水电站库区预应力锚索施工技术

xx水电站库区1#索道桥预应力锚索施工技术xx集团西北工程有限公司xx【摘要】：xx水电站库区1#索道桥横跨黄河，左右岸均为岩质边坡，左岸地锚采用预应力锚索锚固体系。预应力锚索是一种可承受拉力的结构系统，是一种高效经济和实用工程技术。【关键词】：预应力锚索施工1.工程概况xx水电站位于青海省xx境内xx出口处，是黄河上游干流“xx段梯级规划”25座水电站的第11座，主要任务是发电。xx水电站库区1#索道桥是为了解决施工期间坝址附近两岸交通而修建的，主要承担水电站下闸蓄水后库区复建公路的施工以及两岸居民的交通需要。该桥结构形式为单跨索道桥，桥全长267米，悬吊索跨度227米，桥面宽4.8米。悬吊索每束成品索由4根φj15.2钢绞线组成，单根钢绞线公称抗拉强度1860Mpa,最大负荷259kN。本桥共设置60束悬吊索，其中桥面索48束,稳定索2×6束。索道桥左岸地质为坡积岩，覆盖层厚3～7米，地锚采用预应力锚索锚固体系，预应力锚索30束，平均长度30米，以一定夹角锚入岩体。施工工序：钻孔→锚索制作→穿索→注浆→锚垫板安装→锚墩施工→张拉→连接主索。2.预应力锚索施工2.1施工方案工作面采用逐层从上至下开挖台阶的方法（如下图），逐层钻孔，逐层穿索，逐层注浆，并配合左岸桥台砼施工浇筑锚墩砼并张拉。锚索分布图如下：现场原形地形如下：2.2主要施工材料及设备2.2.1锚索采用单根钢铰线直径φj＝15.2mm，标准强度fpk＝1860MPa，弹性模量Es＝1.95×105MPa。并采用高强度低松弛PE防护管无粘结钢绞线。对运达工地的每批钢绞线作100%的外观检查和10%抽样拉力试验。抽样结果和出厂产品质量证书、标志、说明书等报监理工程师批准后使用。2.2.2锚具(1)锚索采用I类锚具，其质量符合《预应力筋用锚具、夹具与连接器》GB/T14370—2000标准。(2)锚夹具有厂家提供的产品合格证书及进场检验所必需的技术参数，其强度、精度及材质硬度与钢绞线匹配。(3)同一系列的工作锚板、工作锚夹片，限位板，工具锚板，工具锚夹片统一配套。(4)用于本工程的连接器采用OVMDQ15-6，具有柳州OVM厂家提供的产品合格证书及进场检验所必须得技术参数，其规格、性能和强度均符合设计要求及国家现行标准。2.2.3灌浆材料采用纯水泥浆，28d抗压强度等级不低于40级，其中水泥浆与围岩的粘结强度不低于1MPa；浆液配比按室内试验结果推荐的配比执行。2.2.4早强剂、减水剂等外加剂的质量标准均符合国家或部颁现行规程规范的要求。外加剂的采用必须通过生产性试验及室内试验确定，并报监理工程师批准，严禁使用对钢绞线有腐蚀性、对水泥及围岩有危害的外加剂。2.2.5本工程所用设备包括：全站仪，挖掘机，阿特拉斯钻机，空压机，灰浆搅拌机，灌浆泵，灌浆自动记录仪，张拉设备（电动油泵、千斤顶）。2.3施工工艺流程预应力锚索施工工艺流程如下图：施工准备钻机就位施工准备钻机就位锚固段去皮清洗钻孔成孔检查锚索制作附件加工锚索尺寸及质量检查锚索安装一次性注浆锚墩混凝土浇筑张拉拌制水泥浆混凝土拌制2.4钻孔施工2.4.1现场先选用100B潜孔钻，该钻机轻便安装简单，但是需搭设排架，稳定性不好，入岩方向不好固定且偏差较大，且因为表层有3～7米的坡积岩覆盖层，钻头因为遇到石缝而卡住，并经常出现塌孔现象，进度缓慢。