淺談壓力分散型預(yù)應(yīng)力施工核心工序

陳應(yīng)相

（中國(guó)水利水電第三工程局 陜西 西安 710016）

1 工程概況

丹江口大壩加高過(guò)程中檢查發(fā)現(xiàn)初期工程溢流壩閘墩混凝土存在施工缺陷，主要體現(xiàn)在閘墩中部存在多條水平層間縫，閘墩加高后，部分層間縫位于閘墩下部，這些水平層間縫削弱了閘墩剛度和整體性，影響其閘墩的耐久性。為此對(duì)初期閘墩進(jìn)行預(yù)應(yīng)力加固工程施工。若采用常規(guī)錨桿，應(yīng)力往往集中一點(diǎn)，施加預(yù)應(yīng)力時(shí)對(duì)壩體局部可能造成破壞。而采用壓力分散型預(yù)應(yīng)力多層錨頭加固技術(shù)時(shí)在預(yù)應(yīng)力不變的情況下，將集中點(diǎn)的預(yù)應(yīng)力改為多段的預(yù)應(yīng)力，這樣既達(dá)到了對(duì)壩體閘墩的加固效果，又不破壞壩體局部的穩(wěn)定性。大壩加高后，溢流壩段閘墩擬采用預(yù)應(yīng)力加固，每個(gè)閘墩采用5束200t級(jí)預(yù)應(yīng)力錨桿（索），加固方式為：“閘墩上游側(cè)三根有粘結(jié)錨桿+閘墩尾部二索無(wú)粘結(jié)錨索”。

2 工藝流程

施工準(zhǔn)備→鉆孔、擴(kuò)孔→洗孔及抽水→錨桿制作與安裝→灌漿→張拉→錨頭保護(hù)→觀測(cè)→安全防護(hù)措施。

由此不難看出以上施工工序與常規(guī)預(yù)應(yīng)力施工工序基本一致，唯一與之不同之處在于擴(kuò)孔及錨桿制作。此兩道工序正是預(yù)應(yīng)力施工中由常規(guī)預(yù)應(yīng)力受力點(diǎn)由集中轉(zhuǎn)化為分散型預(yù)應(yīng)力的關(guān)鍵。本文著重介紹這兩道工序的重要性及在施工過(guò)程中存在的問(wèn)題及解決方法。

3 擴(kuò)孔

3.1 概念

所謂擴(kuò)孔，即開(kāi)孔時(shí)按照相關(guān)技術(shù)要求采用相應(yīng)的鉆頭進(jìn)行鉆孔作業(yè)待鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度時(shí)采用專用的的擴(kuò)孔鉆頭對(duì)相應(yīng)的擴(kuò)孔部位進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)。在丹江口大壩閘墩預(yù)應(yīng)力施工過(guò)程中鉆孔孔徑為171mm,待鉆孔鉆至設(shè)計(jì)深度后在孔底相應(yīng)部位需按照技術(shù)要求進(jìn)行三層擴(kuò)孔施工擴(kuò)孔孔徑為265mm，擴(kuò)孔體型為倒錐形。體型圖如下所示。

3.2 擴(kuò)孔施工

擴(kuò)孔采用XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)專用擴(kuò)孔鉆頭用清水做沖洗液回轉(zhuǎn)擴(kuò)孔。當(dāng)鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度后，提起鉆具進(jìn)行擴(kuò)孔施工，擴(kuò)孔施工根據(jù)相關(guān)的技術(shù)要求進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)。在丹江口閘墩預(yù)應(yīng)力加固施工過(guò)程中按設(shè)計(jì)要求每孔分三層擴(kuò)孔。根據(jù)擴(kuò)孔位置配置擴(kuò)孔鉆頭，按照底層、中層、上層的順序分三次進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)。

底層擴(kuò)孔：按照底層擴(kuò)孔位置距孔底0.5m的要求組裝擴(kuò)孔鉆頭，并進(jìn)行下鉆作業(yè)，當(dāng)擴(kuò)孔鉆頭下至孔底后，在鉆桿上做標(biāo)記，當(dāng)鉆進(jìn)行程達(dá)到擴(kuò)孔鉆頭最大行程，并且鉆桿扭矩明顯減少時(shí)，底層擴(kuò)孔完畢起鉆；復(fù)核鉆頭刀口上緣與鉆頭底板間的長(zhǎng)度并記錄。

