淺談江蘇句容電站地下廠房頂拱無粘結端頭預應力錨索施工技術

張俊陽

(中國葛洲壩集團第二工程公司，四川 成都 610091)

0 引言

在不良地質條件下的地下廠房中，頂拱往往設計預應力錨索作為深層支護形式。在頂拱預應力錨索施工中，因地質條件差、成孔困難，頂拱錨索上仰角度大，機械操作困難，各施工工序較常規邊坡錨索施工復雜。本文以句容工程為例，針對上述施工難題，總結提煉了可行的解決方案。

1 工程概況

句容抽水蓄能電站地下廠房總長246.5 m，開挖寬度為25.5～27 m，最大開挖高度57.55 m，由副廠房、機組段、安裝場三部分組成。根據揭露的地質情況，主副廠房頂拱層斷層、巖脈、溶蝕裂隙、破碎帶較發育，不穩定塊體多。廠房頂拱層巖體主要為微風化白云巖，其飽和抗壓強度為 47～69 MPa。圍巖類別主要以Ⅲ、Ⅳ類為主，其中Ⅲ類圍巖占49.6%，Ⅳ類圍巖占50.3%，Ⅴ類圍巖占0.1%。廠房頂拱共布置預應力錨索319根。

2 主要技術指標及要求

無粘結端頭預應力錨索設計載荷為1 500 kN，即150 t，由10束1×7-15.2-1860鋼絞線編制而成，錨索設計鎖定荷載σ con=1 500 kN×0.6=900 kN，錨索與主副廠房洞軸線垂直方向間最小夾角為16°，無粘結端頭預應力錨索施工結構具體如圖1所示。

圖1 1500 kN無粘結端頭預應力錨索施工結構圖

3 施工中存在的問題

1)錨索鉆孔作業困難。該錨索孔為上仰角74°孔，必須采用特制鉆具施工；地質條件差，成孔困難。

2)錨索灌漿困難，容易出現灌漿不飽滿的情況。必須研究合適的止漿方法和灌漿方案。

3)錨墊板安裝難度大。錨墊板由上下2塊鋼板組成，尺寸分別為50 cm×50 cm及30 cm×30 cm，厚度4.5 cm，總重約120 kg。安裝時既要保證錨墊板安裝角度，加固牢靠，又要克服高空作業、工作面狹小的困難。施工難度大。

4 施工準備

4.1 試驗檢測

試驗檢測內容主要包括錨索灌漿漿液及找平層砂漿配合比試驗、錨索結構材料檢測及張拉設備配套標定三部分，所有試驗檢測工作應由有相應資質的試驗檢測單位完成。句容電站錨索配合比設計技術指標要求及成果具體如表1、表2所示。

表1 錨索配合比設計技術指標要求

表2 錨索配合比設計成果表

4.2 工藝及生產性試驗

在進行無粘結端頭預應力錨索大規模施工前，應進行工藝及生產性試驗，包括止漿包工藝性試驗、超張拉試驗等，以獲取各種施工參數指導后續施工。

5 施工方案

5.1 鉆孔

錨索鉆孔采用定制鉆具施工，固定在定制的鉆孔臺車上進行，鉆機固定后，可根據設計角度適當調節仰角。鉆孔采用YG-30/70 A錨固鉆機，孔深20～25 m，孔徑165 mm。錨索施工前，由測量人員準確放樣定位。錨固鉆機固定平穩后，按設計要求的方向角、傾角進行開鉆。開鉆時，應低壓低速鉆進。在鉆進過程中，利用測斜儀每5 m檢查偏孔情況，并做好鉆孔過程記錄。如鉆進遇不良地質，出現塌孔、卡鉆等現象，采用先孔道固結灌漿后重新掃孔的方式進行處理。若錨固段處于破碎帶等軟弱巖層，采用延長孔深、增加錨固段長度的措施進行處理。

