白鶴灘水電站泄洪洞預(yù)應(yīng)力錨桿生產(chǎn)性工藝試驗成果分析

陳　斌，　朱 毓 杰,　劉　寧

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第七支隊,湖北 武漢　430200；2.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都　611130；

3.中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，重慶　401320)

白鶴灘水電站泄洪洞預(yù)應(yīng)力錨桿生產(chǎn)性工藝試驗成果分析

陳斌1，朱 毓 杰2,劉寧3

(1.中國人民武裝警察部隊 水電第七支隊,湖北 武漢430200；2.中國人民武裝警察部隊 水電第三總隊，四川 成都611130；

3.中國人民武裝警察部隊 水電第八支隊，重慶401320)

摘要：白鶴灘水電站左岸泄洪洞系統(tǒng)錨桿支護設(shè)計采用了普通砂漿錨桿和預(yù)應(yīng)力錨桿兩種支護形式，其中預(yù)應(yīng)力錨桿施工技術(shù)要求高，工序銜接要求緊密。為保證施工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，在預(yù)應(yīng)力錨桿施工前需進行生產(chǎn)性工藝試驗，以確定預(yù)應(yīng)力錨桿套件規(guī)格、錨固劑用量、工藝方法等施工參數(shù)。結(jié)合該泄洪洞施工實際，采用三組試驗(錨固劑藥卷用量及注漿密實度試驗、內(nèi)錨段長度試驗和現(xiàn)場工藝性試驗)確定了預(yù)應(yīng)力錨桿錨固段長度為3 m，錨固劑藥卷用量為73支，采用二次注漿施工工藝，取得了較好效果。

關(guān)鍵詞：泄洪洞；預(yù)應(yīng)力錨桿；施工工藝；試驗；白鶴灘水電站

1工程概述

白鶴灘水電站泄洪洞土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程第Ⅱ標段洞身支護工程采用了預(yù)應(yīng)力錨桿作為漸變洞段、柱狀節(jié)理帶、Ⅳ類圍巖的重要支護形式。預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計規(guī)格為φ32，L=9m，T=150kN，約1.1×104根。為確定預(yù)應(yīng)力錨桿的施工工藝，我部于2014年10月7日至10月17日開展了預(yù)應(yīng)力錨桿生產(chǎn)性工藝試驗。在借鑒其它類似工程施工經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合白鶴灘水電站的實際情況，對本標段預(yù)應(yīng)力錨桿內(nèi)錨段采用錨固劑藥卷，自由段采用緩凝水泥砂漿為錨固材料進行了現(xiàn)場試驗。按自由段注漿施作先后的不同，本次試驗分兩種工藝進行：①一次注漿工藝，即內(nèi)錨段錨固劑和自由段砂漿先后一次注入，然后再安插錨桿，待內(nèi)錨段終凝后、自由段初凝前進行張拉鎖定；②二次注漿工藝，即先灌注內(nèi)錨段錨固劑，隨后安插錨桿，再張拉錨固，最后對自由段進行第二次注漿封閉。

2主要試驗器材

2.1試驗管(孔)及鋼筋規(guī)格型號

(1)試驗一(錨固劑藥卷用量及注漿密實度試驗)：

3根φ68(內(nèi)徑)、L=8.5mPVC管；3根φ32、L=9m鋼筋。

(2)試驗二(內(nèi)錨段長度試驗)：

6個φ64錨桿孔：孔深分別為2m、3m、4m，各2個孔；6根φ32鋼筋：長度分別為L=2.1m、L=3.1m、L=4.1m，各2根。

(3)試驗三(現(xiàn)場工藝性試驗)：

6個φ64錨桿孔，孔深8.5m；6根φ32、L=9m鋼筋。

2.2試驗使用的其它器材

(1)錨固劑藥卷：選用由鞏義市豫源建筑工程材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的MJK4型速凝卷狀高強錨固砂漿，產(chǎn)品規(guī)格為φ32×225mm；

(2)緩凝減水劑：選用由江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的PCA-Ⅰ型混凝土高性能緩凝型減水劑；