中間層擴(kuò)孔：按照中間層擴(kuò)孔位置距孔底3.5m的要求組裝擴(kuò)孔鉆頭；同擴(kuò)底層擴(kuò)孔的工藝過(guò)程擴(kuò)孔完畢起鉆，復(fù)核鉆頭刀口上緣與鉆頭底板之間的長(zhǎng)度并記錄。

上層擴(kuò)孔：按照上層擴(kuò)孔位置距孔底6.5m的要求組裝擴(kuò)孔鉆頭，同擴(kuò)底層擴(kuò)孔的工藝過(guò)程擴(kuò)孔完畢起鉆，復(fù)核鉆頭刀口上緣與鉆頭底板之間的長(zhǎng)度并記錄。

擴(kuò)孔的尺寸和形狀在于鉆頭的加工精度，擴(kuò)孔鉆頭是由本單位技術(shù)人員自主研發(fā)設(shè)計(jì)加工生產(chǎn)的專用擴(kuò)孔鉆頭，生產(chǎn)好的鉆頭尺寸及形狀和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行校核，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的尺寸和形狀方能投入使用。在鉆孔過(guò)程中按照要求進(jìn)行鉆頭的組裝，在每一層的擴(kuò)孔過(guò)程中將擴(kuò)孔鉆頭插入直孔底后，在鉆桿上做標(biāo)記詳細(xì)記錄鉆桿的鉆進(jìn)行程；將鉆頭鉆桿與鉆機(jī)相連進(jìn)行擴(kuò)孔，當(dāng)鉆桿行程達(dá)到16mm時(shí)，該層擴(kuò)孔完畢，提起擴(kuò)孔鉆頭；復(fù)核刀口上緣與鉆頭底板間的長(zhǎng)度并進(jìn)行記錄。擴(kuò)孔完成后用攝像頭觀測(cè)擴(kuò)孔間距、擴(kuò)孔質(zhì)量及擴(kuò)孔部位混凝土的表觀質(zhì)量，觀測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)擴(kuò)孔效果未達(dá)到設(shè)計(jì)要求時(shí)，用相應(yīng)的擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行修正直至滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 注意事項(xiàng)及解決措施

3.3.1 擴(kuò)孔孔徑大小及形狀的選擇性。

因在擴(kuò)孔部位需安裝自張自鎖內(nèi)錨頭裝置從而達(dá)到預(yù)應(yīng)力分散的效果，根據(jù)擴(kuò)孔位置內(nèi)錨頭裝置在受力狀態(tài)下開(kāi)張大小配置擴(kuò)孔鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔施工。在丹江口閘墩預(yù)應(yīng)力施工過(guò)程中按照設(shè)計(jì)技術(shù)要求開(kāi)孔孔徑為φ171，按照底層、中層、上層的順序分三次進(jìn)行擴(kuò)孔施工作業(yè)，擴(kuò)孔孔形為倒錐面，錐底直徑285mm。在生產(chǎn)裝用擴(kuò)孔鉆頭初期經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鉆頭在受力過(guò)大的情況下能自動(dòng)張開(kāi)但是不易收縮、擴(kuò)孔成形表面為波紋狀，若在正常的施工情況下可能會(huì)造成擴(kuò)孔完畢后擴(kuò)孔鉆頭卡入孔內(nèi)不能起鉆出現(xiàn)質(zhì)量事故且擴(kuò)孔成形也不滿足設(shè)計(jì)技術(shù)要求。因此經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究與討論不斷的進(jìn)行調(diào)整解決了此項(xiàng)技術(shù)問(wèn)題，即擴(kuò)孔鉆頭內(nèi)部采用連動(dòng)裝置，擴(kuò)孔鉆頭刀片采用刀刃互補(bǔ)的辦法；

