預(yù)應(yīng)力錨索輕型鋼墊板錨墩應(yīng)用技術(shù)研究

【摘要】當(dāng)前我國(guó)施工技術(shù)取得了突破性發(fā)展，預(yù)應(yīng)力錨索輕型鋼墊板錨墩技術(shù)由于具有功能多樣性、工藝靈活性以及成本較低等優(yōu)勢(shì)在各個(gè)工程施工當(dāng)中廣泛應(yīng)用。本文以工程案例為依據(jù)對(duì)該技術(shù)進(jìn)行闡述，分析其技術(shù)要點(diǎn)，為提高預(yù)應(yīng)力錨索輕型鋼墊板錨墩技術(shù)的施工質(zhì)量起到了參考作用。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力錨索；鋼墊板；技術(shù)研究

導(dǎo)言

新疆阿爾塔什水利樞紐工程位于喀什地區(qū)莎車(chē)縣霍什拉甫鄉(xiāng)和克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃莅⒖颂湛h的庫(kù)斯拉甫鄉(xiāng)交界處。距莎車(chē)縣約120KM，距葉城縣約128km，距喀什市約310km。水庫(kù)總庫(kù)容22.49億m3，正常蓄水位高程1820m，最大壩高164.8m，電站裝機(jī)容量755MW，本樞紐為大（1）型Ⅰ等工程。

一、研究思路與路徑

成立課題攻關(guān)小組，經(jīng)過(guò)全面考察、綜合分析，提出了采用輕型平板鋼錨墩代替混凝土錨墩的研究思路，并通過(guò)大量的試驗(yàn)和理論計(jì)算，解決了不同噸位級(jí)別錨索配備的鋼錨墩尺寸及施工工藝等問(wèn)題。

二、主要研究?jī)?nèi)容

該項(xiàng)目的技術(shù)重點(diǎn)及難點(diǎn)是鋼錨墩結(jié)構(gòu)尺寸和施工工藝的確定，主要采取理論計(jì)算和試驗(yàn)監(jiān)測(cè)的方法進(jìn)行研究。

（一）現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

1 工藝試驗(yàn)

科技攻關(guān)小組在阿爾塔什右岸聯(lián)合進(jìn)水口高邊坡處各選定四個(gè)孔開(kāi)展平板鋼錨墩工藝試驗(yàn)工作，四個(gè)孔的編號(hào)分別為，其中試驗(yàn)安裝有1500KN錨索測(cè)力計(jì)。工藝試驗(yàn)具體步驟為：

⑴人工將錨索孔周?chē)钠扑榛蛩缮r塊清除，并采用風(fēng)鎬或鋼釬將局部不平整的巖層大致找平；

⑵用M40高強(qiáng)水泥砂漿初步找平錨索孔周800mm×800mm，厚度約10～30mm；

⑶待初找平層水泥砂漿初凝后，精確定位4根插筋孔位、鉆孔，然后安裝插筋；

⑷安裝鋼筋網(wǎng)片、鋼墊板，然后立模并澆注水泥砂漿；

⑸待水泥砂漿達(dá)到齡期后，即可開(kāi)始張拉試驗(yàn)工作。張拉過(guò)程中，嚴(yán)格按照張拉規(guī)程操作，并做好現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量記錄。

2 驗(yàn)證試驗(yàn)和監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

繼工藝試驗(yàn)之后，為了全面掌握鋼墊板錨墩及板下砂漿、巖層在張拉荷載作用下的受力變形情況，以及該種結(jié)構(gòu)錨墩在較差圍巖情況下的適用性，以便推廣應(yīng)用鋼墊板錨墩，現(xiàn)場(chǎng)選定布置在Ⅲ類(lèi)圍巖地段的四個(gè)試驗(yàn)孔進(jìn)行試驗(yàn)。具體試驗(yàn)方法為：