(3)緩凝砂漿：M30錨桿砂漿，配合比見《預(yù)應(yīng)力錨桿砂漿配合比試驗報告》；

(4)扭力扳手：大小量程扭力扳手各1把：TG200-1000N·M型、NB-2000A型；

(5)錨桿桿體：采用無銹、順直的整根鋼筋加工(φ32、L=9m)，桿端車絲長度為50cm，在桿體上每間隔3m設(shè)置對中支架，對中支架采用3根φ6.5短圓鋼筋品形分布點焊在桿體上，附件包括：200mm×200mm×8mm錨墊板及六角螺帽、φ20/28mm進漿管和φ14/20mm回漿管；

(6)其它器材：空壓機一臺、氣壓風(fēng)槍一把、浸泡錨固劑用水桶一個、注漿機一臺、托盤秤一臺、砂漿稠度儀一臺，袋裝水泥和經(jīng)預(yù)篩分的人工砂若干。

2.3原材料室內(nèi)試驗

(1)錨固劑。

本次試驗所采用的錨固劑為鞏義市豫源建筑工程材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的MJK4型速凝卷狀高強錨固砂漿，產(chǎn)品規(guī)格為φ32×225mm，其主要性能檢測成果見表1。

表1　錨固劑主要性能檢測成果表

(2)緩凝砂漿。

本次試驗采用由江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的PCA-Ⅰ型混凝土高性能緩凝型減水劑拌制緩凝砂漿，其主要性能檢測成果見表2。

表2　緩凝砂漿主要性能檢測成果表

3試驗方法及過程

3.1試驗一：錨固劑藥卷用量及注漿密實度試驗

2014年10月7日下午，在泄洪洞鋼筋加工廠進行了PVC管模擬試驗，以確定錨固劑用量并檢查注漿密實度。根據(jù)試驗所采用材料規(guī)格經(jīng)理論計算得知3m試驗管需注入MJK4型錨固劑藥卷數(shù)量N為：

N=[(φ1/2)2×3.14-804.2×3 000/[(φ2/2)2×3.14×L]

式中φ1為PVC管內(nèi)徑，68 mm；φ2為錨固劑藥卷直徑，32 mm；L為錨固劑藥卷長度，225 mm；φ32錨桿公稱截面積為804.2 mm2，即：

N=[(68/2)2×3.14-804.2]×3 000/[(32/2)2×3.14×225]≈47(支)

考慮到鉆孔尺寸偏差、藥卷浸水后體積變化和風(fēng)槍管路損耗等差異因素，參考類似工程經(jīng)驗并經(jīng)現(xiàn)場用4 m長PVC管試注，估算富余系數(shù)k取1.55，則N=47×k≈73(支)

現(xiàn)場取3根L=8.5 m PVC管作模擬試驗，采用風(fēng)槍分別注入83、73、63支錨固劑藥卷，再用綁好的L=9 m的回漿管插入，然后注入緩凝砂漿并封堵管口。待7 d齡期后，剖管驗證實際錨固劑充填長度并檢查注漿密實度，其檢測數(shù)據(jù)見表3。

表3　PVC管模擬試驗成果表

注：①剖管后觀察整個固結(jié)漿體均勻飽滿、表面光潔、顏色基本一致，用小錘敲破漿體找出錨固劑與砂漿的分界面，準確測量得出錨固劑的實際充填長度；②注漿密實度用錨桿無損檢測儀實測檢查。

通過剖管驗證實際錨固劑充填長度，推算得出3 m錨固劑需用量精確值：81支、76支、77支，取平均值，即為78支，由此可以確定：3 m長度φ68內(nèi)徑PVC管的錨固劑藥卷用量為78支。

PVC管與鉆孔的差異分析：3 m長度φ68內(nèi)徑PVC管的錨固劑藥卷用量為78支，其填充體積為[(68/2)2×3.14-804.2]×3 000=8 476 920(mm3)，而實際鉆孔的φ64孔徑3 m長的體積為[(66/2)2×3.14-804.2]×3 000=7 845 780(mm3)(考慮多臂鉆鉆孔實際孔徑略大于鉆頭直徑，計算式取66 mm)，由此可知：現(xiàn)場實際施工的3 m長錨固段需用錨固劑藥卷量為：N’=7 845 780×78÷8 476 920≈73(支)。

