彭水地下厂房预应力锚索施工的质量控制（孙凯,李鑫,李艳）

［摘要］ 彭水水电站是在复杂岩溶地区建设的大型地下电站，厂房边墙虽以II类围岩为主，但由于岩层倾向洞内，倾角较陡，加之少量夹层与反倾向裂隙及其它方向裂隙，可能形成潜在的不稳定块体，因此锚固工程的施工质量便成了主厂房高边坡稳定的关键。结合施工监理的过程，本文简要介绍在预应力锚索施工中，钻孔、锚索制安、灌浆、张拉及锚头保护的一些质量控制要点。

［关键词］ 锚索施工 地下厂房 彭水水电站

1 工程概况

乌江彭水水电站装机容量175万kW，总投资121.51亿元，是乌江干流水电开发的第十个梯级电站。枢纽总体布置：左岸为通航建筑物，河床部分采用碾压混凝土弧型重力坝挡水，右岸为地下厂房。地下厂房的开挖尺寸为252m×30m×76.5m（长×宽×高），内部边墙采用系统喷锚支护和无粘结预应力锚索进行加固。锚索布置如下：上下游边墙上分别布置14排1500kN级预应力锚索，其中L=18m共计 8束，L=20m共计18束，L=25m共计796束，上游边墙为上倾锚索，下游边墙分别设有上倾和下倾两种锚索型式。

2 地下厂房硐室工程地质评价

地下厂房上游侧边墙岩层倾向洞壁内，边墙岩体为O3+41n层灰岩与串珠体页岩，均为Ⅱ类围岩。洞壁中下部为厚层块状灰岩，洞壁中上部为串珠体页岩与薄～中厚层灰岩，岩层内仅有305、401、404、406等Ⅱ类夹层和C2夹层，岩体较完整。404、406夹层虽然在上游边墙未暴露，但距边墙很近，且性状较差，沿整个上游边墙均有分布，对上游边墙整体稳定不利。按厂房区各组结构面组合，夹层与反倾向裂隙及其它方向裂隙组合有可能形成潜在不稳定块体。

下游侧边墙岩层倾向洞内，存在临空面，边墙岩体为О1+2+31n层灰岩与页岩、串珠体页岩，О２1n为Ⅲ类围岩，其余为Ⅱ类围岩。洞壁下部为О２1n页岩，中上部为串珠体页岩及灰岩。岩体中夹层少，边墙稳定性总体较好。但边墙下部为页岩，其岩石强度与灰岩相比较低，应注意边墙下部О２1n层岩体的加固和保护。

边墙局部稳定性取决于层面与裂隙及断层的组合，此外由于岩层倾向洞内，倾角较陡，需注意沿层面的块体稳定问题，可能形成潜在不稳定块体，因此应对边墙潜在不稳定块体进行锚固。

3 锚索结构

地下电站主厂房锚索为1 500kN级无粘结预应力锚索。锚索按照长度为18m、20m、25m等。锚索的主体结构为：14根GB/T5224-95Φ18.2mm无粘结钢绞线，钢绞线外带套管，套管为聚氯稀和聚丙烯塑料管。

主体锚索总长为26.5m，内锚固段长度为9m，张拉段长16m；张拉力锁定为设计承载力的1.15倍，即1 725kN。

4 施工工序流程

5 施工质量控制要点

5.1 测量放样、钻孔

钻孔采用2台YG-60型锚固钻机进行钻孔，钻孔孔径为Φ168mm。另配置3台英格索兰空压机，其中1台备用。

根据设计坐标点在现场放出钻孔孔口点及钻孔控制线，用罗盘定位测量，用钻机微调螺杆调节，在钻杆薄弱环节安装钻杆扶正器进行孔道纠偏，并随时检测钻进过程中孔斜误差。为保证钻孔时钻机稳固，保证钻孔精确，在建基面打风钻孔，埋设锚筋或钢管，利用钻机支撑架加固钻孔，以保证钻机不发生轴向位移，使钻机压力均匀分散于建基面。

钻进过程中应注意的问题：对于质量较好的岩层中使用潜孔冲击钻孔，在松弱、破碎的岩层中采用旋转钻机多次成

孔；若钻进深度已达到设计孔深，而锚固段仍处于破碎带或断层等软弱岩层内时，经监理工程师同意后，继续钻进，并每间隔1m收集一次岩粉，用来判断孔内岩体情况，确保内锚段处于微风化岩层，并且微风化岩层大于内锚段段长；若遇到溶洞、溶沟和溶槽，先进行灌浆固结和充填，然后重新钻孔；若遇到裂隙漏风地层，由于孔内漏风使排粉能力下降或排不出粉尘，给钻进造成困难时，采用分段或全孔段固壁灌浆（M25）二次扫孔的方法解决。

5.2 锚索制作安装

锚束制作选择在地下厂房中进行。钢绞线进入地下厂房后，进行外观检查，钢材无锈蚀、扭结划伤、刻痕等；按要求取样进行有关实验合格后，经监理工程师同意方可用于锚索加工。

钢绞线下料采用金刚砂轮切割，切口两侧用20号铅丝绑扎，以免切割后切口松散。下料长度取设计孔深加1.5m，如遇到安装有锚索测力计，取设计孔深加长2.2m。下料后将内锚段及锚头PE套管剥去，使用清洁剂去油脂并套上止油护套；在内锚固段与自由张拉段相连部位，钢绞线PE套管用胶带缠封，以免灌浆时浆液浸入。钢绞线按14根编排绑扎成一束，编束时钢绞线不允许有交叉现象，锚索头部套上锥形导向帽，用环氧树脂锚固，以利于锚索下锚；波纹管对中隔离支架选用PE塑料隔离支架，在锚固段范围每隔2m布设一个，中间扎胶带一道；张拉段内每隔2m布置一个，端头2m区段内加密到1m。