⑴按照工藝試驗(yàn)的修正工藝對(duì)錨索孔周?chē)膸r層進(jìn)行處理，并完成水泥砂漿初找平層；⑵安裝固定混凝土噴層應(yīng)力計(jì)（每個(gè)鋼墊板錨墩安裝2個(gè)）；⑶安裝鋼筋網(wǎng)片和鋼墊板，然后立模并澆注水泥砂漿；⑷待砂漿齡期滿(mǎn)足要求后，分別選擇和兩孔進(jìn)行超張拉驗(yàn)證試驗(yàn)。先不安裝夾片，按照張拉規(guī)程進(jìn)行超張拉至設(shè)計(jì)荷載的130%，鎖定千斤頂油表穩(wěn)壓24小時(shí)，再卸荷放松錨索；然后拆除鋼墊板，觀察板下水泥砂漿表面和周?chē)鷰r層是否有破壞變形情況；最后對(duì)于沒(méi)有變形情況的錨索重新安裝鋼墊板進(jìn)行張拉鎖定。為了解超張拉持荷后重新張拉時(shí)錨索的應(yīng)力情況，對(duì)兩束錨索中的安裝了錨索測(cè)力計(jì)，所用的加壓及持荷過(guò)程中均按要求測(cè)量混凝土噴層應(yīng)力計(jì)和錨索測(cè)力計(jì)的讀數(shù)。⑸對(duì)其余兩孔監(jiān)測(cè)試驗(yàn)的錨索按規(guī)程要求進(jìn)行張拉，并按要求記錄混凝土噴層應(yīng)力計(jì)和錨索測(cè)力計(jì)的讀數(shù)。⑹錨索張拉完成后，及時(shí)進(jìn)行封錨灌漿。

（二）試驗(yàn)成果

1 工藝試驗(yàn)

第一次工藝試驗(yàn)為，由于在水泥砂漿層環(huán)節(jié)上存在漏洞，導(dǎo)致在張拉過(guò)程中發(fā)生斷絲現(xiàn)象，后經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察分析后，提出改進(jìn)措施，從而在后面3次試驗(yàn)中均取得成功，課題小組在此基礎(chǔ)上整理出施工工藝。

安裝了錨索測(cè)力計(jì)，其監(jiān)測(cè)成果如圖1。

2 驗(yàn)證試驗(yàn)

和兩孔試驗(yàn)在張拉及超張拉和持荷穩(wěn)壓過(guò)程中，周?chē)鷰r層均未見(jiàn)任何異常情況；拆下鋼墊板后，板下砂漿層完好無(wú)損，而且砂漿表面光滑平整，證明本次試驗(yàn)的施工工藝及施工質(zhì)量完全能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.監(jiān)測(cè)試驗(yàn)

⑴孔監(jiān)測(cè)結(jié)果：孔裝有兩只混凝土噴層應(yīng)力計(jì)，一只錨索測(cè)力計(jì)，監(jiān)測(cè)結(jié)果如以下曲線(xiàn)圖。

⑵孔監(jiān)測(cè)結(jié)果：混凝土噴層應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

⑶孔監(jiān)測(cè)結(jié)果：混凝土噴層應(yīng)力計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

錨索測(cè)力計(jì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

⑷孔監(jiān)測(cè)結(jié)果：孔因未安裝錨索測(cè)力計(jì)而只做驗(yàn)證試驗(yàn)階段的混凝土噴層應(yīng)力計(jì)的監(jiān)測(cè)工作。監(jiān)測(cè)成果見(jiàn)下圖。

（三）數(shù)據(jù)分析

1 混凝土噴層應(yīng)力計(jì)

⑴對(duì)于1500KN級(jí)錨索，四個(gè)應(yīng)力計(jì)的峰值分別為6.49Mpa、7.46Mpa、11.22Mpa、5.95Mpa，按照理論計(jì)算其平均應(yīng)力為16.13MPa

顯然，板下巖層應(yīng)力為不均勻分布，高應(yīng)力區(qū)主要集中在錨索孔周?chē)男》秶鷥?nèi)，而大部分巖層的應(yīng)力值均較小。監(jiān)測(cè)結(jié)果的差異主要是由于應(yīng)力計(jì)的位置所引起的，這也證明了板下巖層應(yīng)力的不均勻分布。