錨桿無損檢測結(jié)果顯示，3根PVC管模擬錨桿密實度均大于90%，滿足預(yù)應(yīng)力錨桿的質(zhì)量要求。

3.2試驗二：內(nèi)錨段長度試驗

2014年10月13日，在1#泄洪洞邊墻位置進行了現(xiàn)場內(nèi)錨段長度試驗。試驗為短錨桿，共6根，即內(nèi)錨段長度分別為1 m、2 m、3 m，各兩根，自由段均為1 m。根據(jù)試驗一，計算得錨固劑用量分別為25支、49支、73支。在邊墻布置水平錨桿孔φ64，孔深2 m、3 m、4 m，各兩個孔，內(nèi)錨段注漿采用風(fēng)槍，風(fēng)壓為0.4～0.6 MPa，錨固劑藥卷浸水時間為50～70 s，錨桿φ32，L=2.1 m、L=3.1 m、L=4.1 m，各兩根，車絲長度為50 cm，螺帽、墊板配套，扭力扳手經(jīng)過率定。試驗先用小量程扭力扳手、后用大量程扭力扳手逐級張拉，同步檢查錨桿是否松動以判定最大錨固力。經(jīng)過張拉，內(nèi)錨段長度為2 m、3 m的四根錨桿均達到225 kN，大于超張拉力的要求，內(nèi)錨段長度為1 m的兩根錨桿張拉至120 kN時，桿體被拉得松動。由該試驗可知，采用MJK4型錨固劑藥卷作內(nèi)錨段材料，內(nèi)錨段為2～3 m時所承受的拉力滿足設(shè)計要求。結(jié)合類似工程經(jīng)驗，實際施工中推薦內(nèi)錨段的長度為3 m。

3.3試驗三：現(xiàn)場工藝性試驗

(1)第一次試驗(一次注漿工藝)：

2014年10月13日13：59至15：05，在1#泄洪洞K0+740～K0+760頂拱位置進行了生產(chǎn)性試驗，根據(jù)前兩次試驗確定的參數(shù)，在頂拱用多臂鉆造3個錨桿孔。錨桿孔徑為64 mm，孔深8.5 m，錨桿φ32，L=9 m，車絲50 cm，螺帽、錨墊板配套。采用一次注漿工藝：內(nèi)錨段長度為3 m，內(nèi)錨段采用風(fēng)槍注裝MJK4型錨固劑藥卷73支，自由段采用注漿機灌注緩凝砂漿，內(nèi)錨段和自由段注漿結(jié)束后，采用吊車平臺配合人工安裝錨桿。同日晚21：18至次日01：30對注裝完成的三根錨桿進行了張拉，滿足設(shè)計張拉要求。

7 d齡期后進行無損檢測，一次注漿工藝三根錨桿的密實度均大于90%，滿足設(shè)計要求。

(2)第二次試驗(二次注漿工藝)：

2014年10月17日，在1#泄洪洞K0+740～K0+760頂拱位置進行了生產(chǎn)性試驗，根據(jù)前兩次試驗確定的參數(shù)，在頂拱用多臂鉆造3個錨桿孔。錨桿孔徑為64 mm，孔深8.5 m，錨桿φ32 ，L=9 m，車絲50 cm，螺帽、錨墊板配套。采用二次注漿工藝：內(nèi)錨段長度為3 m，內(nèi)錨段采用風(fēng)槍注裝MJK4型錨固劑藥卷73支，隨后即用吊車平臺配合人工安插錨桿，上午9：54至11：02完成了三根錨桿的錨固劑注入和錨桿安插。晚上18：20至22：57對三根錨桿進行了張拉，滿足設(shè)計張拉要求。最后用注漿機實施了自由段砂漿灌注，結(jié)束試驗。

7 d齡期后進行無損檢測，二次注漿工藝三根錨桿的密實度均大于90%，滿足設(shè)計要求。

(3)張拉。

預(yù)應(yīng)力錨桿張拉執(zhí)行《白鶴灘水電站泄洪洞洞身開挖及支護施工技術(shù)要求》，先預(yù)緊再正式張拉，結(jié)合《錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范》，采取分級張拉工藝，分級張拉力為：20%t(預(yù)緊張拉力)→50%t→75%t→100%t→110%t(t為設(shè)計張拉力，150 kN)。試驗時增加了兩級超張拉：→130%t→150%t，張拉時扭力板手力矩分級則按照扭力板手“力矩-張拉力”率定曲線和預(yù)應(yīng)力錨桿分級張拉力進行確定，每張拉一級持荷穩(wěn)定10 min。

