shè)水泥平臺一個，水泥平臺用Φ50mm雙層腳手架鋼管搭建排架，高1.5m，底部架空;布設(shè)ZJ-400高速制漿機一臺，BW100/100輸漿泵一臺，并配置自動記錄儀，以便進行固結(jié)灌漿及錨索注漿。

2.3廢水廢渣處理

施工產(chǎn)生的廢水經(jīng)排水溝排至集水坑沉淀后采用排污泵或排水溝抽排至指定地點統(tǒng)一排放，廢渣采用運輸車運至指定堆放場。

3預(yù)應(yīng)力錨索施工

3.1施工范圍及錨索類型

分布在大壩19#壩段護坦，錨索均為2000KN的預(yù)應(yīng)力壓力分散型無粘結(jié)錨索，要求必須采用防水性能等級較高、能長期在水下安全運行的專業(yè)廠家成套生產(chǎn)的壓力分散型無粘結(jié)錨索，經(jīng)過對比分析多家壓力分散型無粘結(jié)錨索產(chǎn)品后，決定采用具有多項專利技術(shù)的水科院研究和生產(chǎn)的高性能成套生產(chǎn)的壓力分散型無粘結(jié)錨索。因該部位錨索是永久性錨索且要做好長期防水防腐處理，整個成品索均套管+防腐油脂，確保防水防腐。故對安全系數(shù)要求很高，為確保質(zhì)量，經(jīng)計算確定和專業(yè)廠家推薦，錨索開孔孔徑為Φ150。每束錨索由13根分成4組不等長的鋼絞線組成，4組鋼絞線分別連接4組內(nèi)錨固頭。

3.2施工原材料

（1）鋼絞線：預(yù)應(yīng)力錨索全部采用無粘結(jié)（自由段做無粘結(jié)處理）雙層保護型式。選用φ15.24mm，1860級的7Ф15.2mm高強度低松弛鋼絞線，每批鋼絞線經(jīng)檢查檢驗合格后方可使用。

（2）預(yù)應(yīng)力錨索的錨具、夾具選用OVM系列產(chǎn)品，該系列產(chǎn)品提供了錨具通過200萬次疲勞性能試驗、50次周期荷載試驗的最新資料。根據(jù)廠家提供的資料，預(yù)應(yīng)力筋-錨具組裝件靜載錨固性能試驗結(jié)果錨固效率系數(shù)大于或等于95%、預(yù)應(yīng)力筋總應(yīng)變大于或等于2.0%;預(yù)應(yīng)力筋-夾具組裝件靜載試驗測定的夾具效率系數(shù)大于或等于0.92。

（3）其它配件及材料如鋼墊板、鐓頭機（LD10）、導(dǎo)向帽（穿孔器/連接器，CKQ8AT）、鉛焊機、連接板、分束板等，均采用OVM系列配套產(chǎn)品。牽引繩采用直徑為8mm的鋼絲繩。

（4）灌漿管選用外徑Ф25mm的PE塑料管，使用前進行耐壓試驗，其耐壓值應(yīng)大于灌漿壓力的1.5倍。

（5）水泥：選用強度等級為42.5MPa的普通硅酸鹽水泥。

（6）外加劑：對錨墩混凝土和錨索灌漿的水泥漿液，為提高其早期強度，需加入適量的早強劑，具體型號、數(shù)量根據(jù)實驗確定。

（7）水：應(yīng)符合拌制砼的用水標(biāo)準(zhǔn)。砂、石子：質(zhì)量應(yīng)符合《水工混凝土施工規(guī)范》DL/T5144-2001的規(guī)定。

3.4施工工藝和方法

預(yù)應(yīng)力錨索施工程序如下：

施工準(zhǔn)備——成孔——錨索制作及安裝——錨固段注漿固結(jié)——外錨頭制作——預(yù)應(yīng)力張拉鎖定（補償張拉）——永久防護——竣工驗收。

（1）施工機具及方法：預(yù)應(yīng)力錨索在施工平臺上進行施工，采用成都哈邁探礦機械廠生產(chǎn)的哈邁-70型全液壓鉆機造孔，系統(tǒng)供風(fēng)采用上海英格索蘭公司的HP750中風(fēng)壓21m3/min型移動式空壓機供風(fēng)。錨索由廠家根據(jù)工程要求加工成品錨頭，錨索施工現(xiàn)場編制和組裝，人工配合吊車安裝，千斤頂張拉設(shè)備選用錨索生產(chǎn)廠家的OVM系列產(chǎn)品，千斤頂選用YWC500-200（整體張拉）、YDC240Q-200（單根預(yù)緊）兩種。

