溪洛渡水電站右岸導流洞預應力錨桿快速施工技術

任 勇

(葛洲壩集團第二工程有限公司,四川成都 610091)

1 工程概述

溪洛渡水電站右岸 4#、5#導流洞下閘室段分別布置在 4#洞身 0+168.0～0+248.0段,5#洞身0+233.866～0+313.866段。導流洞開挖分上、中、下三層進行開挖,導流洞洞身閘室段在上層和中、下層開挖后將分別形成 14.5 m×34 m(高 ×寬)、30 m×34 m(高 ×寬)的特大跨度開挖斷面。

導流洞洞身閘室段頂拱及邊墻巖性為含斑玄武巖、角礫集塊熔巖。層內錯動帶及高、中、緩傾角裂隙較發育,部分巖性較好,裂隙閉合、無充填、微風化,腰線以上圍巖完整性及穩定性稍好,腰線以下圍巖完整性及穩定性較差,局部部位沿長大裂隙滲、滴水。總體上 4#、5#導流洞洞身閘室段屬Ⅱ、Ⅲ1類圍巖。

由于閘室段洞徑特別大,部分位置巖性偏差,洞室結構安全至關重要。為確保右岸閘室段在施工期巖體穩定及建筑物結構安全,避免發生重大地質災害,設計單位在原有錨噴支護的基礎上,對閘室段頂拱增設了 460根15 t預應力錨桿進行加強支護。

預應力錨桿沿閘室段頂拱梅花型布置,間排距均為 9 m,材料采用精軋螺紋鋼筋,直徑 32 m m。錨桿孔設計直徑為 48 m m,錨固段長 3.0 m,錨固段灌漿采用水泥漿、水泥砂漿或樹脂材料,要求水泥漿或水泥砂漿抗壓強度不小于 M 35,樹脂材料抗壓強度不小于 50 M P a,錨桿孔口承壓墊座尺寸為 150 m m×150 m m×10 m m,采用高強螺栓鎖定。預應力錨桿采用自由段無套管預應力筋,灌漿分兩次進行,錨固段灌漿及張拉錨固后,再對自由段進行二次灌漿。

2 施工方法的選擇

預應力錨桿在導流洞洞身閘室段上層底板平臺上進行,同時,要求必須在導流洞中層開挖推進至閘室段前全部完成預應力錨桿施工,總工期要求在 35 d以內,以免影響導流洞中、下層開挖;另外,預應力錨桿施工期間,閘室段交通不能中斷。

預應力錨桿均布置在閘室段頂拱部位,距底板高差 9.5～14.5 m。若按常規采取搭設腳手架施工平臺,排架搭拆周期長,對閘室段交通干擾大,快速鉆孔將造成洞內環境污染嚴重且效率低下,工期不能保證。若在現場臨時加工簡易移動式平臺將增加成本且搬移不便,不能形成規模化施工,同樣效率低下。經綜合比較,決定采用現場已有的大型液壓鑿巖臺車造孔,利用吊車液壓升降平臺作為錨桿安裝、張拉等作業施工平臺,省略了固定施工平臺,順利地解決了施工方法問題,靈活方便,實現了規模化施工,確保了洞內交通暢通。

3 設計優化與調整

預應力錨桿施工結構如圖 1所示。

首先,設計要求錨桿鉆孔直徑為 48 m m。但錨桿直徑就達 32 m m,造孔直徑僅大于錨桿直徑16 m m,從而導致進漿管與回漿管無法埋設;另外,三臂鑿巖臺車鉆桿的最大長度為 6 m,造 9 m深孔必須進行鉆桿套接后才能完成,鉆桿安裝連接套后,造孔直徑不能小于 65 m m。為了滿足施工要求,在征得監理工程師與設計同意后,將孔徑優化調整為 65 m m。

圖 1 預應力錨桿施工結構圖

錨固段若采用水泥漿或水泥砂漿錨固,施工難度大且不易控制,錨固段張拉前待凝時間長,無法實現快速施工。為此,借鑒龍灘及拉西瓦等工程預應力錨桿施工的成熟經驗,錨固段采用速凝型錨固藥卷,在確保設計要求強度的情況下,錨固段在灌漿完畢 24 h后即可進行張拉,從而實現了快速施工。