根据现场情况分析，钻机应适合打各种角度的孔且钻孔深度应满足施工图纸的规定，钻头应选用硬质合金钢钻头或金刚石钻头。为满足设计规定的钻孔精度要求，现场选用效率高且具有纠偏功能的履带式阿特拉斯钻机，并配备16m³空压机高风压2.4.2先开挖至1层施工平台，钻机就位，全站仪放线定位入岩位置及入岩角度，钻孔机具经监理批准选用带有液压角度控制系统，能准确定位并控制入岩夹角，防止钻头遇坚硬孤石而偏位的履带式阿特拉斯钻机。由于表层有3~7米覆盖层，采用阿特拉斯钻附带跟进套管方案，保护钻头，防止塌孔，施工进度快。2.4.3造孔过程中记录每一钻进的尺寸、钻进速度和岩粉记录等数据。钻进采用导向仪控制斜度，及时测斜、纠偏。钻孔结束后，测量孔斜、方位角及孔深，不符合设计要求的孔作废孔处理，并全孔灌注M25水泥砂浆回填后重钻。2.4.4钻孔完毕时，连续不断地用去油高压风彻底清孔，钻孔清扫干净，验收孔径孔深和倾角位置，三检合格并报监理人验收后安装锚索。在安装锚索前，将钻孔孔口堵塞保护。若验收后钻孔闲置时间超过3天，为防止塌孔情况出现应重新验收方可进行下一道工序。所有锚索孔在造孔结束并验收合格后，在孔边标注编号，以防止锚索装错孔位。2.5锚索制作2.5.1无粘结钢绞线的下料在锚索加工厂内进行，下料前先检查钢绞线的表面，使用无损伤的钢绞线。将钢绞线放在平坦干净的水泥地面上或木制工作平台上，摊开理直，根据实际钻孔深度及锚具长度用钢尺丈量，砂轮切割。下料切口两侧用20号铅丝绑扎，以免切割后切口松散（下料误差：-0，+100mm）。2.5.2将钢绞线10m锚固段PE防护去皮，按图纸要求（25m\35m），误差控制在1cm以内，采用电工刀切口，人工拉拔方法剥皮，剥皮端部采用塑料胶带缠绕密封。把原绞在一起的钢绞线拆散，用锯末擦除表面油脂，用棉纱擦拭三遍后用肥皂水清洗，晾干后再用棉纱沾汽油清洗两遍后再拧成一股编束。采用隔离架编束，将清洗干净的钢绞线按顺序穿入隔离架，每8股钢绞线编成1束锚索，并安装好进/回浆管、导向帽及止浆包，两隔离架中间采用铅丝绑扎，做成收缩结。2.5.3锚索按设计图纸组装钢绞线、隔离支架、止浆袋、灌浆管。钢绞线成束后，对合格的锚索登记挂牌，标明锚索编号、锚索长度，以防装错孔位。钢绞线下料或编束后如搁置时间较长，应采取临时防锈措施。运输过程中应防止锚索发生弯曲、扭转和损伤。锚固段需组装成枣核状。量出锚固段的长度并作出标记，在此范围内穿对中隔离支架（外径φ110），间距1.0m，两对中隔离支架之间用铅丝绑扎紧。锚固段锚束按二层组装，隔离支架应能使钢绞线可靠分离，使每根钢绞线之间的净距≥5mm，且使隔离支架处锚索体的注浆厚度大于10mm。编束时把钢绞线理顺后再行绑扎。最后在锚固段端头装上锥形导向帽，钢绞线与锥形导向帽应牢固联结，嵌入锥形导向帽的每根钢绞线长度应一致。在内锚固段与张拉段相连部位，钢绞线PE套端部用胶带缠封，以免灌浆时浆液浸入。锚索需设置定位止浆袋，止浆袋可采用充浆膨胀式止浆袋。止浆袋两端处用铅丝将止浆袋牢靠地绑轧，钢绞线与止浆袋之间、钢绞线与钢绞线之间用土工布条密封好。