高精度預應力錨索水平加固高閘墩施工技術

劉志軍，郭富媚

(廣東省源天工程有限公司，廣州 511340)

1 工程概況

白盆珠水庫主壩位于白盆珠峽谷上游入口,為混凝土寬縫重力壩，壩頂高程為88.2 m，最大壩高為66.2 m，壩頂長度為240.0 m，共分11 個支墩壩段和5個實體重力壩段。壩自左至右由左岸實體重力壩段、左岸支墩壩段、河床支墩溢流壩段、放空底孔壩段、電站廠房壩段、右岸支墩壩段、右岸實體重力壩段所組成。其中河床溢流壩段為兩孔開敞式溢流壩型，堰頂高程為73.0 m，邊墩厚為1.5 m，中墩厚為3.0 m，每孔凈寬為12.0 m，總寬度為30.0 m[1]。2019年第3次安全鑒定，主壩閘墩貫穿性裂縫縫寬超出規范允許值，需對閘墩采用預應力錨索加固處理。主壩平面布置見圖1所示。

圖1 主壩平面布置示意

2 錨索加固方案

為保障閘墩的穩定性，在右側邊墩、中墩及左側邊墩各設置6束預應力錨索，共18束，每束由7根鋼絞線組成，單孔拉力為100 t[2]，高程分別為75.8 m、77.8 m、79.8 m、83.3 m、85.3 m和87.3 m，預應力錨索由閘墩的下游面向上游面水平鉆穿施工，長度為21～25 m，鉆孔空位偏差不得大于10 mm，終孔孔軸偏差不得大于100 mm，小于規范《水工預應力錨固技術規范(SL 212—2020)》要求的2%[3]，鉆孔精度要求高。錨索由7Φ5型Φ15.2鋼絞線組成，鋼絞線標準強度1 860 MPa，松弛級別：Ⅱ級。錨索采用YJK錨具、YJJ夾具和YJL連接器，為圓形夾片式，錨索加固結構如圖2所示。

圖2 錨索加固結構示意

3 錨索加固施工

3.1 主要施工機械設備

預應力錨索施工機械設備：汽車吊(STC500)、空壓機(9 m3/min)、注漿機(UB3)、錨索鉆機(XY-1)、電動油泵(ZB4500型)、千斤頂(YCW400B-200型)。

3.2 搭設滿堂腳手架支撐作業平臺

3.2.1底座基礎

根據現場實際情況，泄洪道為陡坡面，不能按照常規方法搭設滿堂腳手架，需在泄洪道陡坡面種植M20化學錨栓作腳手架底座基礎。化學錨栓豎向間距為0.6 m，橫向間距為1.5 m，長度為260 mm，深度200 mm，鉆孔孔徑D=25 mm，種植完成后在化學錨栓套上鋼板(規格為150 mm×150 mm×8 mm)，鋼板提前穿好D=25 mm的孔，鋼板平貼于溢洪道面，并用螺母擰緊，然后用10#槽鋼一側水平焊接在鋼板上，槽鋼底面保持水平，10#槽鋼懸空的一側用鋼板(規格為150 mm×100 mm×8 mm)焊接支撐[4]。最后在槽鋼上搭設滿堂腳手架，從而達到防止立桿傾斜、下滑及受力要求。底座基礎示意見圖3。

圖3 底座基礎示意(單位：mm)

3.2.2架體部分

架體分成兩部分，第1部分在泄洪道緩坡面起，開始搭設階梯退臺式滿堂腳手架，每1級的最小高度約2.4 m、最小寬度約3.6 m，長度約27 m的階梯退臺式腳手架，臺階不少于5級；第2部分在作業受力區搭設滿堂腳手架支撐作業平臺，長度約27 m，高度為每層錨索孔口下1.1 m位置，立桿間距為600 mm×600 mm，操作平臺鋪設8 mm厚鋼板，在閘墩側面采用化學錨栓與滿堂腳手架橫桿焊接連接。從而使架體達到較高的穩定性和安全性，也是保證預應力錨索施工質量和精度控制的前提。滿堂腳手架剖面見圖4。