(4)張拉伸長值。

預(yù)應(yīng)力錨桿的檢查驗收以張拉力為主，伸長值為輔。根據(jù)《錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范》(GB50086-2001)要求，“從50%拉力設(shè)計值到最大試驗荷載之間所測得的總位移量，應(yīng)當(dāng)超過該荷載范圍自由段長度預(yù)應(yīng)力筋理論彈性伸長值的80%，且小于自由段長度與1/2錨固段長度之和的預(yù)應(yīng)力筋的理論彈性伸長值。”

由材料力學(xué)公式計算理論伸長值：

伸長值△L=(P×L)/(A×E)

式中P為張拉力；L為張拉段長度；A為φ32鋼筋的公稱截面積，即804.2 mm2；E為鋼筋的彈性模量，200 GPa。

則“從50%拉力設(shè)計值到最大試驗荷載之間的”理論伸長值ΔL1=80%×(165×5 500)/(804.2×200)=4.5(mm)，“小于自由段長度與1/2錨固段長度之和的”理論伸長值ΔL2=(165×7 000)/(804.2×200)=7.2(mm)，得出桿體理論伸長值允許范圍為4.5～7.2 mm。

經(jīng)檢查，以上一次注漿工藝和二次注漿工藝試驗的張拉伸長值均滿足驗收要求。

4試驗結(jié)果及分析

4.1試驗一

試驗一在進行MJK4型錨固劑藥卷用量確定時，采用8.5 m長度、φ68 PVC管與現(xiàn)場鉆孔工況近似，取三根剖管后的換算值的平均值找出3 m錨固長度用量，該方法能夠真實地反映出各方面因素、比較準確。試驗得出的3 m長度、φ68內(nèi)徑PVC管的錨固劑藥卷用量為78支，與理論計算量47支相差較大，返算富余系數(shù)k=78÷47≈1.66。分析其中66%的損耗因素主要包括：(1)MJK4型錨固劑藥卷浸水后漿液化，體積收縮較大；(2)風(fēng)槍注漿管的管路較長，損耗較大，考慮到泄洪洞洞內(nèi)施工作業(yè)空間，需要一定長度的注漿管路。

從對PVC管進行剖管的結(jié)果看，三根模擬錨桿注漿飽滿度均達到90%以上，滿足《白鶴灘水電站泄洪洞洞身開挖及支護施工技術(shù)要求》第5.3.10項的錨桿質(zhì)量檢查要求。

4.2試驗二

試驗二對比了不同長度錨固段的張拉力。由對比結(jié)果可知：采用MJK4型錨固劑藥卷作內(nèi)錨段材料，內(nèi)錨段為2～3 m時所承受的拉力滿足設(shè)計要求。考慮到實際施工中的圍巖軟弱程度變化、圍巖裂隙造成錨固劑流失等其它不利因素，實際施工選擇內(nèi)錨段為3 m較為合適。

4.3試驗三

試驗三驗證了各項工藝參數(shù)，并經(jīng)無損檢測密實度滿足質(zhì)量要求。為保證密實度，在施工過程中應(yīng)特別注意操作細節(jié)：①在用風(fēng)槍注入錨固劑藥卷過程中，注漿管拔出速度不能過快，否則會造成后注入的錨固劑藥卷與先注入的錨固劑藥卷之間摻入氣泡，影響密實度。為了盡可能減小氣泡的產(chǎn)生，一方面可調(diào)整風(fēng)壓，一般將風(fēng)壓控制在0.4～0.6 MPa較為合適；另一方面在錨固劑藥卷注裝過程中，每注裝一節(jié)錨固劑藥卷，注漿管需退出4～5 cm。②預(yù)應(yīng)力錨桿桿體安裝采用人工配合吊車安裝，只要吊車頂推和人工輔助操作協(xié)調(diào)配合，保證錨桿穿插角度與孔向一致、緩慢順直插入，即可避免錨桿被推彎曲變形、孔內(nèi)漿體劇烈擾動流失或桿頭錯誤頂壓造成孔壁坍塌，從而導(dǎo)致安裝失敗，否則將重新清孔返工。