5.2 錨索制安

5.2.1 錨索下料

錨索下料長度根據實際孔深(尤其是增加錨固段長度的孔深)、找平層厚度、錨具厚度、千斤頂長度等因素通過計算決定。下料時，鋼絞線應采用砂輪切割機切斷，要求切口整齊無散頭現象。

5.2.2 編索

1)錨索編索在編索平臺上進行，按照施工圖紙要求依次完成鋼絞線、對中支架、隔離架、進回漿管等安裝，并編簾扎束。

2)錨索編制前將鋼絞線錨固段去皮洗油，并用布料清水洗擦干凈。對內錨固段和自由張拉段連接處應使用防水膠帶進行捆綁密封處理，以防灌漿時漿液流入未去皮鋼絞線內，影響錨索張拉效果。

3)止漿包制作。由于錨索孔大角度斜向上方，錨索灌漿時為防止漿液倒流，需在錨索自由張拉段距孔口約71 cm處設置30 cm長止漿包。止漿包采用400 g/m2無紡土工布制作而成，其兩端土工布與索體鋼絞線間空隙采用水泥砂漿填充密實，并用無鋅鉛絲綁扎牢固。在制作止漿包時，應嚴格控制止漿包中無紡土工布的寬度，確保錨索止漿包上部錨固段及自由張拉段灌漿時，在漿液自重及灌漿壓力作用下，止漿包不會出現大的位移。

4)進、回漿管的設置。無粘結端頭預應力錨索共設有5條進、回漿管，具體如圖1所示。其中1#進漿管伸出止漿包外約50 cm，該進漿管在止漿包處應剖開截面的2/3；2#進漿管(兼回漿管)伸出止漿包外約70 cm，3#進漿管位于孔口處；1#回漿管設置在距離孔底約15cm處，2#回漿管設置在距離止漿包下部約15cm處。這5根管中，1#、2#進漿管及1#回漿管主要用于滿足錨索止漿包上部灌漿需要，3#進漿管及2#回漿管主要用于滿足錨索止漿包下部灌漿需要。錨索進、回漿管均采用φ20 mm塑料管，管道應與錨索索體綁扎牢固，管口通過涂刷不同顏色油漆或纏繞不同顏色膠布進行標識。

5)波紋管設置。錨固段索體需要外包波紋管，以保護錨固段鋼絞線防止腐蝕。波紋管周邊鉆孔形成花管，確保灌漿漿液能順利流入管內包裹索體。安裝波紋管時，一端插入導向帽中，另一端與索體間采用水泥砂漿填充密實，并用無鋅鉛絲綁扎牢固，以防穿索過程中，波紋管脫落。

6)錨索編索結束后，端部安裝導向帽，其內充填環氧砂漿，并掛牌編號，其編號應與錨索孔號一致。

5.2.3 送索

錨索編索完成后，用自制小車人工配合運輸至施工部位。

5.2.4 穿索

錨索索體入孔前，先用高壓風再次洗孔，經復核無誤后，利用自制臺車作為操作平臺，先由人工將索體扛抬至孔位附近，然后利用2臺2 t手動葫蘆輔以人工交替拉拽方式將錨索緩慢送入孔內。穿索過程中，手動葫蘆掛在與拱頂系統錨桿或插筋焊接牢固的鋼筋上，拉拽錨索體的繩索應采用軟繩，以免拉拽過程中損傷索體。錨索穿索結束后，利用1臺2 t手動葫蘆，通過鐵絲將索體牢牢固定在錨桿上。

5.3 找平層施工及錨墊板制安

找平層砂漿及錨墊板安裝須在錨索止漿包上部錨固段及自由張拉段灌漿結束后24 h方能進行，以免擾動已灌漿液。錨墊板采用2塊鋼板，總重約120 kg。錨墊板安裝前，首先將導向管與鋼板間按要求焊接牢固，然后采用臺車上的液壓升降裝置將鋼板送到一定的位置后，通過人工將錨墊板及導向管托舉至孔口并插入孔內至一定位置，及時安裝工作錨板夾片。在錨墊板四周頂拱上采用手風鉆造孔并安裝4根錨桿，錨桿與錨墊板焊接牢固；錨墊板固定完畢后，在施工錨板與頂拱基巖間用預縮砂漿找平層。

