淺析450kN預應力錨桿在支護工程中的應用

胡紅敏

【摘 要】黃登水電站尾水調壓室與連通上室交叉口設計采用450kN預應力錨桿進行支護，通過對450kN預應力錨桿施工工藝設計及實驗數據分析，該新穎的支護方式具有獨特的支護效果，有效地維持了交叉口圍巖穩定，為類似工程薄弱區域支護提供了一個成功案例供施工參考。

【Abstract】The design of the intersection of tailrace surge chamber and connection upper chamber of Huangdeng hydropower station is to use 450kN prestressed rock bolt to support. Through the analysis of the construction technology design of 450kN prestressed rock bolt and the experimental data， we find that the novel support method has unique support effect， which effectively maintains the stability of the surrounding rock of intersection. And a successful case is provided for construction reference for the support of weak area of similar project .

【關鍵詞】450kN；預應力錨桿；支護工程；應用

【Keywords】 450kN； prestressed rock bolt； support engineering； application

【中圖分類號】U455.7+1 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）07-0189-03

1 引言

在地下工程開挖過程中支護效果的好壞直接影響著施工安全，尤其在各洞室交叉的薄弱區域選擇合適的支護方式尤為重要。450kN預應力錨桿作為當前新穎的支護方式，較普通125kN預應力錨桿具有獨特的施工工藝和支護效果，能有效維持薄弱區域的圍巖穩定，同時施工工藝較小噸位（600kN）錨索相對簡單，能有效加快施工進度，且工程造價亦低于小噸位錨索，因此，對于450kN預應力錨桿在支護工程中的應用具有重要的研究意義。

2 工程概況及地質條件

黃登水電站位于云南省怒江州，其引水發電系統中的尾水調壓室為地下帶連通上室圓筒阻抗式，由2個圓筒式調壓井組成，開挖直徑為32.4～36.0m、襯砌后斷面尺寸為φ30m，高80.5m，中心距為70m，尾調室間在1491.20m高程設連通上室，斷面為城門洞型，開挖斷面尺寸為13.9m×16.9m（寬×高）。

調壓室區域地層主要為T3xd7、T3xd8變質火山角礫巖、變質火山細礫巖夾變質凝灰巖，微風化、未卸荷。勘探揭露的主要為Ⅲ級、Ⅳ級及Ⅴ級結構面。除斷層外，尚有一些順層擠壓面發育，巖體中主要發育有兩組節理，分別為N70°～90°W，NE∠70°～90°和N0°～20°E，SE（NW）∠60°～85°，其他節理隨機出露，成組性差。地下洞室位于地下水位以下，洞室圍巖為微透水巖體。

3 450kN預應力錨桿布置及參數

根據尾水調壓室開挖支護藍圖，布置兩排450kN預應力鎖口錨桿Φps32@1.5m×1.5m，L=9m，且尾水調壓室洞室開挖時，根據開挖圍巖揭露的巖質情況，增加隨機450kN預應力錨桿，工程量總約為264根。其對應的具體參數如表1所示，結構如圖1所示：

4 450kN預應力錨桿施工要點

4.1 施工工藝流程

錨桿孔位放樣→鉆孔→清洗→錨桿加工制作→錨桿安裝→錨固段灌漿→錨墩澆筑→張拉、鎖定→張拉段灌漿→外錨頭保護。

4.2 主要工序要點

4.2.1 錨桿造孔

錨桿鉆孔采用QJY100B潛孔鉆機進行鉆孔，造孔直徑為100mm。開孔前對孔徑、孔位、孔向、角度進行復核，使之達到設計要求的程度。鉆孔時，鉆具應逐級加長，且對鉆孔過程中的孔徑、孔深、孔內情況進行詳細記錄，若在錨固段發現軟弱巖層、出水、落鉆等異常情況，要主動通知設計和監理單位，采取有效處理措施，以確保錨固段位于穩定巖層中。當造孔達到設計要求后，連續不斷地用水和高壓風徹底沖洗鉆孔，直至孔口返出之風手感無塵屑，并做好孔口堵塞保護。

4.2.2 錨桿制作及安裝

首先將9米長錨桿量出內錨段的長度并做出標記，在內錨段每隔1米設置一道對中支架，張拉段每隔2m設置一道對中支架，支架和錨桿用鉛絲扎牢固；其次是錨桿錨固段和張拉段交接處需設止漿環，上傾角度錨桿錨固段安裝一根PEφ25排氣管和一根PEφ25灌漿管，灌漿管由孔口穿過止漿環200～500mm，排氣管由孔口經張拉段穿過止漿環直至孔端頭50cm以內；下傾角和平傾角錨桿錨固段安裝一根PEφ25灌漿管，灌漿管由孔口經張拉段，穿過止漿環直至孔端頭50cm以內。

