预应力锚固技术住水电站坝肩边坡中的应用

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摘要：预应力锚固技术是加固水电站坝肩边坡的重要手段，本文针对某水电站具体施工过程，详述锚索施工中平台搭建、钻孔、锚索制作与安装、锚固段注浆、承压垫板浇筑、张拉、二次注浆等过程，结合具体的锚索施工成果与预应力评价，证明预应力锚固技术应用于水电站坝肩边坡的优越性。

关键词：预应力锚固技术 锚索施工 成果分析

1.工程概况与设计说明

某水电站左岸坝肩1240m高程处开挖坡面出现裂缝，裂缝走向N370W，缝宽0.8―1.2cm；结合工程勘察资料和现场观测资料，认为该部位裂缝发育较深，受风化、裂隙、开挖、卸荷等多方面影响，此处 边坡岩体极有可能出现失稳；研究决定采取避险加固处理如下：①采用OVM15-10 锚固体系，锚孔轴线方位S35°W，倾角为 22°；②结合工程固端结构、工程造价、施工难易程度等因素，决定采用 10 根150t 级全长有粘结的预应力锚索进行加固处理；③锚索孔直径130mm，外锚具采用 HVM系列；④左坝肩边坡岩体破裂区采用 C20 钢筋混凝土护坡保护；⑤采用 φ50mm 塑料管作为护坡排水孔；⑥于RS1-2、RS1-4、RS3-3、RS7-2、RQ3-2、RQ6-1等锚索布设 BGK-4900 150t 级测力计，测力计电缆装置根据现场情况确定即可；⑦150t级粘结式锚索其它技术参数如下：锚索长度Q型36m，S型44m；钢绞线10束，强度为1950MPa；内锚固段长度7.8m，砂浆强度M35；张拉段长度29―35m，砂浆强度M30；垫墩混凝土强度C30。

2.锚索施工过程详述

2.1操作平台搭建

脚手架采用φ11/2″钢管搭建，悬臂支架采用臂长3m的[10 槽钢搭设，并与喷锚支护的锚杆焊连，即搭建每孔位处3*3m操作平台。

2.2钻孔过程详述

①按施工图纸相关要求测放锚索孔位；②对钻机进行调整、支撑、焊接固定保证使用过程中不会移位；③校正钻机立轴钻杆，精确后完成开孔控制并开孔钻进；④钻孔采用SGZ- Ⅲ A 地质钻机回旋钻进；⑤锚固段钻进7.5m后，采集岩芯标号并装箱，岩芯采集率>9/10；⑥钻孔过程中若出现卡钻、烧钻、掉钻等特殊情况，须采用钻探技术进行专业处理；如出现孔壁垮塌、渗漏严重等现象，须采取固结灌浆处理；⑦终孔确定以达到设计深度为准，即钻孔取芯确认锚固端处于完整且坚硬的基岩之上；⑧钻孔记录，主要包括钻孔孔径、孔深、钻进速率、岩芯记录、回水情况、灌浆处理方法记录、事故处理记录等；⑨清洁孔位并做好孔口保护；⑩锚孔自检合格后，报现场监理单位签字验收工序、成果等。

2.2锚索制作详述

①锚索制作须保证锚索钢绞线清洁、无锈、无污、无损；②精确组装锚索，即使锚索导向帽、架线环（对中支架）、隔离架和止浆环满足要求；保证锚索整体平顺，即钢绞线与锚固段（包括张拉段）的灌浆管平行且无交错现象；③架线环沿锚束轴线方向的锚固段每隔1.5m 设置，隔离架沿锚束轴线方向的张拉段每隔 2.5m设置；④锚束钢绞线按一定规律编排并用铅丝绑扎成束；⑤锚头嵌固端与钢绞线两端牢固联结，其间嵌固端每根钢丝或钢绞线的长度保持一致；⑥锚索组装完成后报现场监理单位验收，验收合格后将合格的锚索收入存库。

2.3锚索安装详述

①安装前进行锚孔和锚索验收工作；②人工水平运输锚索，距离1米1人为宜，转弯不得改变锚索组装结构；③再次检查锚孔孔内、孔口清洁情况；检查锚孔孔号与锚索孔号是否一致；检查锚索弯曲、扭弯现象是否符合要求；检查锚索涂层损伤情况，若发现损伤现象应予以及时修复；检查锚索一、二次灌浆管畅通

情况和止浆环完整性；④锚索入孔安装人工为主，安装过程遵循“平顺、均匀”的推进原则；⑤锚索安装完成后，对外露索体及时采取防水措施，例如使用采用防水花油布包裹保护等；

