武都水庫大壩深層穩定加固錨索施工技術與質量控制

摘要：5.12地震發生后，為加強武都水庫大壩壩體抗震能力，在大壩下游護坦上布置預應力錨索的方法對大壩進行加固處理，以確保壩體的正常運行和提高抗震級別。本文從武都水庫大壩深層加固錨索施工技術與質量控制中的一點經驗進行淺述。

關鍵詞：深層穩定加固;預應力錨索;施工工藝;質量控制

1.概述

1.1工程概況

武都水庫大壩右岸非溢流第一壩段，經深層抗滑處理F31、102F斷層開挖后建基面高程為EL535，相應最大壩高為125.14m。該壩段下游同時存在傾向上游的f115斷層（N15～35°E/NW∠22～36°），5.12地震發生后，為加強壩體抗震能力，經設計修改在該壩段下游護坦上布置預應力錨索的方法進行加固處理，以確保壩體的正常運行和提高抗震級別。

為保證錨索長期在水下穩定工作，設計采用防水壓力分散型錨索。錨索由13根d=15.2高強低松弛鋼絞線編制而成，強度標準值1860MPa;內錨固段為壓力分散型錨頭，共分4組，每組間距為2m，錨固段總長為8m，穿過斷層10m以上。

1.2主要施工項目及工程量

主要施工項目為預應力錨索施工。其主要工程量初步預定見表1-1。

2施工布置

2.1施工平臺

錨索制作、加工平臺：因施工現場場地平整，且在同一高程面進行施工，因此不需要用鋼管搭建施工平臺。對運輸來的成品錨索按孔號進行編號，存放，采取防潮措施，防止錨索銹蝕。對于長度超出壩體施工平臺的錨索，可進行盤放。

2.2臨時制漿站

臨時制漿站布置于護坦下游側，采用Φ40鋼管及防雨篷布搭設，站內設水泥平臺一個，水泥平臺用Φ50mm雙層腳手架鋼管搭建排架，高1.5m，底部架空;布設ZJ-400高速制漿機一臺，BW100/100輸漿泵一臺，并配置自動記錄儀，以便進行固結灌漿及錨索注漿。

2.3廢水廢渣處理

施工產生的廢水經排水溝排至集水坑沉淀后采用排污泵或排水溝抽排至指定地點統一排放，廢渣采用運輸車運至指定堆放場。

3預應力錨索施工

3.1施工范圍及錨索類型

分布在大壩19#壩段護坦，錨索均為2000KN的預應力壓力分散型無粘結錨索，要求必須采用防水性能等級較高、能長期在水下安全運行的專業廠家成套生產的壓力分散型無粘結錨索，經過對比分析多家壓力分散型無粘結錨索產品后，決定采用具有多項專利技術的水科院研究和生產的高性能成套生產的壓力分散型無粘結錨索。因該部位錨索是永久性錨索且要做好長期防水防腐處理，整個成品索均套管+防腐油脂，確保防水防腐。故對安全系數要求很高，為確保質量，經計算確定和專業廠家推薦，錨索開孔孔徑為Φ150。每束錨索由13根分成4組不等長的鋼絞線組成，4組鋼絞線分別連接4組內錨固頭。

3.2施工原材料

（1）鋼絞線：預應力錨索全部采用無粘結（自由段做無粘結處理）雙層保護型式。選用φ15.24mm，1860級的7Ф15.2mm高強度低松弛鋼絞線，每批鋼絞線經檢查檢驗合格后方可使用。

（2）預應力錨索的錨具、夾具選用OVM系列產品，該系列產品提供了錨具通過200萬次疲勞性能試驗、50次周期荷載試驗的最新資料。根據廠家提供的資料，預應力筋-錨具組裝件靜載錨固性能試驗結果錨固效率系數大于或等于95%、預應力筋總應變大于或等于2.0%;預應力筋-夾具組裝件靜載試驗測定的夾具效率系數大于或等于0.92。