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孔口承壓鋼墊板為張拉的主要承力部件,張拉時承壓高達6.5 M P a以上。為了防止張拉過程中或張拉后承壓墊板發生變形、扭曲等,在征求設計同意后,將原設計的承壓鋼墊板尺寸 150 m m×150 m m×10 m m調整為 200 m m×200 m m×20 m m,施工更加方便,確保了張拉施工順利進行。

4 施工過程

4.1 施工程序

預應力錨桿的主要施工程序為:施工準備→鉆孔→清孔→內錨段速凝型錨固藥卷灌注→桿體安裝→封口→孔口墊座安裝→張拉→自由段注漿→外露錨桿桿體保護。

4.2 機械化造孔

預應力錨桿采用現場正在進行導流洞開挖支護施工的 H 175三臂液壓臺車造孔。造孔前,應根據設計圖紙要求對錨桿孔孔位進行測量放樣,定出孔位并用紅油漆標識。鉆孔時要求鉆桿垂直巖面,鉆孔平直,孔軸方向偏差不大于 1°～3°。由于多臂鉆鉆桿僅長 6 m,在鉆桿鉆進 5 m深左右時,安裝鉆桿連接套,再連接一根 3 m長鉆桿繼續鉆進至終孔,多臂鉆鉆進速度為 0.5～0.8 m/m in,造孔完成后,加大鉆臂水閥,邊沖邊退釬,沖洗鉆孔。鉆機就位后,15 m i n左右即可完成單孔造孔,造孔效率相當高。

4.3 內錨段灌注及錨桿安裝

利用吊車液壓升降平臺作為內錨段灌漿及錨桿安裝作業平臺,使用錨固劑風槍將速凝型水泥錨固劑藥卷打入內錨段,錨固劑藥卷經錨固劑風槍打入輸送管(1″P E管),再經輸送管打入內錨段孔底(錨固劑輸送管插入孔內距孔底 50 c m左右),每打入一卷錨固劑,輸送管向孔外拉出 5 c m左右,直至打入錨固劑藥卷 60支左右或孔內錨固劑距孔底 3 m處(內錨段長度為 3 m)結束。

錨固劑藥卷在打入前先在水中浸泡,浸泡時間控制在 2.5 m i n左右,浸泡直觀效果原則上以藥卷中心留有黃豆顆粒大小的白蕊或藥卷在水中不冒或冒少量氣泡為止。將錨固劑風槍工作風壓控制在 0.5～0.6 M P a左右,在風槍的風管輸入端安裝壓力表控制風壓。

在將錨固段速凝水泥藥卷打入結束后,立即進行預應力錨桿桿體安裝,采用在吊車液壓升降平臺上人工插桿,利用人工扶桿,吊車液壓升降臂將錨桿緩慢頂入,從而減輕了作業人員的勞動強度,錨桿桿體端部加 φ 40鋼管輔助送桿。

插桿前對錨桿桿體進行加工:預應力錨桿朝向孔底的一端應削尖。在距錨桿底部3 m處設止漿環,每 3 m設對中環一個,對中環采用 φ 6.5圓鋼與錨桿桿體焊接,外露端長 50 c m,端頭用砂輪切割機切平(套絲長 50 c m),以便于安裝與精軋螺紋鋼筋配套的螺母。在錨桿桿體自由段安裝進漿管(內徑 15 m mP V C管)和回漿管(內徑 8 m m硬質塑料管),回漿管應牢固綁扎在桿體上,管口端部距止漿環 15 c m。進、回漿管在孔口通過鋼墊板預留孔口引出。

錨桿桿體插入內錨段后,立即采用木楔(長 6～10 c m)進行錨桿孔口封口,以防止錨桿從孔內滑出。木楔應完全打入孔內,不得留出孔外,以免影響錨桿孔口鋼墊板的安裝和錨桿張拉。

孔口承壓墊座鋼墊板面應與錨孔軸線垂直,承壓墊座必須平整、牢固。若鋼墊板面與錨孔軸線不垂直,孔口外側可用快凝砂漿找平,砂漿強度增長應滿足 12 h承載 15 t張拉力的要求。

