预应力锚索在紫坪铺水利枢纽边坡工程中的应用

中目西部科技　２００８年９月（中旬）第０７卷第２６期总第１５１期　钟贤五　周先齐　（】．中国水利水电建设工程咨询西北公司，陕西西安７１　００６５；２．河海大学，江苏南京２】００９８）　摘要：紫坪铺水利枢纽工程部分边坡地质条件复杂，稳定性差，针对此种地质条件，工程采用了预应力锚索用于部分　边坡的加固。本文介绍了该预应力锚索的施工工艺，提出了预应力锚索安装制作过程中的质量控制办法。通过该工程边　坡应用表明，该预应力锚索设计合理，较好的解决了工程边坡稳定性差的问题，达到了的预期目标。　关键词：预应力锚索；水利枢纽工程；声波测试；固结灌浆　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　Ａｎｃｈｏｒ　Ｃａｌ０Ｉｉｅ　ｉｎ　Ｓｌｏｐｅ　Ｅｎ窑Ｉｌｅｅｄｎ￣ｏｆ　Ｚｉ　Ｐｉｎｇ　ＰｕＨｙｄｒｏ　Ｊｕｎｃｔｉｏｎ　ＺＨＯＮＧ　Ｘｉａｎ－Ｖｖ＇Ｕ。ＺＨＯＵ　Ｘｉａｎ－ｑｉ　（１．Ｃｈｉｎａ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ　Ｈｙｄｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｃｏｎｓｕｌｔｉｎｇ　Ｎｏｒｔｈ－Ｗｅｓｔ　Ｆｉｒｍ，Ｘｉ’　Ａｎ，７　１　００６５；２．Ｈｏｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　Ｉｉａｎｇｓｕ　２　１　００９８）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐａｒｔ　ｓｌｏｐｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｚｉ　Ｐｉｎｇ　Ｐｕ　ｈｙｄｒｏ　ｊｕｎｃｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄ．Ｐａｒｔ　ｓｌｏｐｅ　ｈａｓ　ｐｏｏｒ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ．　Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ａｎｃｈｏｒ　ｃａｂｌｅ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｔａｋｅｎ　ｔｏ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅ　ｐａｒｔ　ｓｌｏｐｅ　ｉｎ　ｅｎｇｎｅｅｒｉｎｇ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｃｔｅｄ　ｔａｒｇｅｔ　ｈａｓ　ｂｅｅｎ　ｒｅａｃｈｅｄ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ，ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ａｎｃｈｏｒ　ｃａｂｌｅ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｄｕｒｉｎｇ　ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ　ｍａｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ａｎｃｈｏｒ　ｃａｂｌｅ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ａｎｃｈｏｒ　ｃａｂｌｅ；ｈｙｄｒｏ　ｊｕｎｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｊｅｃｔ；ｓｏｎｉｃ　ｗａｖｅ　ｔｅｓｔｉｎｇ；ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　１　概述　２．２施工技术　紫坪铺水利枢纽工程位十岷江上游沙金坝河段，下游　本工程锚索施工工艺流程见图１．１，以３０００ＫＮ级拉压复　距都江堰市约９ｋｍ，是‘座以农业灌溉和城市供水为主，兼　合型预应力锚索为例，其结构示意图如图１．２所示。　有发电、防洪、环境保护、旅游等综合效益的大型水利枢　纽工程。枢纽建筑物卞要包括钢筋混凝土面板堆石坝、溢　类型　钻孔孔　径　孔深　钻孔倾　角（向下　度　固段长　锚墩　胶结　锚索保护　屡　（１日瞻）　（ｍ）　）　强度　强度　（洪道、引水发电系统、冲砂放窄洞、泄洪排砂洞等。　ｍ）　ｌ＃、２＃泄洪排砂洞进口边坡地质条件较复杂，强卸荷　１５００ＫＮ级　ｉ５０　４５　５　ｉ０　Ｃ３０　Ｃ３５　２０　３０００ＫＮ级　ｌ８０　５０　５　ｉ４　Ｃ４０　Ｃ３５　２０　带（弱风化上段）水平深度为２７．５ｍ，另外还可见多条小断　表１．１锚索设计指标之一　层和小型层问剪切破碎带，局部岩块体有失稳的可能性。　大坝左岸趾板上游边坡岩　以砂岩、粉砂岩为主，问　钢绞　圄结灌　隔离　类型　娃　浆　浆　架　承载体　声被值　夹杂破碎泥质粒状结构，ｌＨ＿ＩｌｆＩ问有两条宽约４～５ｍ的煤质页　（根）　（ＩＰａ）　（肝　问臣　间距　安装方式　（ｒａ／ｓ）　岩断层剪切带穿过。左岸趾板上游的蒲家山冲沟上横跨着　｛Ｉ　蒲家山大桥，人桥与左岸公路丰Ｈ连，人桥卜游侧边坡三面　１５００ＫＮ级　０．３　０．ｉ　０．８￣１．２　＜２　３组：３、＆３　＞３０００　３０００１￣Ｎ级　ｌ０　３　ｕ．ｉ　ｎ．８１．２　＜２　５组；４．４’４、　＞３０００　临空，在ＥＬ．８４５ｍ以上岩体卸衙严匿，属Ｊ　Ⅳ类岩体不稳定　４、３　边坡；ＥＬ８４５ｍ以下岩体完整性差，属Ｖ类岩体很不稳定边　表１．２锚索设计指标之二　坡，岩体失稳将直接危及桥墩、人坝而板及趾板的安全。　针对泄洪排砂洞进口边坡和蒲家『ｌＩ冲沟的地质特点，设计　布置了１５００ＫＮ级和３０００ＫＮ级的预应力铺索。　２　预应力锚素施工工艺　２．１设计指标　紫坪铺水利枢纽Ｔ程采用的是拉压复合型预应／，Ｊ锚　索，胶结式锚固段，无粘结低松弛的预应力钢绞线。锚索　材料、胶结材料以满足设计要求为准，各分项设计指标祥　见表１．１和表１．２所示。　图１．１锚索工艺流程图　收稿日期：２００８—０８—１２修回日期：２００８—０９—１０　作者简介：钟贤五，男，湖北孝感人，助理工程师，从事水利水电监理工作。　２０　维普资讯 http://www.cqvip.com