（3）其它配件及材料如鋼墊板、鐓頭機（LD10）、導向帽（穿孔器/連接器，CKQ8AT）、鉛焊機、連接板、分束板等，均采用OVM系列配套產品。牽引繩采用直徑為8mm的鋼絲繩。

（4）灌漿管選用外徑Ф25mm的PE塑料管，使用前進行耐壓試驗，其耐壓值應大于灌漿壓力的1.5倍。

（5）水泥：選用強度等級為42.5MPa的普通硅酸鹽水泥。

（6）外加劑：對錨墩混凝土和錨索灌漿的水泥漿液，為提高其早期強度，需加入適量的早強劑，具體型號、數量根據實驗確定。

（7）水：應符合拌制砼的用水標準。砂、石子：質量應符合《水工混凝土施工規范》DL/T5144-2001的規定。

3.4施工工藝和方法

預應力錨索施工程序如下：

施工準備——成孔——錨索制作及安裝——錨固段注漿固結——外錨頭制作——預應力張拉鎖定（補償張拉）——永久防護——竣工驗收。

（1）施工機具及方法：預應力錨索在施工平臺上進行施工，采用成都哈邁探礦機械廠生產的哈邁-70型全液壓鉆機造孔，系統供風采用上海英格索蘭公司的HP750中風壓21m3/min型移動式空壓機供風。錨索由廠家根據工程要求加工成品錨頭，錨索施工現場編制和組裝，人工配合吊車安裝，千斤頂張拉設備選用錨索生產廠家的OVM系列產品，千斤頂選用YWC500-200（整體張拉）、YDC240Q-200（單根預緊）兩種。

（2）造孔

①鉆孔位置、鉆孔傾角、方位角、孔徑及孔深嚴格按照設計文件執行，鉆孔孔位偏差不大于100mm。傾角誤差不得大于孔深的2%，方位角誤差不得大于2°。在鉆孔過程中要求每鉆進5.0m應及時測量孔斜及時糾偏。為確保錨索的安裝進行，要求成孔深度應比設計孔深深50cm，錨索長度根據實際孔深確定。鉆孔達到設計孔深時須將孔內沖洗干凈，孔內殘留物不超過10cm，鉆孔完畢，用風將孔內積水排干。2000KN級壓力分散型錨索開孔孔徑為Φ150，同一孔徑鉆至終孔。

②鉆孔過程中，如遇巖溶洞穴、塌孔或掉鉆，應及時進行記錄。影響進一步鉆進時，需先進行固結灌漿處理。固結灌漿采用孔口阻塞純壓式灌漿法，將鉆孔作為一段進行全孔灌漿，灌注強度等級為52.5級的普通硅酸鹽水泥，純水泥漿灌注，灌漿水灰比0.45：1—0.5：1，灌漿壓力0.3～0.5MPa，灌漿結束標準按《水工建筑物水泥灌漿施工技術規范》DL/T5148-2001執行。

③詳細記錄每一鉆孔的孔深位置與巖屑顏色、鉆進速度等數據。若在錨固段發現軟弱巖層、掉鉆等異常情況，應加深至較完整的巖體內，以確保錨固段位于穩定的巖層中。若在其它部位發現軟弱巖層、掉鉆等異常情況，隨時作好采樣記錄，并及時報告。

④因錨索孔為45度孔，開孔時用地質羅盤進行開孔角度測量，鉆孔過程中按10～15m為一段分段測斜，發現孔斜偏差較大時及時采取糾偏措施。

⑤鉆孔完畢，應將水管伸入孔底，通過大量水流，從孔內向外對孔壁及孔底進行沖洗，直至回清水再延續5～10min，沖洗結束后，觀察孔內失水情況，若有較明顯的失水現象，應對全孔先進行固結灌漿處理，處理要求同②。

⑥全孔固結灌漿處理2d后應進行掃孔，掃孔結束并經檢查合格后將孔口封閉進行全孔簡易壓水試驗以檢查固結灌漿的效果。壓水壓力為0.1～0.2MPa，壓水時間20min，每5 min測讀一次壓入流量，取最后的流量作為計算流量，計算透水率。若透水率小于5Lu，則壓水合格，可進入下一道工序;若透水率大于5Lu，則需重新進行固結灌漿、掃孔、壓水，直至合格為止。