（2）造孔

①鉆孔位置、鉆孔傾角、方位角、孔徑及孔深嚴(yán)格按照設(shè)計文件執(zhí)行，鉆孔孔位偏差不大于100mm。傾角誤差不得大于孔深的2%，方位角誤差不得大于2°。在鉆孔過程中要求每鉆進5.0m應(yīng)及時測量孔斜及時糾偏。為確保錨索的安裝進行，要求成孔深度應(yīng)比設(shè)計孔深深50cm，錨索長度根據(jù)實際孔深確定。鉆孔達到設(shè)計孔深時須將孔內(nèi)沖洗干凈，孔內(nèi)殘留物不超過10cm，鉆孔完畢，用風(fēng)將孔內(nèi)積水排干。2000KN級壓力分散型錨索開孔孔徑為Φ150，同一孔徑鉆至終孔。

②鉆孔過程中，如遇巖溶洞穴、塌孔或掉鉆，應(yīng)及時進行記錄。影響進一步鉆進時，需先進行固結(jié)灌漿處理。固結(jié)灌漿采用孔口阻塞純壓式灌漿法，將鉆孔作為一段進行全孔灌漿，灌注強度等級為52.5級的普通硅酸鹽水泥，純水泥漿灌注，灌漿水灰比0.45：1—0.5：1，灌漿壓力0.3～0.5MPa，灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)按《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》DL/T5148-2001執(zhí)行。

③詳細記錄每一鉆孔的孔深位置與巖屑顏色、鉆進速度等數(shù)據(jù)。若在錨固段發(fā)現(xiàn)軟弱巖層、掉鉆等異常情況，應(yīng)加深至較完整的巖體內(nèi)，以確保錨固段位于穩(wěn)定的巖層中。若在其它部位發(fā)現(xiàn)軟弱巖層、掉鉆等異常情況，隨時作好采樣記錄，并及時報告。

④因錨索孔為45度孔，開孔時用地質(zhì)羅盤進行開孔角度測量，鉆孔過程中按10～15m為一段分段測斜，發(fā)現(xiàn)孔斜偏差較大時及時采取糾偏措施。

⑤鉆孔完畢，應(yīng)將水管伸入孔底，通過大量水流，從孔內(nèi)向外對孔壁及孔底進行沖洗，直至回清水再延續(xù)5～10min，沖洗結(jié)束后，觀察孔內(nèi)失水情況，若有較明顯的失水現(xiàn)象，應(yīng)對全孔先進行固結(jié)灌漿處理，處理要求同②。

⑥全孔固結(jié)灌漿處理2d后應(yīng)進行掃孔，掃孔結(jié)束并經(jīng)檢查合格后將孔口封閉進行全孔簡易壓水試驗以檢查固結(jié)灌漿的效果。壓水壓力為0.1～0.2MPa，壓水時間20min，每5 min測讀一次壓入流量，取最后的流量作為計算流量，計算透水率。若透水率小于5Lu，則壓水合格，可進入下一道工序;若透水率大于5Lu，則需重新進行固結(jié)灌漿、掃孔、壓水，直至合格為止。

⑦鉆孔結(jié)束后報請監(jiān)理工程師驗收，驗收合格后在1d～3d的時間內(nèi)即完成下索、錨固段注漿等工序。若驗收后鉆孔閑置時間超過3d，則重新驗收合格后才可進行下一道工序。

（3）預(yù)應(yīng)力錨索的制作

錨索制作要求在制作過程中嚴(yán)格按照工藝要求進行制作，確保生產(chǎn)的成品索符合設(shè)計要求。同時要求在運輸途中做好防雨和保護措施，保證成品索不受潮和破損。

（4）錨索安裝

①錨索安裝采用人工輔以QY16吊車進行，安裝時錨索的曲率半徑不得小于3m，以免破壞保護層。

②錨索入孔時，不得過多的來回抽動錨索體，且送入孔道的速度應(yīng)均勻，防止損壞錨索體和使錨索體整體扭轉(zhuǎn)。穿索中不得損壞錨索結(jié)構(gòu)，否則應(yīng)予更換。