錨桿安裝主要采用人工進行安裝，施工時，須按實際孔深、孔底預留深度及錨桿長度計算出外露長度，并做出明顯標記，操作人員協調一致，均勻用力往孔里推，保證錨桿在孔內順直不扭曲。錨桿孔口外需預留不小于50cm長度，以方便混凝土墩頭、螺帽、張拉等工作進行。

4.2.3 預應力錨桿灌漿

灌漿采用GMS2008型灌漿自動記錄儀。錨固段灌漿在錨桿入孔后即可施工，張拉段灌漿在外錨墩澆筑、張拉鎖定后進行；內錨固段和張拉段注漿采用壓力注漿，壓力0.3MPa～0.5MPa，漿液為純水泥漿，強度等級分別為M50、M25；在灌漿過程中，排氣管回濃漿后立即以0.5 MPa壓力閉漿，閉漿時間15min。如果灌漿量大于理論吸漿量，并且回漿比重不小于進漿比重，穩壓15min，孔內不再吸漿，則灌漿結束。

4.2.4 錨桿張拉及鎖定

預應力錨桿張拉程序為機具率定→外錨頭混凝土強度檢查→張拉機具安裝→預緊→分級張拉→鎖定。

在錨固段注漿體混凝土強度等級達到設計強度75%后，對預應力錨桿進行張拉，錨桿采用YCW-150型千斤頂進行張拉（實驗錨桿采用1000kN錨索測力計檢查張拉效果），張拉前先安裝鎖頂螺帽，再用連接套對錨桿進行連接接長，接長后安裝螺帽保護套、千斤頂等，螺帽保護套是用來方便后期螺帽鎖定的一個工具，整體由鋼材制成，但在下方有預留缺口，待張拉完成后，人工通過缺口利用扳手進行鎖定。張拉過程控制程序為：0kN→100kN→300kN→450kN鎖定，除最后一級持荷時間為20min，其余每級張拉持荷時間均為5min，張拉在同一時間完成，否則應卸荷后依次張拉。該預應力錨桿的設計永存力為450kN，因此在張拉完成后人工先利用扳手鎖定螺帽，再利用錨索測力計測定回彈力，并做好記錄，反復循環，直至設計永存力為450kN。初次張拉按照設計永存力的105%進行，即495kN左右。且加荷、卸荷速率應平穩。張拉時，升荷速率每分鐘不宜超過設計預應力值的0.1；卸荷速率每分鐘不宜超過設計預應力值的0.2。

5 預應力錨桿實驗數據分析

5.1 張拉理論長度計算

工藝實驗前需要進行理論彈性伸長量計算。對應的計算公式為l=PL/EA（式中：L—錨桿的有效長度；錨固端至張拉錨具之間的距離，P—張拉應力，理論伸長量對應的是理論應力；E—鋼材的彈性模量；A—鋼材的斷面面積），本次錨桿L取6000mm，P取0～450kN，A取804.2mm2，E取2.06×105N/mm2。

5.2 實驗數據統計

通過450kN預應力錨桿工藝實驗，對體現其支護效果的各項數據做了全面統計，對應的數據如表2、表3所示。

5.3 實驗數據分析

根據實驗錨桿張拉力數據分析，在液壓千斤頂張拉力達到450kN時對應測力計的原始數據為479.87kN，考慮到人工鎖定時對錨桿的應力，鎖定完成后測力計數據為504.14kN，并在張拉完成3天后測力計數據降低為482.47kN，與原始數據基本保持不變且大于設計450kN，張拉力滿足設計要求。根據實驗錨桿伸長量數據對比分析，實驗錨桿伸長量比理論值增量略大，主要由自由段的長度存在誤差、千斤頂張拉錨具及夾片的變形及油壓表的讀數誤差引起，整體情況比較理想，滿足工藝施工要求。實現了450kN預應力錨桿在地下支護工程中的應用。

6 結語

在工程建設高速發展的今天，對于高邊坡、深基坑及薄弱地段的施工安全、進度和成本越來越受重視，選擇適合的支護方式很重要，450kN預應力錨桿較普通125kN預應力錨桿支護效果更強，更能保證施工安全；較小噸位（600kN）錨索工序更簡單，更能保證施工進度和降低成本。通過實驗分析，在450kN預應力錨桿施工過程中只要嚴格控制好錨桿造孔、錨桿制作安裝、錨桿灌漿、錨桿張拉鎖定的工序要點，450kN預應力錨桿的支護效果就能完美體現，其成功開辟了一種新的支護方式，可在高邊坡、深基坑、薄弱地段及洞室交叉口推廣使用，因此，分析450kN預應力錨桿施工工藝和支護效果具有重要意義。