3.3.2 擴(kuò)孔部位的選擇性。

一般情況下擴(kuò)孔部位在相關(guān)的技術(shù)要求中有明確的規(guī)定可按照相關(guān)要求執(zhí)行，在特殊情況下可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)等實(shí)際情況綜合來(lái)確定。在實(shí)際的施工過(guò)程中擴(kuò)孔部位需通過(guò)觀察此部位的巖芯質(zhì)量及孔內(nèi)錄像等方式來(lái)確定此部位的強(qiáng)度等相關(guān)指標(biāo)是否滿足相關(guān)要求，如若通過(guò)相關(guān)的技術(shù)手段檢測(cè)成果不滿足要求需上報(bào)相關(guān)部門(mén)采取一定的技術(shù)措施解決有關(guān)問(wèn)題如采取固結(jié)灌漿、混凝土回填等方式方法來(lái)確保擴(kuò)孔部位的強(qiáng)度指標(biāo)直至滿足相關(guān)要求后進(jìn)行擴(kuò)孔作業(yè)。

3.3.3 擴(kuò)孔位置的準(zhǔn)確性。

內(nèi)錨固段擴(kuò)孔位置的準(zhǔn)確性不僅在安裝錨桿的過(guò)程中節(jié)約材料降低成本而且保證了內(nèi)錨固段應(yīng)力的分布確保了預(yù)應(yīng)力加固的效果，因此擴(kuò)孔位置的準(zhǔn)確性尤為重要，如何保證擴(kuò)孔位置的準(zhǔn)確性在施工過(guò)程中尤為關(guān)鍵。如在鉆孔過(guò)程中產(chǎn)生的粉碎巖削在孔內(nèi)淤積過(guò)多而在擴(kuò)孔前不給予處理從而導(dǎo)致在擴(kuò)孔作業(yè)過(guò)程中影響擴(kuò)孔位置的準(zhǔn)確性產(chǎn)生上述問(wèn)題。因而在丹江口閘墩預(yù)應(yīng)力加固施工過(guò)程中為避免產(chǎn)生相關(guān)問(wèn)題采取了一系列有效的措施。如在鉆孔過(guò)程中在地質(zhì)鉆機(jī)鉆具上安裝塵沙管、加大鉆孔用水流量從而使鉆孔產(chǎn)生的粉碎巖削沉積在沉沙管內(nèi)、在起鉆過(guò)程中連同鉆具撈起進(jìn)行處理、在鉆孔完成后通過(guò)風(fēng)水聯(lián)合沖洗對(duì)孔內(nèi)殘留的沉淀物進(jìn)行處理直至孔內(nèi)無(wú)殘留物等。

4 錨桿體制作

4.1 錨桿體結(jié)構(gòu)

錨桿體主要是由3組錨桿、3組內(nèi)錨頭、灌漿管、對(duì)中支架及隔離架等組件按照一定的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行組裝完成。組裝完成后的錨桿體結(jié)構(gòu)如下圖所示。

4.2 自張自鎖內(nèi)錨頭裝置

自張自鎖內(nèi)錨頭裝置由楔塊和支座組成，材料為Q235B，楔塊分成6瓣，組裝合攏后的圓筒外徑Φ155 mm，楔塊張開(kāi)后的張開(kāi)角為26.56°，楔塊長(zhǎng)161mm。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。

丹江口閘墩預(yù)應(yīng)力錨桿加固施工過(guò)程中自張自鎖內(nèi)錨頭裝置是根據(jù)其工作原理及相關(guān)的技術(shù)要求自主研發(fā)加工生產(chǎn)的，所述自張自鎖裝置楔塊部分包括楔塊、夾板、楔塊夾板支座等幾個(gè)部件；內(nèi)錨頭楔塊為6塊，分別與楔塊夾板固定連接，楔塊夾板與楔塊支座靈活連接；其工作原理是靠錨頭楔塊自身的重力及錨桿張拉產(chǎn)生的垂向拉應(yīng)力使之楔塊自動(dòng)張開(kāi)、閉合與大噸位分散型預(yù)應(yīng)力施工過(guò)程中擴(kuò)孔部位緊密重合從而達(dá)到預(yù)應(yīng)力受力點(diǎn)固定于此部位的效果；此裝置能夠保證預(yù)應(yīng)力受力點(diǎn)分布于某一固定點(diǎn)，通過(guò)配套的幾組內(nèi)錨頭裝置共同作用從而達(dá)到預(yù)應(yīng)力受力點(diǎn)由集中到分散的效果。所述自張自鎖裝置不僅加工精巧而且組裝簡(jiǎn)單靈活生產(chǎn)成本較低，便于推廣使用。

