預應力錨索輕型鋼墊板錨墩應用技術研究

【摘要】當前我國施工技術取得了突破性發(fā)展，預應力錨索輕型鋼墊板錨墩技術由于具有功能多樣性、工藝靈活性以及成本較低等優(yōu)勢在各個工程施工當中廣泛應用。本文以工程案例為依據對該技術進行闡述，分析其技術要點，為提高預應力錨索輕型鋼墊板錨墩技術的施工質量起到了參考作用。

【關鍵詞】預應力錨索；鋼墊板；技術研究

導言

新疆阿爾塔什水利樞紐工程位于喀什地區(qū)莎車縣霍什拉甫鄉(xiāng)和克孜勒蘇柯爾克孜自治州阿克陶縣的庫斯拉甫鄉(xiāng)交界處。距莎車縣約120KM，距葉城縣約128km，距喀什市約310km。水庫總庫容22.49億m3，正常蓄水位高程1820m，最大壩高164.8m，電站裝機容量755MW，本樞紐為大（1）型Ⅰ等工程。

一、研究思路與路徑

成立課題攻關小組，經過全面考察、綜合分析，提出了采用輕型平板鋼錨墩代替混凝土錨墩的研究思路，并通過大量的試驗和理論計算，解決了不同噸位級別錨索配備的鋼錨墩尺寸及施工工藝等問題。

二、主要研究內容

該項目的技術重點及難點是鋼錨墩結構尺寸和施工工藝的確定，主要采取理論計算和試驗監(jiān)測的方法進行研究。

（一）現(xiàn)場試驗

1 工藝試驗

科技攻關小組在阿爾塔什右岸聯(lián)合進水口高邊坡處各選定四個孔開展平板鋼錨墩工藝試驗工作，四個孔的編號分別為，其中試驗安裝有1500KN錨索測力計。工藝試驗具體步驟為：

⑴人工將錨索孔周圍的破碎或松散巖塊清除，并采用風鎬或鋼釬將局部不平整的巖層大致找平；

⑵用M40高強水泥砂漿初步找平錨索孔周800mm×800mm，厚度約10～30mm；

⑶待初找平層水泥砂漿初凝后，精確定位4根插筋孔位、鉆孔，然后安裝插筋；

⑷安裝鋼筋網片、鋼墊板，然后立模并澆注水泥砂漿；

⑸待水泥砂漿達到齡期后，即可開始張拉試驗工作。張拉過程中，嚴格按照張拉規(guī)程操作，并做好現(xiàn)場測量記錄。

2 驗證試驗和監(jiān)測試驗

繼工藝試驗之后，為了全面掌握鋼墊板錨墩及板下砂漿、巖層在張拉荷載作用下的受力變形情況，以及該種結構錨墩在較差圍巖情況下的適用性，以便推廣應用鋼墊板錨墩，現(xiàn)場選定布置在Ⅲ類圍巖地段的四個試驗孔進行試驗。具體試驗方法為：

⑴按照工藝試驗的修正工藝對錨索孔周圍的巖層進行處理，并完成水泥砂漿初找平層；⑵安裝固定混凝土噴層應力計（每個鋼墊板錨墩安裝2個）；⑶安裝鋼筋網片和鋼墊板，然后立模并澆注水泥砂漿；⑷待砂漿齡期滿足要求后，分別選擇和兩孔進行超張拉驗證試驗。先不安裝夾片，按照張拉規(guī)程進行超張拉至設計荷載的130%，鎖定千斤頂油表穩(wěn)壓24小時，再卸荷放松錨索；然后拆除鋼墊板，觀察板下水泥砂漿表面和周圍巖層是否有破壞變形情況；最后對于沒有變形情況的錨索重新安裝鋼墊板進行張拉鎖定。為了解超張拉持荷后重新張拉時錨索的應力情況，對兩束錨索中的安裝了錨索測力計，所用的加壓及持荷過程中均按要求測量混凝土噴層應力計和錨索測力計的讀數。⑸對其余兩孔監(jiān)測試驗的錨索按規(guī)程要求進行張拉，并按要求記錄混凝土噴層應力計和錨索測力計的讀數。⑹錨索張拉完成后，及時進行封錨灌漿。

（二）試驗成果

1 工藝試驗

第一次工藝試驗為，由于在水泥砂漿層環(huán)節(jié)上存在漏洞，導致在張拉過程中發(fā)生斷絲現(xiàn)象，后經過現(xiàn)場觀察分析后，提出改進措施，從而在后面3次試驗中均取得成功，課題小組在此基礎上整理出施工工藝。