（5）錨墩金屬構(gòu)件制作

①外錨墩金屬結(jié)構(gòu)包括鋼墊板、鋼套管、墊座鋼筋等，以上部件按設(shè)計圖在車間加工、焊接組裝。

②經(jīng)加工、焊接、組裝完成后的外錨墩鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)妥善保管，確保防水、防潮、防銹蝕。

（6）錨索灌漿

錨索灌漿在下索后進行，其工藝流程如下：

灌漿水泥采用牌強度等級為42.5MPa的普通硅酸鹽水泥或中熱水泥，水灰比為0.45～0.4：1，早強劑等外加劑的品種及摻量通過實驗確定，要求采用外摻5～10%的UEA膨脹劑，既能保證固漿體的膨脹穩(wěn)定好，又能提高錨固力和防滲性能。外加劑的比例通過試驗確定。其水泥漿標(biāo)號應(yīng)達到C35（7d）抗?jié)B指標(biāo)為W8，抗凍指標(biāo)為F100。

錨固段的灌漿長度應(yīng)滿足設(shè)計要求，在有壓灌漿時，不得產(chǎn)生滑移和串漿現(xiàn)象。灌漿可采用自上而下或自下而上一次施灌方法，進漿必須連續(xù)，如因各種原因使進漿中斷超過1h，必須采取措施重新灌注。（一次灌漿不用止?jié){環(huán)）錨固段注漿時應(yīng)注意排氣、排水，注漿壓力采用0.5MPa左右，最終由試驗確定。錨固段的灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為：直至孔口反濃漿，灌漿段的吸漿量小于0.4L/min，持續(xù)灌注30 min，灌漿工作即可結(jié)束。

（7）錨墩制作施工

①外錨墩安裝、澆筑前應(yīng)清理、鑿毛洗凈混凝土面。

②按設(shè)計圖紙進行錨墩鋼結(jié)構(gòu)和模板的架立，安裝鋼結(jié)構(gòu)時，導(dǎo)管插入巖體內(nèi)的深度應(yīng)滿足設(shè)計要求，孔口管軸線與鉆孔軸線應(yīng)重合，鋼墊板與孔口管軸線垂直。

③錨墩采用標(biāo)號為C30（7d）的一級配混凝土澆筑，混凝土澆筑時要注意錨墩下部的振搗，以避免出現(xiàn)蜂窩麻面，混凝土入倉采用長臂挖機。

（8）錨索張拉

當(dāng)錨固漿體及外錨墩砼達到設(shè)計強度以后，便可進行預(yù)應(yīng)力錨索的張拉，張拉前對千斤頂、電動油缸、壓力表等進行率定，繪制張拉噸位與壓力表讀數(shù)之間的關(guān)系，并按要求安裝經(jīng)率定合格的測力計及傳感器。

本工程要求采用分單元差異載整體張拉法，按照錨束的長度先短后長的順序進行施工，每根鋼絞線的最大拉力按照169KN進行控制，每個單元先進行預(yù)張拉，然后整體分四級張拉到每單元最大拉力即可鎖定，錨索實行單元差異荷載張拉，所有單元張拉完成以后即可進行錨索整體超張拉。錨索的設(shè)計額定工作噸位為2000KN，超張拉荷載2200KN。

預(yù)張拉荷載為每單元最大拉力的25%，單根預(yù)應(yīng)力鋼絞線的持荷穩(wěn)定時間為10min，以確保鋼鉸線理順并受力均勻。正式張拉時每單元按逐級加大分級張拉荷載的方式進行，分級張拉系數(shù)為0.25、0.5、0.75、1.0，每一級荷載張拉后的持荷穩(wěn)定時間為5 min。

錨索超張拉荷載為設(shè)計張拉荷載的110%，在加荷前應(yīng)仔細檢查外錨墩混凝土及周圍巖體（砼）是否產(chǎn)生裂隙，錨索束體有無異常變形，確認(rèn)無異常后方可加荷，持荷穩(wěn)定10min后即可鎖定。

錨索張拉設(shè)備和儀器均應(yīng)進行標(biāo)定，標(biāo)定不合格的張拉設(shè)備和儀器不得使用，標(biāo)定時間間隔期不得超過6個月。超過標(biāo)定時間間隔期的設(shè)備、儀器或遭強烈碰撞的儀表，必須重新標(biāo)定后才準(zhǔn)使用。