2.4锚固段注浆

锚固段注浆浆液采用M35水泥砂浆（掺加适量早强剂和膨胀剂），浆液配合比经由试验室试验后报送监理单位批准执行方可；浆液实际灌注量=理论吸浆量+管路浆液损耗量。

2.5浇筑承压垫座

①清理垫座基础；②按照设计配筋图进行钢筋的制作与安装；③模板内侧涂抹脱模剂，并保证模板与岩石接触面位置不出现漏浆现象；④上报监理单位验收，经验收合格并签发合格证后，完成混凝土浇筑过程，混凝土必须振捣密实以保证使用强度；⑤锚垫板导管与锚孔定位完全匹配，以其二者中心轴线完全重合为准。

2.6张拉过程详述

①张拉准备阶段：编制报送张拉工艺说明书，其内容主要包括张拉工艺、程序、机具标定、质量控制措施、锚固段浆液强度资料、承压台座混凝土强度资料等；校验千斤顶、压力表、油泵，验收合格后方可进行配套标定（若标定间隔期限超过6个月、张拉设备经拆卸检修、压力表已受强烈撞击等须进行重新标定），配套标定的成果经监理单位审校批准后，将配套标定的仪表和机具交由专人保管；标定后绘制压力读数与张拉力相关曲线，指导现场张拉施工；②工作锚具安装：按照钢绞线编号将工作锚具依次序穿入孔内，并使其座落在锚垫板的对应位置上；对于设计安装测力计的锚索，应先安装测力计后安装工作锚具；③预紧张拉方式：采用单股钢铰线对称和分级循环方式；④整体张拉千斤顶安装顺序：预紧结束后，首先安装限位板或者限位顶压器，其次安装千斤顶，最后安装工具锚板；⑤张拉完成阶段：锚索张拉共分三级，第一级张拉力600kN、第二级张拉力1200kN、第三级张拉力1800kN，每级张拉持续荷载5min，张拉过程中的升荷速率不得超过设计张拉吨位的1/10；若发生下述情形，须进行补偿张拉：其一是锚索固定后预应力损失值超过设计张拉力值的1/10，其二是邻近锚索应力松弛值超过设计张拉力值的1/10，补偿张拉应在固定值基础上经一次或两次过程张拉至超张拉荷载（锚索固定采取回缩式并以限位板限制夹片退出量）；及时记录张拉过程，张拉应力须通过压力表控制并以伸长值校核。

2.7二次注浆与外锚保护

锚索张拉完毕后，经监理单位批准方可进行二次注浆，本工程使用C30水泥砂浆作为二次注浆浆液，注浆须注至孔口出现返浆为宜，使锚索自由段混凝土密实饱满以保护锚索体；二次注浆完成后，将锚固外钢绞束截留20cm左右即可；另外，二次注浆结束后，须将钢绞束端头（外锚具）使用C20 混凝土浇筑以达到封闭保护目的。

2.8工程质量验收

①施工材料质量验收：施工材料如水泥、钢筋、锚索构件（包括锚具、夹片和钢绞线等）、锚垫板等材料或者制作件经监理单位审批合格后方可使用；②施工机具质量验收：施工机具如张拉油泵、压力表、钻孔机具、制浆机等经校验合格后方可使用；③施工工序与质量验收：钻孔、锚索制作与安装、锚固段灌浆、承压垫座浇筑、张拉过程、二次注浆与外锚保护等工序的施工质量必须通过监理单位签认合格，而后进行质量评定。

3.锚索施工成果评价分析

3.1锚固成果评价分析

经现场实际试验与观测，锚索施工成果通过锚固（有效）荷载、锚固可靠性、锚索防护等质量指标评价分析如下：任一锚索的锚固（有效）荷载均达到或者超过设计标准，且锚固张拉系数平均达到1.15左右；任一锚索经张拉后，其实际伸长值与理论伸长值的误差平均值为±0.07，证明锚索锚固可靠性理想；水泥砂浆强度满足施工要求，为锚索安全防护提供永久性保证，且预注砂浆处理锚固段破碎或者不返水现象效果良好。

3.2锚索预应力评价分析

本工程于RS1-2、RS1-4、RS3-3、RS7-2、RQ3-2、RQ6-1等锚索布设 BGK-4900 150t 级测力计，其中RS7-2、RQ6-1测力计预应力呈非稳定下降趋势终至1650KN左右，最后趋于稳定状态；RS1-2、RS1-4测力计预应力呈非稳定下降趋势终至1620kN左右，最后趋于稳定状态；RS3-3、RQ3-2测力计预应力成非稳定下降趋势终至1630kN 左右，最后趋于稳定；经现场三个月左右持续观测，测力计预应力呈不同程度的上升或者下降趋势，经分析由工程周边工程开挖或者爆破所致。

4.结语

总之，预应力锚固技术符合本工程对施工质量、施工进度、施工安全、施工效益等方面的设计要求，而且证明预应力锚固技术具有如下优势：第一是利用并合理改造了被加固体的物理力学性能；第二是将被加固体改变为部分自承载体，提高了被加固体的稳定性和耐久性；第三是节省工程材料并保证工程质量，具有良好的经济效益。

参考文献

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[3]张发明，等.岩质高边坡预应力锚固问题研究[J].河海大学学报，2008，（6）：73-77.