安裝了錨索測力計，其監(jiān)測成果如圖1。

2 驗證試驗

和兩孔試驗在張拉及超張拉和持荷穩(wěn)壓過程中，周圍巖層均未見任何異常情況；拆下鋼墊板后，板下砂漿層完好無損，而且砂漿表面光滑平整，證明本次試驗的施工工藝及施工質量完全能夠滿足設計要求。

3.監(jiān)測試驗

⑴孔監(jiān)測結果：孔裝有兩只混凝土噴層應力計，一只錨索測力計，監(jiān)測結果如以下曲線圖。

⑵孔監(jiān)測結果：混凝土噴層應力計監(jiān)測結果

⑶孔監(jiān)測結果：混凝土噴層應力計監(jiān)測結果

錨索測力計監(jiān)測結果

⑷孔監(jiān)測結果：孔因未安裝錨索測力計而只做驗證試驗階段的混凝土噴層應力計的監(jiān)測工作。監(jiān)測成果見下圖。

（三）數據分析

1 混凝土噴層應力計

⑴對于1500KN級錨索，四個應力計的峰值分別為6.49Mpa、7.46Mpa、11.22Mpa、5.95Mpa，按照理論計算其平均應力為16.13MPa

顯然，板下巖層應力為不均勻分布，高應力區(qū)主要集中在錨索孔周圍的小范圍內，而大部分巖層的應力值均較小。監(jiān)測結果的差異主要是由于應力計的位置所引起的，這也證明了板下巖層應力的不均勻分布。

⑵對于2000KN級錨索，四個應力計的峰值分別為7.95Mpa、8.40Mpa、15.90Mpa、12.34Mpa，按照理論計算其平均應力為12.82MPa

⑶在驗證試驗階段，明顯可以看出應力計的測值隨著荷載的變化而變化，而且在持荷階段緩慢調整，卸荷后基本歸零，比較符合實際情況。

2 錨索測力計

應力最大損失百分率分別為：

孔：0.04%；孔：2.53%；孔：9.23%；孔：2.29%

由3個錨索測力計的讀數可以看出，在鎖定后的24小時內基本趨于穩(wěn)定，其后受外界因素的干擾，略有振動，而且應力的損失都小于設計荷載的10%（其中的應力損失主要為鎖定損失值，鎖定后荷載只剩下1380.6Mpa）。另從長期觀測成果來看，受開挖后巖體變形影響，三根錨索應力值增加，超出設計噸位分別達13.4%、11.9%、22%，相應的噴層應力計顯示數值有增有減，一方面說明錨索在一定程度上能適應巖體變形，同時也說明鋼墊板下應力比較穩(wěn)定，不會因板下砂漿破壞造成錨索的破壞。

（四）結論與建議

（1）利用鋼墊板剛性錨墩代替混凝土錨墩是安全可靠的，而且完全滿足規(guī)范和設計要求，可以推廣使用。

（2）1500KN錨索錨墩采用400mmx400mmδ=40mm鋼板，2000KN錨索錨墩采用500mmx500mmδ=50mm鋼板。

（3）采用鋼墊板剛性錨墩對原邊坡巖層擾動小，有利于保證巖壁的整體穩(wěn)定性。

（4）鋼墊板剛性錨墩施工簡便，安全性高，而且可明顯節(jié)約工期，實用性較高。

（5）在鋼墊板剛性錨墩施工過程中，應嚴格控制好以下幾個工藝環(huán)節(jié)：

①孔口段必須保證錨索周圍的空間，在鋼板下加鋼套管或PVC管，保證錨索不偏心，與孔軸線一致，以保證張拉過程中鋼絞線不受剪斷絲；②鋼板與砂漿貼緊采用在鋼板上設鍵槽，增加調節(jié)余地，解決螺桿對中時精度不夠的問題；③板下松動或破碎巖層清除干凈，以免發(fā)生巖塊壓碎破壞而影響錨索的整體錨固效果；④水泥砂漿層厚度應不小于50mm為宜，既保證鋼筋網的保護層，也起到應力調整的效果；⑤孔口段埋設二次進回漿管進行封孔注漿，保證孔口段砂漿飽滿。

結論

通過對新疆阿爾塔什水利樞紐工程右岸聯(lián)合進水口高邊坡錨索支護采用傳統(tǒng)混凝土錨墩或梯形鋼錨墩和采用輕型平板鋼錨墩進行對比分析，對于2000KN級25m長錨索每根節(jié)約費用1500元，相當于節(jié)約投資15%。錨索支護是工程中較為常用的一種方法，因此，該方法的成功應用，具有較大的經濟效益。該技術采用的輕型平板鋼錨墩，具有質量輕、體積小等特點，安裝方便，節(jié)省空間，能夠較大的降低工程成本和施工安全風險，具有較大的社會效益。