Ｌ＝Ｌｌ＋　２＋／３＋　４　啦　（１）　Ｌ１：挤压套端部至孔口长度；Ｌ２：混凝土锚墩厚度；　Ｌ３：张拉设备工作长度（２０ａｍ）；Ｌ４：锚具厚度　（１５００ＫＮ级为５ａｍ，３０００ＫＮ级为ｌＯａｍ）。　每组钢绞线下好料后，尾部用红油漆作好不同的标　记，以便张拉时能分清各承载板上的钢绞线，同时，在编　索时应做好编索记录。根据各组钢绞线锚固段长度，剥除　ｆ．　．Ｉ　Ｉ．！　．１．！　。　。！！。Ｌ　．　－ＩｌＨｆ　相应长度的ＰＥ套管，用布有小孔的钢板将每股钢绞线的钢　丝分开，然后将钢绞线防锈油去除。防锈油清除完毕后，　将各股钢丝捻制复原。　图１．２　３００ＯＫ｝ｌ级拉压复合型预应力锚索　（１）钻孔施工。首先按照设计间排距５ｍ、错孔布置的　要求用全站仪测定孔位。针对１５００ＫＮ级和３０００ＫＮ级锚索不　同孔深的要求进行钻孔。施工中普遍采用无水钻进，开孔　时必须保证孔口岩面完整。每钻进ｌＯｍ及时校正倾斜角度，　以保证钻孔质量。成孔后，用高压风管进行清孔。施工中　须填写完整的钻孔班报，包括钻孔时间、地质情况、钻孔　回水等。孔深不小于设计孔深。　因紫坪铺水利工程地质条件复杂，钻孔施工中不同程　度的遇到了软弱夹层和岩层漏风的情况，针对不同特殊地　图１．３固结灌浆（注浆封孔）示意图　②承载体安装。承载体由承压板和挤压套组成，承压　板形状与承载体级别相对应。先安装第一级承载体，然后　按顺序安装。承载体安装时将本级钢绞线全部穿入承压　板，冉通过挤压器把挤压套装在每束钢绞线终端。锚索体　质情况，施工中分别采取了不同的处理方法，并取得了一　定的效果：　①当锚孔与煤洞相交悬空长度在３ｍ以内时，对　上部孔进行扩孔跟管钻进，穿过煤洞２～３ｍ后将套管同定，　换用原来直径钻头继续钻进至设计深度。②当锚孔与煤洞　相交悬空长度在大于３ｍ时，通过已钻锚索孔向煤洞吹粗　砂，吹砂高度应超过锚索孔高，然后向粗砂中灌注水泥砂　浆，待砂浆达到一定强度后，即继续锚索孔钻进。③若出　现坍孔、卡钻时，慢慢前后移动钻具，加大风量，均匀强　力提拔。若钻具无法提出时，可在原孔旁顺着钻杆方向再　按ｌＩ　６ｍ问距安置隔离架，隔离架之问用束线环将其捆扎成　纺锤型，同时将注浆管穿入隔离架至钢绞线终端０．５ｍ处，　最后将中１０８ｍｍ钢管制作的导向帽焊接在锚索体终端。锚索　编制好后，在导向冒上编写好相应锚索孔的编号，同时应　注意锚固段的防潮。　③锚索体安装。本工程锚索施工部位几乎均为高边　坡，不利于机械操作。因此，锚索体安装采用人工下锚。　在锚索搬运过程中，做到１人１米的距离，杜绝搬运过程中　进行造孔至卡钻位置，排除故障后，对原孔进行固结灌　浆，再重新扫孔，继续钻进至设计孔深。④成孔后，安装　锚索时发现孔内坍孔，将锚索拔出，对锚孔进行固结灌　浆，重新扫孔并安装锚索。　（２）声波测试。根据设计指标要求，预应力锚索锚固　段声波测试值均应≥３０００　ｍ／ｓ。因此，在造孔、清孔结　束，且确保孔内干净无杂物的情况下，进行孔内锚固段声　波值测试。若平均波速值≥３０００ｍ／ｓ，则满足设计要求，可　进行下一工序施工；若平均波速值小于３０００ｍ／ｓ，则应进行　固结灌浆，在固结灌浆结束４８ｄ，时后，用同级钻头沿原孔　对锚索结构及自由段ＰＥ套管造成损伤，且锚固段在搬运过　程中不得沾上泥上。安装前仔细检查锚索体长度、编号是　否　确，钢绞线有无损伤。检查无误后，缓缓推送到孔　底，保证锚索体在孔内顺直。　（５）锚索注浆。为防止孔内坍塌，影响锚固效果，锚　索体入孔后２４ｄ，时内必须进行注浆。