5結(jié)語

(1)本次工藝試驗成果證明：針對設(shè)計規(guī)格為φ32，L=9 m，T=150 kN的預(yù)應(yīng)力錨桿，選用MJK4型錨固劑藥卷作內(nèi)錨段材料完全能夠滿足張拉力要求，建議內(nèi)錨段長度按3 m用于實際施工。

(2)實際施工中，預(yù)應(yīng)力錨桿采用多臂鉆造孔，采用φ64鉆頭。考慮到實際孔徑略大于鉆頭直徑，將錨固劑藥卷用量定為73支。

(3)內(nèi)錨段采用風(fēng)槍注裝錨固劑藥卷、自由段采用注漿機注入砂漿的工藝，經(jīng)PVC管模擬試驗和現(xiàn)場工藝試驗效果檢查，密實度均超過90%，滿足設(shè)計技術(shù)要求，說明該注漿工藝有效可靠。

(4)當(dāng)采用一次注漿工藝時，必須控制內(nèi)外凝結(jié)時間差。通過對MJK4型錨固劑藥卷及緩凝砂漿的室內(nèi)試驗，內(nèi)錨段采用的MJK4型錨固劑藥卷初凝時間為38 min，終凝時間為61 min，6 h抗壓強度達24.4 MPa；而緩凝砂漿的初凝時間大于9 h，因此建議實際施工中錨桿安裝后7～9 h張拉，可滿足張拉錨桿的施工要求及有關(guān)技術(shù)要求。

(5)當(dāng)采用二次注漿工藝時，只需控制錨桿安裝后8 h以上張拉即可，但須考慮在柱狀節(jié)理區(qū)、Ⅳ類圍巖區(qū)及時形成預(yù)應(yīng)力，確保預(yù)錨支護效果，而不宜放置過長時間，應(yīng)適時張拉錨固并灌注自由段砂漿。

(6)將兩種工藝相比較后得知：一次注漿工藝張拉時間區(qū)間較窄，因此，從有利于工序銜接控制、確保施工質(zhì)量角度考慮，建議優(yōu)先采用二次注漿工藝。

陳斌(1987-)，男，湖北宜昌人，助理工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)和管理工作；

朱毓杰(1986-)，男，吉林榆樹人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程建設(shè)技術(shù)與管理工作；

劉寧(1981-)，男，河北石家莊人，工程師，學(xué)士，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

新疆將投資354億元打造“疆電外送”基地

“十三五”期間，國家電網(wǎng)新疆電力公司將投資354億元，把天山北坡的昌吉打造成新疆最大的“疆電外送”基地，加快包括特高壓在內(nèi)的各級電網(wǎng)建設(shè)。國網(wǎng)新疆電力公司日前與昌吉回族自治州人民政府簽署電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展合作備忘錄，規(guī)劃在“十三五”期間投資354億元，在當(dāng)?shù)亟ㄔO(shè)準東—華東、淮東—成都兩項±1 100 kV特高壓直流輸電工程發(fā)電基地，使當(dāng)?shù)仉娏ν馑湍芰嫌嬤_2 400萬kW，直接拉動投資2 000億元左右。到“十三五”末，新疆電力公司將在昌吉建成±1 100 kV換流站2座、750 kV變電站4座、220 kV變電站27座和110 kV變電站74座，大幅提升換流容量和變電容量。此外，這些工程不僅讓疆電接收端和沿線省份受益，還將提升當(dāng)?shù)丶爸苓叺貐^(qū)電網(wǎng)運行的穩(wěn)定程度，帶動各族群眾就業(yè)，增加稅收反哺當(dāng)?shù)亟?jīng)濟發(fā)展。“十二五”期間，“疆電外送”多個通道的建成投運提高新疆GDP約1.5個百分點。

收稿日期:2015-07-10

文章編號:1001-2184(2015)04-0046-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV554;TV546

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