⑦鉆孔結束后報請監理工程師驗收，驗收合格后在1d～3d的時間內即完成下索、錨固段注漿等工序。若驗收后鉆孔閑置時間超過3d，則重新驗收合格后才可進行下一道工序。

（3）預應力錨索的制作

錨索制作要求在制作過程中嚴格按照工藝要求進行制作，確保生產的成品索符合設計要求。同時要求在運輸途中做好防雨和保護措施，保證成品索不受潮和破損。

（4）錨索安裝

①錨索安裝采用人工輔以QY16吊車進行，安裝時錨索的曲率半徑不得小于3m，以免破壞保護層。

②錨索入孔時，不得過多的來回抽動錨索體，且送入孔道的速度應均勻，防止損壞錨索體和使錨索體整體扭轉。穿索中不得損壞錨索結構，否則應予更換。

（5）錨墩金屬構件制作

①外錨墩金屬結構包括鋼墊板、鋼套管、墊座鋼筋等，以上部件按設計圖在車間加工、焊接組裝。

②經加工、焊接、組裝完成后的外錨墩鋼結構應妥善保管，確保防水、防潮、防銹蝕。

（6）錨索灌漿

錨索灌漿在下索后進行，其工藝流程如下：

灌漿水泥采用牌強度等級為42.5MPa的普通硅酸鹽水泥或中熱水泥，水灰比為0.45～0.4：1，早強劑等外加劑的品種及摻量通過實驗確定，要求采用外摻5～10%的UEA膨脹劑，既能保證固漿體的膨脹穩定好，又能提高錨固力和防滲性能。外加劑的比例通過試驗確定。其水泥漿標號應達到C35（7d）抗滲指標為W8，抗凍指標為F100。

錨固段的灌漿長度應滿足設計要求，在有壓灌漿時，不得產生滑移和串漿現象。灌漿可采用自上而下或自下而上一次施灌方法，進漿必須連續，如因各種原因使進漿中斷超過1h，必須采取措施重新灌注。（一次灌漿不用止漿環）錨固段注漿時應注意排氣、排水，注漿壓力采用0.5MPa左右，最終由試驗確定。錨固段的灌漿結束標準為：直至孔口反濃漿，灌漿段的吸漿量小于0.4L/min，持續灌注30 min，灌漿工作即可結束。

（7）錨墩制作施工

①外錨墩安裝、澆筑前應清理、鑿毛洗凈混凝土面。

②按設計圖紙進行錨墩鋼結構和模板的架立，安裝鋼結構時，導管插入巖體內的深度應滿足設計要求，孔口管軸線與鉆孔軸線應重合，鋼墊板與孔口管軸線垂直。

③錨墩采用標號為C30（7d）的一級配混凝土澆筑，混凝土澆筑時要注意錨墩下部的振搗，以避免出現蜂窩麻面，混凝土入倉采用長臂挖機。

（8）錨索張拉

當錨固漿體及外錨墩砼達到設計強度以后，便可進行預應力錨索的張拉，張拉前對千斤頂、電動油缸、壓力表等進行率定，繪制張拉噸位與壓力表讀數之間的關系，并按要求安裝經率定合格的測力計及傳感器。

本工程要求采用分單元差異載整體張拉法，按照錨束的長度先短后長的順序進行施工，每根鋼絞線的最大拉力按照169KN進行控制，每個單元先進行預張拉，然后整體分四級張拉到每單元最大拉力即可鎖定，錨索實行單元差異荷載張拉，所有單元張拉完成以后即可進行錨索整體超張拉。錨索的設計額定工作噸位為2000KN，超張拉荷載2200KN。

預張拉荷載為每單元最大拉力的25%，單根預應力鋼絞線的持荷穩定時間為10min，以確保鋼鉸線理順并受力均勻。正式張拉時每單元按逐級加大分級張拉荷載的方式進行，分級張拉系數為0.25、0.5、0.75、1.0，每一級荷載張拉后的持荷穩定時間為5 min。