在自張自鎖內(nèi)錨頭裝置生產(chǎn)加工過(guò)程中其底座的大小及楔塊在完全張開(kāi)的狀態(tài)下其張開(kāi)度根據(jù)其相關(guān)的技術(shù)要求具體確定，但必須保證在完全張開(kāi)的狀態(tài)下與擴(kuò)孔部位完全重合從而達(dá)到其分散預(yù)應(yīng)力的效果。因此裝置在工作狀態(tài)下是把施加的預(yù)應(yīng)力傳遞給被錨固介質(zhì)，而楔塊是由小型螺栓與底座靈活連接，在受力狀態(tài)下楔塊所承受張拉力必須通過(guò)底座與楔塊共同作用傳遞給被錨固介質(zhì)，因此在此狀態(tài)下楔塊與底座的受力點(diǎn)必須是楔塊底部與底座接觸點(diǎn)而并非其連接點(diǎn)。在工作狀態(tài)下楔塊應(yīng)與底座接觸，而在非工作狀態(tài)下除其連接點(diǎn)外楔塊與底座并無(wú)接觸。

4.3 錨桿體加工制作

有錨桿體采用精軋螺紋鋼筋（Ф25級(jí)別PSB930）進(jìn)行加工制作，在錨桿體的制作過(guò)程中鋼筋切斷采用砂輪機(jī)，第一組總長(zhǎng)度：孔深+2.0m，第二組總長(zhǎng)度：孔深-1.0m，第三組總長(zhǎng)度：孔深-4.0m。每個(gè)內(nèi)錨頭安裝的兩根精軋螺紋鋼筋第一段長(zhǎng)度分別取7.5m和9m，其它段用9m鋼筋用連接器接長(zhǎng)，以錯(cuò)開(kāi)6根鋼筋接頭位置并和內(nèi)錨頭進(jìn)行組裝。以2根一組分別與一個(gè)內(nèi)錨頭穿精軋螺紋鋼用螺母連接。其它未用螺母連接的鋼筋與錨頭楔塊座之間允許相對(duì)滑動(dòng)，可靈活調(diào)整錨頭位置。三層內(nèi)錨頭組裝間距與實(shí)際擴(kuò)孔間距保持一致。三層內(nèi)錨頭組裝的間距滿足要求后，螺母和鋼筋連接接頭與螺紋鋼之間用注縫膠灌密實(shí)，以防止錨桿安裝時(shí)松動(dòng)。其它未用螺母連接的鋼筋與錨頭楔塊座之間允許相對(duì)滑動(dòng)。錨頭安裝時(shí)用繩索或鐵絲將楔塊捆綁，以防擾動(dòng)造成錨頭的損壞。各層錨頭安裝完畢后，安裝灌漿管、對(duì)中支架。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，擴(kuò)孔技術(shù)及錨桿體加工制作是在預(yù)應(yīng)力施工過(guò)程中預(yù)應(yīng)力受力點(diǎn)由集中轉(zhuǎn)化為分散型預(yù)應(yīng)力的核心工序，正是由于其共同作用使其達(dá)到了預(yù)應(yīng)力分散的加固效果。在丹江口大壩閘墩預(yù)應(yīng)力加固施工過(guò)程中通過(guò)壓力分散型預(yù)應(yīng)力的施工既縮短了施工工期，又增加了大壩混凝土水平層間縫的剪切力，減少了錨固段預(yù)應(yīng)力對(duì)壩體的破壞，將新壩體與老壩體有效的連接一起，增加了整體大壩的抗剪力，保證了大壩的長(zhǎng)期的安全運(yùn)行。陜西水利