要求每級荷載的加荷速率要平緩，速率不宜大于設(shè)計張拉值的0.1/min，卸荷速率不宜大于設(shè)計張拉值的0.2min。

在張拉過程中，采用以張拉力控制、伸長率校核的雙控制方法，當(dāng)巖體錨索張拉實測伸長值與理論計算伸長值的比值不在95%～110%范圍內(nèi)時，應(yīng)停止張拉，查明原因并采取補救措施后，方可繼續(xù)張拉施工。

（9）外錨頭保護

預(yù)應(yīng)力錨索完成施工期補償張拉以后應(yīng)及時對錨索的張拉段和外錨頭部分進行永久保護。錨索張拉段永久防護應(yīng)在施工期補償張拉完成并鎖定后的3d時間內(nèi)完成，采用C30水泥漿或者水泥砂漿進行封孔灌漿，灌漿壓力為0.5MPa。

錨頭采用2.0m厚的鋼筋C25砼對外錨頭進行防護，在防護砼澆筑前，應(yīng)對外錨頭部分的錨板、外露鋼絞線以及周圍清理干凈，對錨墩砼表面應(yīng)鑿毛處理并沖洗干凈。混凝土采用長臂挖成入倉澆筑，按圖紙設(shè)置結(jié)構(gòu)縫。

3.5質(zhì)量檢查和驗收

（1）各關(guān)鍵施工工序設(shè)立專職負責(zé)人，并認(rèn)真做好質(zhì)量的自檢與互檢;所有施工用的機械、材料、配件進行詳細檢查或檢驗。

（2）主要材料均有出廠合格證，并按要求進行抽檢，嚴(yán)禁使用不合格產(chǎn)品。

（3）采用全站儀對預(yù)埋管進行放樣，控制錨索孔方位偏差符合設(shè)計技術(shù)要求。

（4）錨索灌漿前，抽樣檢驗漿液試驗成果和對現(xiàn)場灌漿工藝進行逐項檢查。

（5）在作業(yè)施工中，各工序每項質(zhì)量檢驗和檢查均應(yīng)作出記錄，并經(jīng)監(jiān)理人簽認(rèn)合格后，才能進行后續(xù)工序的施工。

（6）在施工全過程中，認(rèn)真做好施工記錄和施工日記，將各種參數(shù)填入記錄表中，并作為竣工驗收資料必備內(nèi)容。

（7）加強監(jiān)測控制，發(fā)現(xiàn)異常，及時報監(jiān)理工程師，并采取合理的支護方案，確保施工安全。

（8）錨索工程驗收時應(yīng)提供以下資料：

1）鋼絞線、錨具、防護管材、監(jiān)測儀器等出廠合格證;

2）進場的鋼絞線、錨具、防護管材的抽樣檢查或檢驗報告;

3）混凝土、水泥凈漿試驗報告;

4）代用材料合格證和試驗報告。

（9）預(yù)應(yīng)力錨索驗收試驗：預(yù)應(yīng)力錨索施工中，按施工圖和監(jiān)理工程師指示隨機抽樣進行驗收試驗，抽樣數(shù)量按監(jiān)理工程師要求確定。

（10）完工驗收：預(yù)應(yīng)力錨索工程全部結(jié)束后，將質(zhì)量檢查記錄、試驗成果以及預(yù)應(yīng)力錨索驗收試驗記錄和抽樣檢查記錄在內(nèi)的驗收資料提交監(jiān)理工程師審查，申請驗收。

3.6施工記錄

錨索施工過程中，應(yīng)及時進行施工記錄，具體如下：

（1）鋼墊板、錨具安裝情況記錄。

（2）錨索張拉過程中張拉力、伸長值、鎖定情況記錄。

（3）錨索封頭混凝土樣品檢測記錄。

4結(jié)束語

武都水庫大壩于2011年蓄水發(fā)電，經(jīng)過兩年多的運行檢驗，在大壩下游護坦上布置預(yù)應(yīng)力錨索的方法對大壩進行穩(wěn)定加固處理，確保了壩體的正常運行并提高了抗震級別，由其可見采用深層穩(wěn)定加固預(yù)應(yīng)力錨索施工技術(shù)是可行和有效的。