淺析450kN預(yù)應(yīng)力錨桿在支護(hù)工程中的應(yīng)用

胡紅敏

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，昆明650041）

1 引言

在地下工程開挖過(guò)程中支護(hù)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(qū)域選擇合適的支護(hù)方式尤為重要。450kN預(yù)應(yīng)力錨桿作為當(dāng)前新穎的支護(hù)方式，較普通125kN預(yù)應(yīng)力錨桿具有獨(dú)特的施工工藝和支護(hù)效果，能有效維持薄弱區(qū)域的圍巖穩(wěn)定，同時(shí)施工工藝較小噸位（600kN）錨索相對(duì)簡(jiǎn)單，能有效加快施工進(jìn)度，且工程造價(jià)亦低于小噸位錨索，因此，對(duì)于450kN預(yù)應(yīng)力錨桿在支護(hù)工程中的應(yīng)用具有重要的研究意義。

2 工程概況及地質(zhì)條件

黃登水電站位于云南省怒江州，其引水發(fā)電系統(tǒng)中的尾水調(diào)壓室為地下帶連通上室圓筒阻抗式，由2個(gè)圓筒式調(diào)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(diào)室間在1491.20m高程設(shè)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(diào)壓室區(qū)域地層主要為T3xd7、T3xd8變質(zhì)火山角礫巖、變質(zhì)火山細(xì)礫巖夾變質(zhì)凝灰?guī)r，微風(fēng)化、未卸荷。勘探揭露的主要為Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)及Ⅴ級(jí)結(jié)構(gòu)面。除斷層外，尚有一些順層擠壓面發(fā)育，巖體中主要發(fā)育有兩組節(jié)理，分別為N70°～90°W，NE∠70°～90°和 N0°～20°E，SE（NW）∠60°～85°，其他節(jié)理隨機(jī)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(yù)應(yīng)力錨桿布置及參數(shù)

根據(jù)尾水調(diào)壓室開挖支護(hù)藍(lán)圖，布置兩排450kN預(yù)應(yīng)力鎖口錨桿Φps32@1.5m×1.5m,L=9m，且尾水調(diào)壓室洞室開挖時(shí)，根據(jù)開挖圍巖揭露的巖質(zhì)情況，增加隨機(jī)450kN預(yù)應(yīng)力錨桿，工程量總約為264根。其對(duì)應(yīng)的具體參數(shù)如表1所示，結(jié)構(gòu)如圖1所示：

表1 450kN級(jí)預(yù)應(yīng)力錨桿參數(shù)

圖1 上傾角450kN預(yù)應(yīng)力錨桿結(jié)構(gòu)圖

4 450kN預(yù)應(yīng)力錨桿施工要點(diǎn)

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(hù)。

4.2 主要工序要點(diǎn)

4.2.1 錨桿造孔

錨桿鉆孔采用QJY100B潛孔鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔，造孔直徑為100mm。開孔前對(duì)孔徑、孔位、孔向、角度進(jìn)行復(fù)核，使之達(dá)到設(shè)計(jì)要求的程度。鉆孔時(shí)，鉆具應(yīng)逐級(jí)加長(zhǎng)，且對(duì)鉆孔過(guò)程中的孔徑、孔深、孔內(nèi)情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，若在錨固段發(fā)現(xiàn)軟弱巖層、出水、落鉆等異常情況，要主動(dòng)通知設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位，采取有效處理措施，以確保錨固段位于穩(wěn)定巖層中。當(dāng)造孔達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，連續(xù)不斷地用水和高壓風(fēng)徹底沖洗鉆孔，直至孔口返出之風(fēng)手感無(wú)塵屑，并做好孔口堵塞保護(hù)。

4.2.2 錨桿制作及安裝

首先將9米長(zhǎng)錨桿量出內(nèi)錨段的長(zhǎng)度并做出標(biāo)記，在內(nèi)錨段每隔1米設(shè)置一道對(duì)中支架，張拉段每隔2m設(shè)置一道對(duì)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(shè)止?jié){環(huán)，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(guò)止?jié){環(huán)200～500mm，排氣管由孔口經(jīng)張拉段穿過(guò)止?jié){環(huán)直至孔端頭50cm以內(nèi)；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(jīng)張拉段，穿過(guò)止?jié){環(huán)直至孔端頭50cm以內(nèi)。

錨桿安裝主要采用人工進(jìn)行安裝，施工時(shí)，須按實(shí)際孔深、孔底預(yù)留深度及錨桿長(zhǎng)度計(jì)算出外露長(zhǎng)度，并做出明顯標(biāo)記，操作人員協(xié)調(diào)一致，均勻用力往孔里推，保證錨桿在孔內(nèi)順直不扭曲。錨桿孔口外需預(yù)留不小于50cm長(zhǎng)度，以方便混凝土墩頭、螺帽、張拉等工作進(jìn)行。

4.2.3 預(yù)應(yīng)力錨桿灌漿

灌漿采用GMS2008型灌漿自動(dòng)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(jìn)行；內(nèi)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(qiáng)度等級(jí)分別為M50、M25；在灌漿過(guò)程中，排氣管回濃漿后立即以0.5 MPa壓力閉漿，閉漿時(shí)間15min。如果灌漿量大于理論吸漿量，并且回漿比重不小于進(jìn)漿比重，穩(wěn)壓15min，孔內(nèi)不再吸漿，則灌漿結(jié)束。