錨索超張拉荷載為設計張拉荷載的110%，在加荷前應仔細檢查外錨墩混凝土及周圍巖體（砼）是否產生裂隙，錨索束體有無異常變形，確認無異常后方可加荷，持荷穩定10min后即可鎖定。

錨索張拉設備和儀器均應進行標定，標定不合格的張拉設備和儀器不得使用，標定時間間隔期不得超過6個月。超過標定時間間隔期的設備、儀器或遭強烈碰撞的儀表，必須重新標定后才準使用。

要求每級荷載的加荷速率要平緩，速率不宜大于設計張拉值的0.1/min，卸荷速率不宜大于設計張拉值的0.2min。

在張拉過程中，采用以張拉力控制、伸長率校核的雙控制方法，當巖體錨索張拉實測伸長值與理論計算伸長值的比值不在95%～110%范圍內時，應停止張拉，查明原因并采取補救措施后，方可繼續張拉施工。

（9）外錨頭保護

預應力錨索完成施工期補償張拉以后應及時對錨索的張拉段和外錨頭部分進行永久保護。錨索張拉段永久防護應在施工期補償張拉完成并鎖定后的3d時間內完成，采用C30水泥漿或者水泥砂漿進行封孔灌漿，灌漿壓力為0.5MPa。

錨頭采用2.0m厚的鋼筋C25砼對外錨頭進行防護，在防護砼澆筑前，應對外錨頭部分的錨板、外露鋼絞線以及周圍清理干凈，對錨墩砼表面應鑿毛處理并沖洗干凈。混凝土采用長臂挖成入倉澆筑，按圖紙設置結構縫。

3.5質量檢查和驗收

（1）各關鍵施工工序設立專職負責人，并認真做好質量的自檢與互檢;所有施工用的機械、材料、配件進行詳細檢查或檢驗。

（2）主要材料均有出廠合格證，并按要求進行抽檢，嚴禁使用不合格產品。

（3）采用全站儀對預埋管進行放樣，控制錨索孔方位偏差符合設計技術要求。

（4）錨索灌漿前，抽樣檢驗漿液試驗成果和對現場灌漿工藝進行逐項檢查。

（5）在作業施工中，各工序每項質量檢驗和檢查均應作出記錄，并經監理人簽認合格后，才能進行后續工序的施工。

（6）在施工全過程中，認真做好施工記錄和施工日記，將各種參數填入記錄表中，并作為竣工驗收資料必備內容。

（7）加強監測控制，發現異常，及時報監理工程師，并采取合理的支護方案，確保施工安全。

（8）錨索工程驗收時應提供以下資料：

1）鋼絞線、錨具、防護管材、監測儀器等出廠合格證;

2）進場的鋼絞線、錨具、防護管材的抽樣檢查或檢驗報告;

3）混凝土、水泥凈漿試驗報告;

4）代用材料合格證和試驗報告。

（9）預應力錨索驗收試驗：預應力錨索施工中，按施工圖和監理工程師指示隨機抽樣進行驗收試驗，抽樣數量按監理工程師要求確定。

（10）完工驗收：預應力錨索工程全部結束后，將質量檢查記錄、試驗成果以及預應力錨索驗收試驗記錄和抽樣檢查記錄在內的驗收資料提交監理工程師審查，申請驗收。

3.6施工記錄

錨索施工過程中，應及時進行施工記錄，具體如下：

（1）鋼墊板、錨具安裝情況記錄。

（2）錨索張拉過程中張拉力、伸長值、鎖定情況記錄。

（3）錨索封頭混凝土樣品檢測記錄。

4結束語

武都水庫大壩于2011年蓄水發電，經過兩年多的運行檢驗，在大壩下游護坦上布置預應力錨索的方法對大壩進行穩定加固處理，確保了壩體的正常運行并提高了抗震級別，由其可見采用深層穩定加固預應力錨索施工技術是可行和有效的。