大吨位预应力锚索施工工法.doc

大吨位预应力锚索施工工法武警水电三峡工程指挥部预应力锚索施工是通过施加主动力来加固边坡上规模较大的不稳定块体，限制边坡因卸荷和爆破引起的较大范围的受损区进一步发展和恶化，改善边坡的应力、变形条件和稳定性的一项施工方法。岩土锚固是充分挖掘岩土潜能，提高岩土工程稳定性和解决复杂的岩土工程问题的最经济最有效的方法之一，它广泛运用于高边坡稳定与滑坡治理、地下隧洞与地下工程的锚固、深基坑锚固和坝体与基础工程锚固等领域。已经在我国工的程建设中产生了巨大的经济效益和社会效益，并将发挥着愈来愈大的作用。1 特点预应力锚索具有充分利用预应力钢绞线的高抗拉强度，砼和岩土的抗压强度、对岩土及砼扰动较小、施工灵活、受力可靠和主动受力等特点，是一种高效和经济指标较优的实用工程技术。施工简便，布置简捷，能够提高工程的稳定性，改善应力条件，增加工程运行安全度。2 适用范围本工法主要适用于深基坑支护和高边坡加固支护、水工大坝加固、边坡及滑坡支挡、大型地下洞室支护等领域。3 工艺原理在岩体中钻孔，穿入钢绞线编制的锚索，并将内锚段灌浆固结，再通过施加在索体上的主动力，锁定锚头，达到岩体、砼的稳定变形的要求。4 工艺流程及操作要点4.1 工艺流程搭设排架 测量定位 钻孔、冲洗 验孔锚索安装 墩头砼浇筑 编束 验束 锚索水平运输内锚段灌浆 锚索预紧 分级张拉、锁定 张拉段灌浆 墩头保护4.2 操作要点4.2.1 造孔： 在钻机工作的脚手架施工平台上，采用增加脚手架钢管和在边坡上连接插筋，增强排架的刚度，保证钻机在钻孔时的稳定，防止在钻进时排架“漂移”；使用高精度经纬仪、罗盘、水平仪及先进的全站仪进行开孔定位。开孔进尺5m后重新对孔斜进行校核，根据钻进情况，必要时采取纠偏措施（导直器、扶正器等），调整钻进参数，30m后起钻杆检测孔斜；根据试验，选配合理的钻进行参数。4.2.2 验孔：在要测设的锚索孔内放置一可见光源（一般采用手电筒），可见光源由每6m（此外还有1m、2m钢管各一根）、直径15的钢管组成的长杆送到指定的位置，将手电筒和钢管固定好，然后将经纬仪架设于离孔口1m左右之处，再由经纬仪寻找出要测设位置的光源，并测出在指定位置的方位角、倾角，同时记录下此时该设位置距孔口的点距，依同样的程序逐次将一个锚索孔内的各位置要素值测出来，然后分别计算出终孔坐标及终孔方位角偏差、水平向位移L、方位角偏差Z、倾角偏差H、终孔点位误差。如果在测斜过程中，因锚索孔为弧形，对光源不可见，再使用磁方位摄影测斜法进行补充，并将终孔的各项指标与经纬仪所测得的数值一起作为单个锚索孔的最终验收成果。4.2.3 编索：锚索下料长度应按锚索实际孔深、锚具厚度、张拉设备长度、锚索测力计厚度和调节长度的总和考虑，钢绞线采用砂轮锯切割。编索采用车间生产方式，将钢绞线平放在车间工作平台上，对单根钢绞线进行除污、除锈并编号，按结构要求编制成束后对应锚束孔号挂牌。4.2.4 穿索：编制好的锚索用人工或汽车水平运输到相应的部位，采用人工、滑轮挂钩或小型吊车将锚束运送到相应的施工排架平台上，人工穿索，穿索时保持索体平顺。4.2.5 胶结式锚固段的施工：采用先安装锚索后灌浆的方法，灌浆前先对锚索的止浆环阻塞效果进行检查，防止浆液从锚固段渗入张拉段胶结钢绞线，一般采用有压压水试验，根据回水压力孔口水流来判定，以孔内的浆液形成有压循环灌浆为宜。4.2.6 垫墩混凝土浇筑：混凝土垫墩内设置的钢套管、钢垫板、钢筋网及灌浆套管采取车间加工，现场调整安装。安装前将孔口周围岩面清理干净并处理松动块体，安装时保证钢套管中心线和钻孔轴线重合，钢垫板与钻孔轴线垂直。混凝土垫墩宜采用R7350混凝土，采用小型拌合机拌制，用汽车运送到工作面，采用人工喂料，管式振捣器分层振捣密实，特别注意边角部位。