圖4 滿堂腳手架剖面示意

3.3 孔位放線及安裝導向定位裝置

按照施工圖要求，在閘墩下游面上準確定位預應力錨索孔口位置，在孔口位置上做好十字型標記[5]；然后，將導向定位裝置的中心對準十字型標記，并用螺栓通過鋼板四角的螺栓孔將鋼板固定；錨索鉆機的鉆頭穿過圓孔進行鉆孔操作，當錨索鉆機的鉆頭在開孔時，鋼板的圓孔會限制鉆頭的晃動移位，從而減小開孔時孔位的偏差，提高了鉆孔的精確度。導向定位裝置示意見圖5。

圖5 導向定位裝置示意(單位：mm)

3.4 鉆機就位

預應力錨索擺機前采用全站儀對錨索上下游端的位置進行坐標測量，根據測量得到錨索上下游端兩點坐標后向下游方向延伸3個點，延伸的長度分別為0.5 m、2.5 m和4.6 m，然后在平臺面上測量并標記延伸的3個點位，第1個點控制前鉆桿位置，第2個點控制鉆機位置，第3個點控制后鉆桿位置。鉆桿水平控制是根據錨索孔口中心點高程測量值為基準值，采用水準儀按照基準值測量鉆桿前中后3點保持在1條水平線上，進行定位擺機，從而使鉆桿與錨索孔在1條直線上，最終將鉆機通過鋼管焊接在作業平臺上，與作業平臺連接成一個整體，防止鉆機震動位移產生偏差，以上擺機過程達到高精度控制孔軸偏差。錨索鉆機定位示意見圖6。

圖6 錨索鉆機定位示意

3.5 鉆孔及清孔

3.5.1鉆孔

閘墩為混凝土結構，鉆孔使用水磨鉆，每鉆進1.5 m取1次巖芯，鉆桿每3 m加1個扶正器[6]，加強鉆桿的剛度及穩定性，防止因鉆桿長度的增加導致孔軸偏差。鉆孔孔徑為130 mm，鉆孔深度為鉆穿閘墩上游面，鉆孔速度及壓力應結合實際情況進行調整，并應滿足設計及規范要求。扶正器示意見圖7。

圖7 扶正器示意

3.5.2清孔

鉆孔工作結束時,用帶壓力風水沖洗,將孔道內的鉆孔泥沙沖洗干凈,直到回水變清,并經監理工程師驗收合格后才準安裝錨索;在安裝錨索前,應將鉆孔孔口進行臨時堵塞保護[7]。

3.6 錨索施工

3.6.1施工程序

預應力錨索施工工藝：錨索制作與安裝→張拉前準備及張拉→封孔回填灌漿于錨頭保護[8]。

3.6.2錨索制作與安裝

每批預應力鋼絞線進場均應對產品合格證、檢驗報告及外觀質量進行驗收，并按規范要求對預應力鋼絞線抽樣進行力學性能試驗[9], 將試驗成果報送監理工程師。錨索制作過程中應滿足以下技術要求:

1) 下料長度按設計孔深+鋼墊板厚度(0.04 m)+錨具長度(0.16 m)+千斤頂工作長度(0.4 m)+0.30 m，每股長度偏差控制在50 mm以內，采用冷切割下料，嚴禁使用電焊切割。

2) 錨束沿軸線方向每隔3 m設置1束線環(定位器)，錨固段兩束線環中間設一隔離架，張拉段用塑料套管包裹，與錨固段相交處的管口應密封并用鐵絲捆扎牢固。

3) 保證鋼絲間有一定間隙，以保證灌漿后錨束內空隙填實充分， 鋼絲和桿體得到充分的握裹和保護。

4)在編排鋼鉸線時，同時安放2根注漿管，管口均設在下游端，其中1根為灌漿管，長度至上游孔口50～100 cm，另1根為回漿管，長度為300～400 cm；注漿管采用塑膠管，插入束線環或隔離架的中央。

錨索制作完成后，利用人工運輸。運輸過程中防止發生磨損，彎曲半徑不宜小于3 m; 同時運輸過程中防止發生磨損[10]。

在鋼鉸線組合成索和鉆孔完成后及時將錨索放入孔內。放入過程中，嚴禁上下抖動、來回扭轉和撞動，防止中途散束和卡阻，造成安裝失敗。穿束后錨索外露部分應用膠布包裹防止生銹(見圖8所示)。

