浅析水电站预应力锚索施工控制
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【摘要】本文主要从某地某一级水电站为例详细说明了锚索设计、锚索施工过程中质量控制、锚索保护等问题。
中图分类号： TV6文献标识码： A
一、前言
我国水力资源丰富，随着我国人口的逐渐增多，水电站被越来越多的建立起来。水电站预应力锚索的施工质量越来越受到施工单位的重视。
二、工程概况
某地一级水电站位于河流上游,新疆自治区尼勒克县境内,是新疆在建的最大的水电站,大坝为混凝土面板堆石坝。BT20塌滑体(简称“BT20”)位于大坝右岸坝区内桩号趾0+456上方,出露岩性为角砾凝灰岩及英安质晶屑凝灰岩,岩石节理非常发育,构造断层分布较多,自下而上分为BT20 1、BT20 2和BT20 3。为防止大坝蓄水后BT20塌滑而影响大坝运行安全,根据设计要求,BT20 1应予以挖除,BT20 2和BT20 3应予以开挖减荷并进行预应力锚固施工。预应力锚固施工主要包括分布在BT20 2上的25根40m长2 000 kN级无粘结预应力锚索和分布在BT20 3上的20根40 m长1 000 kN级无粘结预应力锚索。锚索间排距为5m×5 m,每排5根,梅花桩布置。2 000 kN级预应力锚索第一排孔的高程为1 399 m,1 000 kN级第一排孔高程为1 435m,锚索孔方位角为NE60,倾角下倾10°。
三、 锚索设计
1.锚索设计材料利用强度：国内外岩土工程锚索设计强度一般考虑材料强度有一定的安全储备而采用材料保证强度的60%左右。现行《水工预应力锚固设计规范》（SL212-98）“对岩锚、锚索设计张拉强度系数不大于0.69”。国内部分已建工程锚索材料利用强度为0.55~0.65倍，平均0.62倍，超张拉时为0.66~0.75，平均0.705。 苏家河口水电站厂房工程1800KN锚索采用12根φ15.24mm1860级高强度低松驰钢绞线，锚索设计强度利用系数为0.602，超张拉时0.686。
2.内锚固段长度的确定：确定内锚固段长度时，主要考虑内锚固段能否满足锚索不从胶结材料中拔出及锚索胶结体不沿孔壁产生位移，同时考虑一定的安全储备。假定锚固段的锚索为等直径，锚索体从胶结材料中拔出，则按有关公式计算锚固长度。 3.锚索锚头设计：锚索锚头由钢筋混凝土垫墩、钢垫板、工作锚具等部件组成。垫墩是锚索体的纯受压构件。锚墩为上小下大的梯形断面，保证传力面积大且均匀传力。锚墩设计尺寸如下：顶部为0.54×0.54m，底部为1.86×1.86m，随着地质条件的变化，锚墩尺寸可灵活变动。锚墩顶部设钢垫板，尺寸为350×350mm，厚50mm，其中心正交焊接一薄壁导向钢管，设置导向钢管作用是保证锚墩表面与锚索轴线垂直，锚墩内设置5层钢筋网，在孔口钢管周围设置螺旋筋，钢筋直径均为φ12mm。
四、锚索施工过程质量控制
1.锚索钻孔 锚索钻孔孔位坐标误差不大于10cm，钻进过程中及时纠偏并测量孔斜，终孔孔轴偏差不大于孔深3%，方位角不大于2°；锚索终孔孔深应大于设计孔深40cm，并不小于设计孔径10mm。 成孔过程中可能出现掉块、卡钻、起钻塌孔，成孔难度极大。根据孔壁坍塌、岩体破碎情况，采取套管或灌浆等方法固壁。 2.锚索编制、存放 现场编索场地尽可能选在靠近锚索孔附近，场地应有防雨、防潮、防污染措施，钢绞线卷盘挂牌架空存放并覆盖。束体最好随加工随用，并进行检查、标识。 锚索体编制时先根据设计锚索吨位控制单根锚索下料长度（设计孔深＋锚墩厚度＋锚具长度＋千斤顶长度＋测力计（针对监测锚索）），下料后确定出锚固段长度并按照设计要求锚板间距尺寸进行锚板、挤压环安装，最后安装索端导向帽，导向帽应与第一组锚板焊接于一体。 