注浆采用孔口封闭、　排气法进行，排气管设在孔ｕ顶部。为使已施工的锚索早　日发挥作．［Ｈ，汴浆时，、可在浆液中掺早强剂。　搭Ｊ　锚索旌ｌ：部位岩石破碎且卸荷严苇，为慎重起　扫孔到位，然后用风管从内至外将孔吹扫干净，最后再次　进行声波测试，直至满足波速值￣３０００ｍ／ｓ。　（３）固结灌浆。该工程锚索施工部位岩性均较差，根　据设计要求，对锚固段声波测试结果不满足要求的锚索孔进　行全孔段固结灌浆，以提高岩体的完整性。固结灌浆采用孔　口管封孔固结灌浆方式。因锚索孔多为上仰孔，【占ｌ结灌浆　时，采用了双管法进行施工，双管法施工示意　如　１．３所　见，注浆旌工时采用与锚同段固结灌浆相同的　力。注浆　水灰比采用１：１和０．３６：１两个比级。开灌水灰比为１：１，　当排气管中返出浆液　换０．３６：１的浆液进行注浆，待回浆　水灰比达到０、３６：ｌ且压力达到０．３ＭＰａ时停止注浆，闭浆　２４ｄ，时后方　，撤除孔ＬＪ管。　注浆过　Ｉ１ｌ，不得ｒｔ　断注　浆，每问隔ｌＯｍｉｎ　检测一次注浆比重和网浆比重。注浆封　示。以方便孔内牢气排　，且最人程度将孔底填满浆液。　（４）锚索制作与安装。　孔基木ＩＩＪＪ锚索　结灌浆方式。　（６）铺墩浇筑。铺墩浇筑　一为：　底铺十ｒ施Ｉ：一　①钢绞线卜料与除油。锚　段应设防水措施，同・袱　锚索根据钢绞线分组（同一承载板上的钢绞线为一组），　分别取小Ｉ—Ｊ长度的钢绞线，下料长度按下式确定：　基底清　（坡　清　）一测节放线一钢筋笼、铡　板安装　模板安装一砼浇筑。　先川仪器　已消邪的　｝　占确定ＨＩ锚墩位　，再　２１　维普资讯 http://www.cqvip.com 中国西部科技　２００８年９月（中旬）第０７卷第２６期总第１５１期　进行钢筋笼、钢垫板的制作安装。钢筋网、锚垫板、螺旋　筋轴线必须与孔轴线重合。为保证施工时钢筋笼的制作安　装稳固，必要时可在锚墩基底设置锚杆，以稳定钢筋网。　将孔口周围表面的浮渣、杂物去除，并用水冲洗干　净。在孔口管上焊接导向管，导向管轴线与孔中心线一　其锁定；②第一序循环张拉：初始循环张紧后，将钢绞线按　分级对称顺序逐根张拉至设计应力的２５％，稳定３ｍｉｎ后锁　定：③第二循环张拉：在２５％荷载基础上，逐根加载至设计　应力的５０％，稳定３ｒａｉｎ后锁定：④第三循环张拉：在５０％荷　载基础上，逐根加载至设计应力的７５％，稳定３ｍｉｎ后锁定；　致，长度以满足安设锚垫板为准，将锚垫板焊接在锚墩顶　端。导向管中间设置注浆管和排气管与孔内相通，均引出　锚墩，以备二次注浆使用。在其四周立好模板，并固定牢　靠，保证模板的稳定性、刚度和强度满足设计要求。经验　⑤第四循环张拉：在７５％荷载基础上，逐根加载至设计应　力，稳定５ｍｉｎ后锁定；⑥第五循环张拉：在设计应力基础　上，逐根加载至设计应力的１　１５％，稳定５ｍｉｎ后锁定。　锚索张拉工序结束后，若每一根钢绞线的实际伸长值　收检查合格后，进行混凝土浇筑。　（７）锚索张拉。锚固段胶结强度达￣ｌＪ３０ＭＰａ，且锚墩　强度达到设计强度后，进行锚索张拉。张拉前，对张拉系　统设备千斤顶、油压表、高压油路及附件进行率定、检　查，确保张拉时数据准确可靠。对承载体的抗拉强度，应　做试验使其满足设计要求。张拉需借助锚板，将锚墩外钢　绞线的ＰＥ套管剥除，去除防锈油。按照钢绞线编号标识穿　入锚板孔，套上夹片，注意每级锚索应对称或均匀分布。　