4.2.4 錨桿張拉及鎖定

預(yù)應(yīng)力錨桿張拉程序?yàn)闄C(jī)具率定→外錨頭混凝土強(qiáng)度檢查→張拉機(jī)具安裝→預(yù)緊→分級(jí)張拉→鎖定。

在錨固段注漿體混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度75%后，對(duì)預(yù)應(yīng)力錨桿進(jìn)行張拉，錨桿采用YCW-150型千斤頂進(jìn)行張拉（實(shí)驗(yàn)錨桿采用1000kN錨索測(cè)力計(jì)檢查張拉效果），張拉前先安裝鎖頂螺帽，再用連接套對(duì)錨桿進(jìn)行連接接長(zhǎng)，接長(zhǎng)后安裝螺帽保護(hù)套、千斤頂?shù)龋菝北Ｗo(hù)套是用來(lái)方便后期螺帽鎖定的一個(gè)工具，整體由鋼材制成，但在下方有預(yù)留缺口，待張拉完成后，人工通過(guò)缺口利用扳手進(jìn)行鎖定。張拉過(guò)程控制程序?yàn)椋?kN→100kN→300kN→450kN鎖定，除最后一級(jí)持荷時(shí)間為20min，其余每級(jí)張拉持荷時(shí)間均為5min，張拉在同一時(shí)間完成，否則應(yīng)卸荷后依次張拉。該預(yù)應(yīng)力錨桿的設(shè)計(jì)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(cè)力計(jì)測(cè)定回彈力，并做好記錄，反復(fù)循環(huán)，直至設(shè)計(jì)永存力為450kN。初次張拉按照設(shè)計(jì)永存力的105%進(jìn)行，即495kN左右。且加荷、卸荷速率應(yīng)平穩(wěn)。張拉時(shí)，升荷速率每分鐘不宜超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.1；卸荷速率每分鐘不宜超過(guò)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力值的0.2。

圖2 螺帽保護(hù)套

圖3 450kN預(yù)應(yīng)力錨桿張拉

5 預(yù)應(yīng)力錨桿實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

5.1 張拉理論長(zhǎng)度計(jì)算

工藝實(shí)驗(yàn)前需要進(jìn)行理論彈性伸長(zhǎng)量計(jì)算。對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式為l=PL/EA（式中：L—錨桿的有效長(zhǎng)度；錨固端至張拉錨具之間的距離，P—張拉應(yīng)力，理論伸長(zhǎng)量對(duì)應(yīng)的是理論應(yīng)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。

表2 450kN預(yù)應(yīng)力實(shí)驗(yàn)錨桿觀測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

表3 試驗(yàn)錨桿伸長(zhǎng)量統(tǒng)計(jì)

5.2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

通過(guò)450kN預(yù)應(yīng)力錨桿工藝實(shí)驗(yàn)，對(duì)體現(xiàn)其支護(hù)效果的各項(xiàng)數(shù)據(jù)做了全面統(tǒng)計(jì)，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)如表2、表3所示。

5.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)錨桿張拉力數(shù)據(jù)分析，在液壓千斤頂張拉力達(dá)到450kN時(shí)對(duì)應(yīng)測(cè)力計(jì)的原始數(shù)據(jù)為479.87kN，考慮到人工鎖定時(shí)對(duì)錨桿的應(yīng)力，鎖定完成后測(cè)力計(jì)數(shù)據(jù)為504.14kN，并在張拉完成3天后測(cè)力計(jì)數(shù)據(jù)降低為482.47kN，與原始數(shù)據(jù)基本保持不變且大于設(shè)計(jì)450kN，張拉力滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)實(shí)驗(yàn)錨桿伸長(zhǎng)量數(shù)據(jù)對(duì)比分析，實(shí)驗(yàn)錨桿伸長(zhǎng)量比理論值增量略大，主要由自由段的長(zhǎng)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(shù)誤差引起，整體情況比較理想，滿足工藝施工要求。實(shí)現(xiàn)了450kN預(yù)應(yīng)力錨桿在地下支護(hù)工程中的應(yīng)用。

6 結(jié)語(yǔ)

在工程建設(shè)高速發(fā)展的今天，對(duì)于高邊坡、深基坑及薄弱地段的施工安全、進(jìn)度和成本越來(lái)越受重視，選擇適合的支護(hù)方式很重要，450kN預(yù)應(yīng)力錨桿較普通125kN預(yù)應(yīng)力錨桿支護(hù)效果更強(qiáng)，更能保證施工安全；較小噸位（600kN）錨索工序更簡(jiǎn)單，更能保證施工進(jìn)度和降低成本。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析，在450kN預(yù)應(yīng)力錨桿施工過(guò)程中只要嚴(yán)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(diǎn)，450kN預(yù)應(yīng)力錨桿的支護(hù)效果就能完美體現(xiàn)，其成功開辟了一種新的支護(hù)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(yù)應(yīng)力錨桿施工工藝和支護(hù)效果具有重要意義。