锚索制作成后，经检验合格进行编号、挂牌，并注明锚索体对应的锚索孔号。索体按编号整齐、平顺地存放在锚索制作支架上，并对的钢绞线进行防护处理。锚索体在制作过程中应防止因使用不当损坏钢绞线的PE套管。 3.锚索运输、下索 大岗山右岸边坡锚索采用人工运输锚索，并人工配合锚索钻机下索。锚索运输中每2m有一人支撑，锚索运输至边坡时，双保险捆绑锚索，在锚索与边坡接触处利用钢管垫底，避免锚索进孔过程中磨损。当人工穿索困难时，利用锚索钻机的力量帮助人工下索，将锚索索体捆绑在钻机钻杆上，循序送进。
4.锚索灌浆
锚索灌浆前，锚索必须提供灌浆记录仪和压力表的合格率定资料，并检查仪器是否能正常工作。压力表分孔口压力表和出浆口压力表，对讲机是灌浆必不可少的通信设备。灌浆中常见问题及解决办法。
5.锚墩浇筑
在锚墩浇筑过程中，除了严格遵守一般的混凝土浇筑要求外，需特别注意锚垫板孔径与锚索孔径需保持一致，以避免在后期的张拉过程中对钢绞线伸长值产生影响。
6.钢垫板锚墩安装。钢制锚墩在安装过程中，一定要严格控制好以下几个工艺环节：
（一）孔口段必须保证锚索周围的空间，在钢板下加钢套管或PVC管，保证锚索不偏心，与孔轴线一致，以保证张拉过程中钢绞线不出现剪断丝。
（二）阚板采用书12～14插筋点焊固定或采用螺杆配螺母固定，钢板与砂浆贴紧采用在钢板上设键槽，增加调节余地可解决螺杆对中时精度不够的问题。
（三）顺下松动或破碎岩层必须清除干净，以免发生岩块压碎破坏而影响锚索的整体锚固效果。
（四）采用7dM40水泥砂浆，且层厚应不小于50mm。这样既可保证钢筋网的保护层，也可起到应力调整的作用。
（五）孔口段埋设二次进回浆管进行封孔注浆，回浆管必须布置在孔口上部，进浆管布置位置可根据孔口岩面情况进行调整，以保证孔口段砂浆饱满。 7.张拉锁定。安装工作锚具时锥形孔及夹片表面应保持清洁，工具锚夹片可涂少量剂以便卸锚。工具锚与工作锚的孔位必须一致，不允许在千斤顶内出现钢绞线交叉现象。
利用钢垫板刚性锚墩代替混凝土锚墩是安全可靠的，而且完全满足规范和设计要求，采用钢垫板刚性锚墩对原侧墙岩层扰动小，有利于保证岩壁的整体稳定性，且施工简便，安全性高，而且可明显节约工期，实用性较高。
五、锚索保护
锚索张拉结束后应根据监测锚索情况看是否需要补偿张拉，在补偿张拉结束后卸下工具锚及千斤顶，并预留出足够长度的钢绞线，外锚头采用二期混凝土保护，二期混凝土浇筑前先对外露头、钢垫板表层进行清理，并涂刷一层水泥浆。整个锚索施工完毕后应加强防护。
（1）在整个锚索的施工工序中广泛应用信息法施工，即随时根据钻孔、灌浆及张拉工序的实际状况，及时调整锚索参数。这种做法不仅可以有效的提高施工进度，而且可以真实的反映山体被锚索锚固的实际情况。
（2）针对边坡深层不同程度的地质状况，可交替选取无粘结和有粘结的锚索，来有效地锚固边坡变形。有粘结的锚索施工的难点在于如何有效地确保止浆包的止浆效果。
（3）在锚索孔道灌浆过程中，对于不能达到灌浆结束标准的，采取降压、限流和间歇灌浆的方式来确保锚索的灌浆质量。
（4）在锚索施工过程中，因施工需要，可以考虑采用钢垫板临时代替锚墩进行张拉，以应对山体的突然变形情况。
六、结束语
锚索整体施工质量的基础，也一项复杂的工程，中间出现质量问题很难补救，所以在整个施工过程中对质量控制应该更加严格。
参考文献：
[1] 水工预应力锚固设计规范（SL212-98）.
[2]水电水利工程预应力锚索施工规范（DL/T5083-2004）.
[3]赵兴安，杜宜兵，陈国平，自由式拉压复合型预应力锚索在金河水电站厂房后边坡处理中的应用，四川水力发电，2003年3期，