根据技术规范，预应力锚索伸长值上限等于锚索张拉　段长度理论伸长值（Ｌ１）与５０％内锚固段长度理论伸长值　（Ｌ２）之和，伸长值下限等于８０％锚索张拉段长度理论伸　长值（Ｌ１）。理论伸长值由胡克定律计算可得：　：ＦｘＬ／　×　）　（２）　：钢绞线理论弹性伸长值，单位ｉｎｏｔ；Ｅ：单根钢绞线　分级荷载对应的张拉力，单位Ｎ：Ｌ：钢绞线张拉段、锚固　段长度，单位ｍｍ；Ｅ：钢绞线弹性模量；Ａ：钢绞线横截面　积，单根固定值１４０ｒａｍ。。　锚索张拉时应遵循以下原则：　①升荷速率：每分钟不宜超过设计应力的１０％。　②卸荷速率：每分钟不宜超过设计应力的２０％。　③张拉顺序：采用分序单根间隔对称分级张托。　④张拉程序：初始循环张紧一第一序循环张拉一第二　序循环张拉一第三序循环张拉一第四序循环张拉一第五序　循环张拉。　张拉工序分级示意（３０００ＫＮ级）见图３：　｝　，　ｌ　／　＿，／。。　，　～～　一　一　Ｊ　ｊ串锚幸单承袋矗净片图　图１．４　３０００ＫＮ级锚索张拉工序分级图　在铺索张扣时，现场详细记录每一根铡绞线的分级应力　与锚索伸长值，并按照下列程序进行：①初始循环张紧：将　铡绞线按照分级对称顺序逐根拉　，并按设计应力的１０￣／￣　２２　在锚索理论伸长值上下限之间，则表明张拉工序合格，否　则为不合格。　’　（８）封锚。张拉工序结束后，为保护导向管内钢绞　线，保证张拉质量，通过锚墩内预留二次注浆管和排气管　进行补灌浆，用水泥浆把钢绞线包牢。然后将多余钢绞线　切除，锚具外留存１５ｃｍ，用黄油和ＰＥ套管包好外露钢绞　线。再用与锚墩同标号混凝十将外露钢绞线和锚板进行封　闭，适当配置①１２构造筋，焊接在锚垫板上，浇筑形状为　正四棱台（锚墩状），混凝土保护层ｌＯｃｍ。　３　质量控制　３．１原材料控制　对进场原材料必须一一检验，特别是钢绞线、挤压　套、承载板、锚垫板、锚夹具、水泥等关键材料，经检验　合格后方可用于本工程。　３．２施工过程控制　（１）孔斜、孔深、孔径是控制的重点，孔底偏差必须　控制在３％内；孔深不小于设计孔深：孔径不小于设计孔　径，导向管与锚索孔中心线偏差控制在０．４％内。　（２）锚固段声波平均值必须不小于３０００ｍ／ｓ后才能进　行下一工序施工。　（３）对每‘一根纲绞线进行编号，做好标识，保证每‘　级每‘一根钢绞线长度、位置相对应。在安装过程中保证标　识不被损坏，使锚索体顺直不扭曲。　（４）锚索编组前，必须保证挤压套与钢绞线连接强度　满足设计要求：锚索张拉前，对张拉系统设备千斤顶、油　压表进行定期率定，超过时间必须进行设备率定，合格后　才能使用。　（５）对水泥净浆、锚墩混凝土浇筑时必须现场取样，　保证抗压强度满足设计要求。　４　结语　紫坪铺水利枢纽工程中泄洪排砂洞进口边坡和蒲家ＬＩｊ　冲沟支护工程使用的自由式拉压复合型预应力锚索，是正　在运行推广中的一项新技术。该锚索将传统的锚头改进为　拉压分散复合型，使每个锚头分别承担一定荷载，改善了　应力集中的状况，对工程的长效锚固起到了重要作用。该　锚索具有对复杂地层适应性强、锚周段应力分布均匀、地　下水对钢绞线侵蚀小等优点。　通过精心组织，有效管理，紫坪铺水利枢纽工程边坡　锚索施工质量优良，经过近两年的运行，边坡监测资料显　示山体基木无变化，达到了工程预期目的。该新技术经济　和社会效益显著，具有良好的发展应用前景。　参考文献：（略）