锚索内安装一根回浆兼排气管（3/4″管）和一根灌浆管（1″管），灌浆管由孔口经自由段，穿过定位止浆袋距孔底0.6m左右（在止浆袋范围内的灌浆管开两个≥10mm出浆孔，孔距10cm、且不在同一侧面），用于锚固段和自由段注浆（先灌注止浆袋）；排气管由孔口经自由段穿过定位止浆袋0.5m左右，用于注浆时排气。锚索组装完成后，现场技术人员对钢绞线、锚索附件、灌浆管路的设置质量进行严格检查把关，确认无误后方可安装到孔中。2.6穿索施工2.6.1锚索安装前对钻孔重新进行通孔检查，对塌孔、掉块应清理干净或处理，不得欠深，对孔内积水用去油高压风吹干净。.3锚索采用人工辅以机械方法安装。推送时用力要均匀一致，下锚索过程注意保护隔离架不得使锚索扭转，应防止在推送过程中损坏锚索配件。特别是自由段扭转将影响张拉。保证在将锚索体推至预定深度后，排气管和注浆管畅通。下锚过程中对钢绞线的PE套进行严格保护，对已破损部位进行包裹后才继续进行安装。下锚结束后及时将锚索外露部分包裹起来以防沾损，锚索灌浆2.7.1本工程采用自由段与锚固段浆体一次灌满的施工工艺，对有裂隙等漏浆现象能及时发现并处理，灌浆在锚索入孔后即可进行。2.7.2拟在锚索施工面左侧10m处修建水泥库及制浆平台，安放灌浆机，灌浆工作开始前，应通过灌浆管送入压缩空气将孔道的积水排干，检查注浆管路系统是否完好，有无漏气、堵塞现象，采用专用制浆机拌制并采用灌浆自动记录仪记录。2.7.3注浆均采用排气法注浆，锚固段注浆时对每根锚索的灌浆浆液均取样做抗压强度试验，给锚索张拉提供依据。2.7.4当灌浆量大于理论吸浆量，回浆比重不小于进浆比重且稳压30min，孔内不再吸浆时灌浆结束2.8锚墩施工2.8.1锚墩的作用是把锚具的集中荷载传递到岩面和调整岩面受力方向。锚墩的体形尺寸、混凝土标号、插筋、承压钢筋和基岩面钢筋配置均按设计图纸要求施工，混凝土配比按C40强度等级。2.8.2在锚垫板与钻孔之间安装外径与钻孔直径相同薄壁钢管（长≥100cm～120cm），并需伸入钻孔至少40cm。因施工过程中钻孔岩面多为松散覆盖层，入口处方向很难控制且均存在超挖现象，钢管不能伸入钻孔，可先将薄壁钢管和垫板垂直焊牢，安放时必须保证钢管和锚孔在一条轴线上，且锚垫板与锚孔轴线垂直。2.8.3锚墩处承受张拉作用力最强，按设计要求增设加强筋，分布于锚墩周围，并入岩50cm，再此应该注意的是锚垫板和钢管的定位安装，应用全站仪测放锚垫板的中心位置之后，还应测放垫板的水平夹角及垂直夹角，保证锚垫板是垂直与锚孔轴线，施工时可测放两侧，中间位置连接水平线控制。如下图所示：锚墩结构如下图所示：现场施工锚墩详图如下：2.9锚索张拉2.9.1张拉前把张拉机具、测力装置及所需附属机具全都进行过严格的率定和校验。同时绘制压力表读数和张拉关系曲线，并以此作为张拉力控制依据指导现场张拉作业。2.9.2先对钢垫板以外的张拉段钢绞线进行去皮处理，再采用锯末、汽油将钢绞线上的油脂清洗干净，最后用洁净棉纱擦干，以保证张拉时工作锚夹片、工具锚夹片均能与钢绞线有效吻合。(1)清理承压钢垫板，安装工作锚板与夹片。