⑵對(duì)于2000KN級(jí)錨索，四個(gè)應(yīng)力計(jì)的峰值分別為7.95Mpa、8.40Mpa、15.90Mpa、12.34Mpa，按照理論計(jì)算其平均應(yīng)力為12.82MPa

⑶在驗(yàn)證試驗(yàn)階段，明顯可以看出應(yīng)力計(jì)的測(cè)值隨著荷載的變化而變化，而且在持荷階段緩慢調(diào)整，卸荷后基本歸零，比較符合實(shí)際情況。

2 錨索測(cè)力計(jì)

應(yīng)力最大損失百分率分別為：

孔：0.04%；孔：2.53%；孔：9.23%；孔：2.29%

由3個(gè)錨索測(cè)力計(jì)的讀數(shù)可以看出，在鎖定后的24小時(shí)內(nèi)基本趨于穩(wěn)定，其后受外界因素的干擾，略有振動(dòng)，而且應(yīng)力的損失都小于設(shè)計(jì)荷載的10%（其中的應(yīng)力損失主要為鎖定損失值，鎖定后荷載只剩下1380.6Mpa）。另從長(zhǎng)期觀測(cè)成果來(lái)看，受開(kāi)挖后巖體變形影響，三根錨索應(yīng)力值增加，超出設(shè)計(jì)噸位分別達(dá)13.4%、11.9%、22%，相應(yīng)的噴層應(yīng)力計(jì)顯示數(shù)值有增有減，一方面說(shuō)明錨索在一定程度上能適應(yīng)巖體變形，同時(shí)也說(shuō)明鋼墊板下應(yīng)力比較穩(wěn)定，不會(huì)因板下砂漿破壞造成錨索的破壞。

（四）結(jié)論與建議

（1）利用鋼墊板剛性錨墩代替混凝土錨墩是安全可靠的，而且完全滿(mǎn)足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，可以推廣使用。

（2）1500KN錨索錨墩采用400mmx400mmδ=40mm鋼板，2000KN錨索錨墩采用500mmx500mmδ=50mm鋼板。

（3）采用鋼墊板剛性錨墩對(duì)原邊坡巖層擾動(dòng)小，有利于保證巖壁的整體穩(wěn)定性。

（4）鋼墊板剛性錨墩施工簡(jiǎn)便，安全性高，而且可明顯節(jié)約工期，實(shí)用性較高。

（5）在鋼墊板剛性錨墩施工過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格控制好以下幾個(gè)工藝環(huán)節(jié)：

①孔口段必須保證錨索周?chē)目臻g，在鋼板下加鋼套管或PVC管，保證錨索不偏心，與孔軸線(xiàn)一致，以保證張拉過(guò)程中鋼絞線(xiàn)不受剪斷絲；②鋼板與砂漿貼緊采用在鋼板上設(shè)鍵槽，增加調(diào)節(jié)余地，解決螺桿對(duì)中時(shí)精度不夠的問(wèn)題；③板下松動(dòng)或破碎巖層清除干凈，以免發(fā)生巖塊壓碎破壞而影響錨索的整體錨固效果；④水泥砂漿層厚度應(yīng)不小于50mm為宜，既保證鋼筋網(wǎng)的保護(hù)層，也起到應(yīng)力調(diào)整的效果；⑤孔口段埋設(shè)二次進(jìn)回漿管進(jìn)行封孔注漿，保證孔口段砂漿飽滿(mǎn)。

結(jié)論

通過(guò)對(duì)新疆阿爾塔什水利樞紐工程右岸聯(lián)合進(jìn)水口高邊坡錨索支護(hù)采用傳統(tǒng)混凝土錨墩或梯形鋼錨墩和采用輕型平板鋼錨墩進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)于2000KN級(jí)25m長(zhǎng)錨索每根節(jié)約費(fèi)用1500元，相當(dāng)于節(jié)約投資15%。錨索支護(hù)是工程中較為常用的一種方法，因此，該方法的成功應(yīng)用，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)采用的輕型平板鋼錨墩，具有質(zhì)量輕、體積小等特點(diǎn)，安裝方便，節(jié)省空間，能夠較大的降低工程成本和施工安全風(fēng)險(xiǎn)，具有較大的社會(huì)效益。