5.4 灌漿

錨索采用水泥凈漿灌注，漿液水灰比0.33:1，鉆孔灌注的水泥漿7 d抗壓強度不低于35 MPa。灌漿采用純壓式，灌漿壓力0.3～0.5 MPa，當排漿比重與灌漿濃度相同時，封堵回漿管方可進行屏漿，屏漿壓力0.5 MPa，屏漿時間30 min。

錨索分2次進行灌漿，第一次進行錨索止漿包上部錨固段及自由張拉段灌漿。該灌漿在穿索完成后進行，漿液由1#進漿管注入，當漿液從2#進漿管流出時，表明止漿包已完全灌滿，等待15～20 min后，采用壓力水將2#進漿管管內漿液沖洗干凈，然后對2#進漿管進行灌漿，直至漿液從1#回漿管溢出。第二次進行錨索止漿包下部孔口段灌漿。該灌漿在已灌段漿液達到7 d設計強度且錨索完成張拉后進行，漿液由3#進漿管注入，2#回漿管溢出。

5.5 張拉機具安裝

張拉機具安裝前，應認真進行檢查，確保錨墊板承壓面、鋼鉸線、錨具夾片等表面潔凈、無油污，工作錨具與鉆孔已對中，錨錐孔內夾片已安裝無遺漏，鋼鉸線已依次穿入錨具孔內且無交叉，方可開始進行張拉。

5.6 張拉

當錨索錨墊板找平砂漿達到設計強度后，即可開始進行錨索張拉。張拉采用應力應變雙控，先單根預緊，后整體張拉，共分6級進行。分級張拉程序為：0—預緊0.2 σcon(單根18 kN)—0.25 σcon(整體225 kN)—0.5 σcon(450 kN)—0.75 σcon(675 kN)—1.0 σcon(900 kN)—1.1 σcon(990 kN，穩壓30 min徐變量小于1 mm)—卸荷鎖定—(48 h后損失超過10%進行補償張拉)。

錨索單根預緊張拉按照“先中間，后周邊，間隔對稱分序”的原則進行，張拉過程中，對每一級在控制張拉力下的實測值與理論值進行比較，如兩者差值超出10%或小于-5%，則應停止張拉，查明原因并采取相應措施。錨索張拉合格，卸荷并鎖定48 h后如發現預應力損失超過10%(整體小于810 kN)時，實施補償張拉。

5.7 封錨及外錨頭保護

錨索張拉完成并驗收合格后，端頭僅預留15 cm長鋼絞線，其余均予以切除。洗凈工作錨具及留存鋼絞線后，采用鋼制保護罩進行保護，罩內充填防腐油脂，保護罩外涂刷防腐油漆。

6 實施效果評價

在主副廠房頂拱錨索施工過程中，業主單位委托第三方安全監測單位在頂拱處其中2根無粘結端頭預應力錨索上安裝了NVMS-1500型玄式錨索測力計，以監測錨索預應力變化情況，具體如表3所示。

表3 預應力錨索測力成果表

從表3中可知，錨索在張拉48 h后預應力損失率均小于10%，完全能夠滿足設計及規范要求，施工質量可靠。

7 結語

句容電站地下廠房在無粘結端頭預應力錨索施工過程中，解決了鉆具加固、成孔困難、墊板安裝等問題，采用二次性灌漿法施工，錨索施工質量優良。自廠房頂拱無粘結端頭預應力錨索施工完成一年多以來，通過廠房安裝的錨索測力計監測數據顯示，錨索應力損失在規范范圍以內，施工質量可靠。