4.2.7 预紧与张拉：先对单根钢绞线进行预紧张拉，采用多次循环的方法进行，前后两次预紧伸长量不超过3mm；整体张拉时，根据张拉吨位来确定分级的吨位和级数，每级张拉结束时需要稳压一定的时间（一般为7min），一般达到最终设计吨位结束张拉时要稳压的时间更长些（宜采用30min），以减少应力损失，达到锚固效果。对每级伸长量进行测量，并与理论伸长值进行对比分析，误差控制在允许范围时。4.2.8 封孔灌浆：张拉锁定后立即进行封孔灌浆，采用有压循环灌浆，回浆浓度与进浆浓度相同后方能结束灌浆。4.2.9 外锚头保护：锚束张拉锁定后的外露束体预留50mm，其余部分采用砂轮切割机切除，将工作锚具、预留束体清洗干净及垫座混凝土凿毛后，进行涂环氧保护层和浇200mm厚二期混凝土的保护帽。5 材料5.1 锚索体材料使用抗拉强度可达到1860Mpa的低松驰钢绞线或强度更高的低松弛钢绞线，国内生产的厂家有江西新余、无锡金羊、天津金弓、江苏新华等品牌钢绞线厂家。5.2 锚具选用以适合钢绞线为宜，主要类型有JM、XM、QM、OVM及HVM等。5.3 注浆材料所用水泥浆或水泥砂浆以高强、早强、微膨胀、可灌性好、对钢绞线不产生锈蚀和应力损失为宜。浆液的配合比根据试验选用。水泥:525微膨胀普硅水泥，主要有湖南石门水泥厂生产的“坝道”牌普硅525#水泥和湖北荆门葛洲坝水泥厂生产的“三峡”牌普硅525#水泥。外加剂：根据工程特点和试验选用外加剂的的种类和掺量,减水剂采用广东三水银海化工有限公司生产的GYA高效减水剂和基利士有限公司生产的DM-100型高效减水剂，膨胀剂采用的是郑州长城铝业开发总公司水泥厂生产的AEA混凝土膨胀剂。三峡永久船闸工程锚索浆液、混凝土设计强度：内锚水泥净浆R7350、外锚水泥净浆R28350、墩头混凝土R7350。水泥净浆及混凝土参考配合比见表1。表1： 锚索水泥净浆、混凝土参考配合比表设计标号水胶比每方材料用量（kg）备注水水泥砂瓜米石AEAJG2（固体）R7350净浆0.3550513281157.22AEA膨胀剂代替水泥8R28350净浆0.46.71R7350砼0.32716 机具设备6.1 测量设备可采用捷创力520全站仪（测量精度为2、测距精度为22ppm）、拓普康SL3测距仪（测距精度为22ppm）、蔡司010经纬仪（测量精度为2）和苏光J22经纬仪（测量精度为2）。6.2 锚索钻机主要选用经改进和研制的DKM1型轻便型钻机、MZ165D钻机和MGJ50D微小型钻机。6.2.1 DKM1型轻便型钻机的主要技术指标：施工口径59180，推进压力20kN，转速2030r/m，21kW电动液压，重1100kg，浮动式动力头（长2.75cm）钻机，配备89双壁钻杆，可作水气并管钻进。6.2.2 MZ165D型钻机是重庆探矿厂对宣化英格索兰MZ165型钻机的改进型，其主要技术指标：钻机机身长2.6m，重1900kg,22kW电动液压钢绳推进提升，压力68kN，可施工口径65165，转速0100r/m，浮动动力头，底盘可水平推移滑动，配套108钻杆，150扶正器，可作水气混合钻进。6.2.3 MGJ50D微小型钻机是重庆探矿厂产MGJ50型钻机的改进型，其主要技术指标：钻机机身长2.5m、重760kg、11.5kW电动液压链条推进提升，压力14.622kN，可施工口径65180、转速32183r/m，卡式动力头。配套108和150扶正器。6.3 注浆机具根据浆材选用砂浆泵或灰浆泵，常用的砂浆泵有四川绵竹五金机械厂生产的150/150型砂浆泵，灰浆泵有杭州市建筑机械厂生产的UBJ-2型灰浆泵等机具。6.3.1 150/150型砂浆泵是隔膜式单缸作用往复泵，砂浆泵的动力是Y132N-4型电动机，流量150l/m，水平输送距离200米，垂直输送距离40米，具有操作方便的特点，主要用于粒度小于5毫米的细骨料压力灌浆。6.3.2 UBJ-2型灰浆泵采用挤压原理输送灰浆，流量35l/m，水平输送距离80米，垂直输送距离20米，建议浆材为纯水泥浆时采用UBJ-2型灰浆泵。