圖8 錨索示意

3.6.3張拉前準備及張拉

1) 張拉前應對上、下游側的承壓面砼進行打磨至平整，使得砼面與鋼墊板接觸良好。

2) 為減小錨索張拉過程中對相鄰錨索應力的影響,應優化錨索張拉順序。閘墩錨索預應力時，要從中部向上下兩方向均勻施加預應力。

3) 對錨索采用一端張拉，先鎖定上游端錨索，實行下游段張拉。

4) 張拉機具就位后，應進行空載試運轉，檢查其運行狀態及可靠性[11]。

5) 張拉過程分4個階段:預張拉、張拉、鎖定設計噸位和補償張拉

6) 預張拉:錨索正式張拉前,先施加0. 2 P(P為設計張拉噸位,下同,分攤到每股鋼絞線為P/7)的預緊荷載,對鋼絞線進行逐根對稱張拉,使每根鋼絞線受力均勻,并起到調直對中的作用。

7) 錨索張拉過程:0.2 P預緊→0.25 P→0.5 P→0.75 P→1.0 P→1.1 P,除最后一次要求靜載持續30 min外,其余加載持續時間均為5 min。

8) 采用張拉應力控制為主，伸長值校核的雙控操作方法。張拉各級穩壓前后,均應量測鋼絞線的伸長值,若實測值與理論值相差超過10%或小于5%時,應立即停止張拉,查明原因并采取措施后，才能重新張拉。

9) 保持1.1 P的總荷載30 min,并測量此段時間內錨索的徐變位移量,若徐變值不超過1 mm,則認為錨索合格。

10) 錨索合格后，以小于0.2 P/min速率均勻卸載至P鎖定。張拉鎖定后48 h內,發現預應力損失超過設計張拉力的10%時,應進行補償張拉。補償張拉應在鎖定值基礎.上一次張拉至1. 1 P,補償張拉次數不能超過2次。

11) 根據要求進行實驗束張拉，試驗束的數量為5%，但不少于3束，在進行錨索試驗時,應認真記錄壓力傳感器的讀數,千斤頂的讀數以及試驗束在不同張拉噸位時的伸長值。

3.6.4封孔回填灌漿于錨頭保護

1) 封孔回填灌漿材料采用水泥砂漿或純水泥漿進行灌漿,漿液配合比應經試驗確定[12]，其7 d的抗壓強度應不低于M30。

2) 觀察出漿管排水、排漿情況,當排漿濃度與進漿濃度相同時,方可進行屏漿，屏漿壓力0.3～0.4 MPa,屏漿時間20～30 min。

3) 灌漿結束24 h后,如發現孔道漿體不飽滿,應采取必要措施進行補充灌漿。

4) 灌漿完成后,錨具外的鋼絞線除留存15 cm外,其余部分應切除，對錨頭采用厚度不小于250 um的醇酸或環氧類防腐涂料保護，并進行C30細石砼錨頭保護帽(見圖9所示)。

圖9 錨頭保護示意(單位：mm)

4 加固效果

右側邊墩、中墩及左側邊墩18束預應力錨索，終孔孔軸偏差實測范圍為20～90 mm，均符合設計要求。

錨索加固施工完成后，在閘墩上設置5個觀測點，對閘墩位移及沉降進行觀測，觀測頻率為每7 d觀測1次，經過半年的監測、觀察，閘墩未出現變形問題，錨索加固后閘墩穩固。監測點示意見圖10。

圖10 監測點示意

5 結語

本項目針對白盆珠水庫閘墩加固工程，工程施工過程中應用了預應力錨索施工工藝，克服了錨索鉆孔長、閘墩寬度小、孔軸偏差控制要求高，作業面懸空等復雜條件，目前，高精度預應力錨索加固工程已完成，實踐表明孔軸偏差全部控制在設計范圍內，保證了錨索施工質量和人員安全，產生了較好的經濟效益，得到業主等單位的好評，可為同類工程提供借鑒。