锚板、夹片安装时，必须彻底清扫钢绞线、锚板的锥孔和夹片牙形，不得有油污、铁屑、泥沙等杂物。(2)依次安装好工作锚板、工作夹片和限位板，工作锚板应和锚垫板对中并相吻合。(3)安装千斤顶之前先检查工作锚板与钻孔是否对中，每个锚孔是否安装好夹片。之后依次安装液压顶压器、千斤顶，在千斤顶尾部安装工具锚板。工具锚板安装前锚板锥孔中可涂抹一层厚约1mm的退锚灵，以便张拉完毕后能自动松开。(4)工具锚夹片与工作锚夹片两者不可混用，工作锚板、限位板和工具锚板之间的钢绞线一定要保持顺直，不能相互扭结，以保证张拉的顺利进行。2.9.3整束张拉共分四个量级进行，即张拉荷载分别按设计张拉力的50%～115%逐级依次进行，并且控制最大张拉力不得超过预应力钢材强度标准值的60%。整束分级张拉：预紧→50%P→75%P→100%P（其中P为设计张拉力）稳压锁定；除最后一次超张拉要求静载持荷20min外，其余每级加载后的稳压时间为5min。上述四个量级的张拉均应在同一工作时段内完成，否则应卸荷重新再依次张拉。张拉各级加载稳压前后，均应量测钢绞线的伸长值，若实测伸长值与理论伸长值相差超过10%或小于5%，应停止张拉，查明原因后才能重新张拉。张拉完成后，锚垫板、锚具及连接器现场图片如下：主索与锚索体系连接现场图片如下：2.9.4锚索张拉注意事项1）倾斜托台座的承压面应平整，并与锚索的轴线方向垂直。2）锚具安装应与垫板和千斤顶密贴对中，千斤顶轴线与锚孔及锚索体轴线在一条直线上，不得弯压或偏折锚头，确保承载均匀同轴，必要时用钢质垫片调满足。3）锚索正式张拉之前，应取0.1～0.2倍设计张拉力值对锚索进行1～2次预张拉，确保锚固体各部分接触密贴，锚索体顺布平直。4）完整记载并保存张拉记录，主要内容如下：张拉中逐级荷载的张拉力、引伸值、同步情况、应力应变关系、稳压时间、反复张拉次数、测力记录、补偿张拉、锁定张拉力、每次张拉的时间、孔号、记录人员、故障及排除措施等。3试验与检测3.1受力性能试验3.1.1在锚索施工前选择有代表性的部位做锚索的受力性能试验（现场生产性试验）。3.1.2受力性能试验所用锚夹具、张拉机具及施工工艺应与工程实际采用的相同。3.1.3性能试验的张拉力值应以测力计读数为准。试验前，测力计必须与千斤顶、压力表配套标定。3.1.4性能试验束的伸长值、锚束受力的均匀性和摩阻损失等参数均应在分级张拉中同步量测。3.2验收试验3.2.1预应力锚索验收试验在张拉后及时进行。对于张拉合格并锁定后的锚索，在相隔24h至72h时间内，按5%的比例随机抽检（抽样数量不应小于三束）锁定张拉力。.34结束语经过xx项目的全体施工人员共同努力，顺利完成了1#索道桥左岸锚索锚固体系的施工任务，该锚索锚固体系安全可靠，为之后的主索架设施工提供了良好的工作平台。参考文献：1.交通部部颁标准《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）；2.中华人民共和国国家标准《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；3.中华人民共和国国家标准《碳素结构钢》（GB/T700-2006）；4.中华人民共和国国家标准《预应力筋用锚具、