6.4 预紧张拉设备6.4.1 预紧设备采用的是YDC240Q、YCD-18、YCQ-23、YKD-18和YC25A等型号，根据不同的预紧吨位来选用相应的型号。6.4.2 张拉设备采用的是YCW150、YCW-250、YC20Q-150、YC18-100和YCW-400等型号，根据不同的预紧吨位来选用相应的型号。6.4.3 油泵采用的是ZB4-500和ZB4-500S型油泵。6.5 切割钢绞线设备可以采用电动砂轮切割机，具有操作简单，移动方便的特点。7 劳动组织及安全7.1 劳动组织锚索工程施工属于多工序施工，工序间的间隔时间作了严格规定。如端头锚索在钢绞线进孔后，必须在24h内进行内锚段封闭灌浆。再加之有的工序施工需要的劳动力特别多，如锚索的运输入孔，按30m来算大致需要20人左右，而别的工序则最多需要10左右，施工人员的合理配置和组织是一个关键。所以各个工序之间的衔接组织显得特别重要，各工序的劳动力组织安排如下表2。表2 大吨位锚索施工组织人员分配表分工人员/班职责范围备注现场指挥1全面负责施工现场工作，及时处理各项技术质量事宜现场调度1负责施工工序人员的协调和工作的安排现场技术负责2负责现场施工质量监督和技术措施的处理工序测量3负责锚孔的孔位放样、孔斜校核、检测造孔3负责钻孔机械的管理编索4负责钢绞线的清尘和按结构图编索穿索20负责锚索的运输和入孔按30m计锚固段灌浆4负责锚固段的固结灌浆限端头锚预紧张拉3负责钢绞线的预紧和张拉工序自由段灌浆4负责自由段的封闭灌浆保护3负责锚索外墩头的保护施工7.2 生产安全锚索工程大多是在高排架上施工，采用本工法应遵守国家和地方建筑工程有关安全施工的规程和规定，同时遵守以下规定。7.2.1施工排架的搭设符合规程要求，施工排架上的操作平台应铺满跳板，跳板接头搭接牢固，施工平台边缘设置护栏和安全网。7.2.2在施工生产期间，设置专职安全员对施工现场进行巡视，对危险地段要加大巡视力度，设置安全警示标牌。7.2.3 对上下层交叉作业的施工排架，要有安全可靠的保证的措施。8 质量要求本工法施工必须遵照水工预应力锚固施工规范（SL4694）执行外，还应突出下列质量管理要求。8.1 施工中的水泥浆或砂浆配合比按规范要求进行现场试验确定。8.2 施工中的水泥、外加剂、钢绞线和钢材等各种原材料均有厂家的质量保证书，并按试验规程规范要求进行检测。8.3 注意粘结钢绞线在高应力状态条件下的保护，也就是钢绞线在张拉施加预应力后，如不及时进行水泥浆或水泥砂浆的保护，钢绞线在高应力下应力损失很快，一般不超过24小时为宜。8.4 预应力锚索在进行封孔灌浆时，要求注浆密实才有利于钢绞线的保护，实际施工中采用有压循环灌浆，并浆时间保证在30min左右。9 效益分析对于边坡的加固，采取预应力锚索的加固方案可节省50的工期，同其它加固措施比较，还可节省投资2050，而且也是对边坡扰动最小的一种加固方法。如在漫湾水电站，根据竣工后的经济分析，采用锚索支护方案与其他方案比较节省造价40以上。10 应用实例大吨位预应力锚索应用最早的是安徽梅山水库大坝基础处理加固(1964年)，共安装了110根3240kN的预应力锚索。之后19741982年湖南双牌水库共安装了27根3250kN的锚索，成功地对大坝基础进行了加固。近10多年来，大吨位预应力锚索施工在我国发展十分迅猛，已广泛应用于水工大坝加固、边坡及滑坡支挡、大型地下洞室支护及深基坑支护等诸多领域，在漫湾水电站边坡治理中，采用了1000kN级1371根，1600kN级20根，3000kN级859根，6000kN级21根，在天生桥二级电站，采用1200kN级224根，黄河小浪底出口边坡共使用锚索351根，目前三峡永久船闸高边坡加固广泛运用预应力锚索，已实施3000kN级4367根。第 10 页