在充分利用吊車液壓升降平臺的情況下,內錨段灌漿及預應力錨桿安裝在 15～20 m i n即可完成單根錨桿施工,工效較高。

4.4 張拉與鎖定

在內錨段錨固劑灌漿完畢 24 h左右開始進行錨桿張拉。

張拉設備采用 T G-2000型扭力扳手。錨桿張拉前,對扭力扳手進行率定。施工中扭力扳手易損壞,要求每周率定一次。

張拉前,將鋼墊板套入錨桿,調整墊板與錨桿垂直后緊鎖螺帽。錨桿正式張拉前,取 20%的設計張拉荷載(即 3 t),對其預張拉 1～2次,使其各部位接觸緊密。

張拉力施加順序依次為:第一次張拉力為設計值的 25%(3.75 t),持荷 5 m i n后進行第二次張拉,張拉力為設計值的 50%(7.5 t),持荷5 m i n后進行第三次張拉,張拉力為設計值的75%(11.25 t),持荷5 m i n后進行第四次張拉,張拉力為設計值的 100%(15 t),最后一級張拉力達到設計值后穩壓 30 m i n結束張拉并鎖定。每張拉一次均應量測錨桿桿體的伸長值并作好原始記錄。張拉工效為 2根/40～50 m i n左右。

錨桿鎖定后 48 h內,若發現預應力損失大于錨桿拉力設計值的 10%時,應進行補償張拉。

4.5 自由段注漿

張拉結束后開始對錨桿自由段進行回填灌漿施工,灌漿采用純水泥漿,2S N S型灌漿泵注漿。在確認排氣管暢通后,才能進行孔內自由段注漿,自由段注漿應飽滿,當排氣孔不再排氣并有漿液溢出時,可結束自由段注漿。漿體凝固前,不得敲擊、碰撞和拉拔桿體。

自由段灌漿在一批(30～50根)錨桿張拉完成后集中進行,可實現規模化施工,單根錨桿自由段灌注平均耗時 3～5 m i n即可完成。

5 施工的合理組織

根據導流洞中層開挖施工的要求,從盡量減少與導流洞施工干擾出發,施工安排與該部位附近導流洞施工協調一致。造孔安排由 5#下游區→5#上游區→4#下游區→4#上游區依次分區分片進行。多臂臺車兼顧導流洞支護施工,在滿足導流洞支護造孔的前提下,及時協調進行預應力錨桿造孔,每批造孔量為 20～30個左右。造孔完成后,對已造孔部位及時開始內錨段灌漿及錨桿安裝作業,張拉作業滯后錨桿安裝作業 1～2 d進行。同時,安排液壓鑿巖臺車開始下一施工區的造孔作業,各作業程序根據施工強度合理均衡安排,搭接緊密,實現了流水作業,工程進展順利。

6 質量控制措施

預應力錨桿施工工序復雜,技術要求嚴格,為確保施工質量,施工過程中嚴格按照施工程序施工,每道工序完成并經檢查驗收后方可進入下道工序施工。除了嚴把程序檢查驗收關,對以下幾個質量重點做了嚴格的控制:

(1)對錨桿精軋螺紋鋼、錨固劑藥卷、水泥等重要材料,要求其相關資料齊全并進行進場抽檢,以確保材質優良。張拉前,首先對扭力扳手進行率定,率定合格后再用于張拉施工。施工過程中扭力扳手極易損壞,要求每周率定一次,以確保張拉精度。

(2)造孔是質量控制的關鍵環節之一,孔位必須經測量放樣并用紅油漆標識。液壓鑿巖臺車要選用經驗豐富,責任心強的操作手,開鉆前要認真調整好鉆臂方向,確保孔向垂直巖面后再開鉆,鉆桿勻速鉆進并不斷加水沖洗巖粉。鉆孔準確度高,不但確保了錨固效果,而且確保了插桿及承壓墊板安裝及張拉施工。

(3)內錨段灌漿是否密實是確保張拉成功的關鍵環節。首先要確保錨固劑藥卷浸泡充分,要求將浸泡時間控制在 2.5 m i n左右。其次,每打入一卷錨固劑,輸送管向孔外拉出 5 c m左右,要確保打入錨固劑藥卷 60支左右,填滿 3 m錨固段。

(4)張拉是預應力錨桿施工最重要的環節,嚴格按技術要求進行分級張拉,全過程嚴格監控并做好詳實、細致的原始記錄。

7 結 語

溪洛渡水電站右岸導流洞錨桿施工,在施工手段、設計優化、施工組織等方面均有一定程度突破,特別是多臂液壓鑿巖臺車的使用及造 9 m深孔的突破,將預應力錨桿施工至關重要的造孔環節實現了機械化快速施工,極大地提高了施工效率。在確保導流洞閘室段交通暢通及導流洞中下層開挖正常進行的情況下,閘室段頂拱預應力錨桿施工按預期進度目標進行,并取得了良好的效果。