穿索采用人工方法进行，锚索曲率半径不小于3m，以免破坏波纹管；放束时锚束均匀用力，锚束就位后抽动活结，使外夹片弹开，嵌紧孔壁。对于上仰锚索穿束前，在锚孔周围设置4根直径为12mm的插筋锚杆，孔深50cm，锚杆长110cm，安装时，用8号铅丝将锚索体固定在插筋锚杆上。

5.3 锚索灌浆

钻孔完成后进行简易压水试验，试验压力不小于0.32MPa，栓塞位置在钻孔内3m左右，透水率能满足设计要求不超过10Lu，即可进行灌浆，否则需要进行处理，直到满足要求。

锚索灌浆采取孔口封闭的有压排气灌浆，灌浆压力不小于0.4MPa，灌浆材料采用M35（7d）的纯水泥浆。对上仰锚索，浆液由止浆环处注入，空气压向孔底，由孔底进入排气管排出孔外；对下倾锚索，注浆管插至孔底，浆液由孔底注入，空气由止浆环处的排气管排出。

连续缓慢灌注浆液，当灌浆量大于理论吸浆量，回浆量比重不小于进浆量，且稳定30min，孔内不再吸浆，即进、排浆量一致，注浆结束。在浆液初凝前，进行不少于2次补灌，当浆液凝固到不自孔中回流出来之前，保持不小于0.4MPa的压力进行闭浆。

锚固段和自由段一次灌浆形成，锚固段灌浆压力0.3~0.5MPa，排气管回浓浆后以0.5MPa的压力闭浆，闭浆时间30min，自由段灌浆压力不小于0.8MPa。

5.4 锚墩浇筑及锚具安装

锚索灌浆后即可进行锚垫座混凝土浇筑。对237.5m高程已开挖的三个锚墩采用预制混凝土。垫墩安装前，先在孔口设置灌浆插筋，然后清理岩石面；验收后安装孔口管与锚垫板，混凝土垫墩采用一级配C35（7d）混凝土。对207.2m高程以上的混凝土锚墩，则采用钢垫墩代替混凝土垫墩。为了保证钢垫墩与岩石面结合平整，先对岩壁安装钢垫板时在其中浇C35（7d）一级配混凝土，并掺入45kg/m3的钢纤维（该钢纤维同厂房边墙用喷混凝土钢纤维：冷拉型，长度方向两端带钩，以快速水粘性胶粘结成排，长径比L/D=65，抗拉强度不低于1000MPa，韧度系数Re大于75%）。

垫座的承压面与锚孔轴线保持垂直，控制其误差不大于0.5°；垫座孔道中心线应与锚孔轴线重合。

工作锚采用VLM15-14型Q235B系列锚具及相应配套设备。锚具为满足SL46的最低要求及JGJ85-92规定的I类锚具。

5.5 锚索张拉

当锚索段注浆体抗压强度达到设计强度75%，衬砌混凝土抗压强度达到20MPa，进行锚索张拉。

锚索张拉采用超张拉持荷稳定、超载安装的施工方法。对单根钢绞线进行预紧，再将所有锚索一起分级张拉到1 725kN时进行超载锁定，张拉过程中升荷速度每分钟为设计应力的1/10，达到每一级控制力后稳压5min，进行下一级张拉，最后一级张拉后稳压10min，锁定。最后根据支护后出露的实际地质情况（块体）和检测成果作相应调整。

补偿张拉：锚索张拉完毕锁定后，会产生一定的应力损失，需要补偿张拉的锚索位置则根据设计要求及监理指示进行。对于有补偿张拉要求的锚索，在张拉锁定后7d左右进行，补偿张拉的张拉力为超张拉力。锚索补偿张拉采用分组分束张拉，按分束——分级循环张拉的方法进行，张拉顺序从中心由内向外向四周对称依次张拉。张拉过程：分为单股预紧和整束分级张拉两个阶段，单股预紧进行两次以上。整束张拉共分五个量级进行，即张拉荷载分别为设计张拉力的10%~110%逐级依次进行，并且控制最大张拉力不超过预应力钢材强度标准值的69%。

单束预紧张拉程序：安装千斤顶 →0→10%P→测量钢绞线伸长值→卸载千斤顶，此过程使各钢绞线受力均匀，并起到调直对中作用。

整束分级张拉：预紧→25%P→50%P→75%→100%→115%→稳定锁定，除最后一次超张拉力要求静载持续20min外，其余四级加载，每级的持续时间均为5min。上述五个量级的张拉在同一工作时段内完成，否则需卸荷重新再依次张拉。

5.6 封锚及孔口保护

锚索张拉锁定完毕后，卸下工具锚及千斤顶后，从工作锚具外端量起，留60mm钢绞线，其余部分用切割片割除。将锚墩上的浆管凿凹割除，砂浆抹填。锚头安装内径Φ200mm，壁厚3mm保护钢罩，钢罩内M25砂浆灌注密实，并采用喷C25（28d）钢纤维混凝土防护。

6 结语

预应力锚索施工专业技术性强，工序多，属于隐蔽工程，过程控制非常重要。监理工程师的监督检查工作应贯穿于施工全过程，对每一道工序的检查验收和关键工序全过程旁站监理是取得优质工程的根本保证。