预应力锚索实用工艺性试验大纲设计

金沙江牛筋树河道整治与相关工程〔合同编号：PZH-JS-ZB-03〕预应力锚索工艺性试验大纲审查：校核：编写：中国水利水电第八工程局某某金沙江牛筋树河道整治工程项目部2014年11月1工程概况11.1工程介绍1工程地质与分析12编制依据33试验内容与目的43.1试验内容43.2试验的目的54试验选址55试验材料56材料试验6水泥、水泥浆、砂浆与混凝土强度试验6试验机具选择77试验锚索施工工艺要点77.1锚索钻孔87.2洗孔与注水检查97.3锚索制作97.4锚索安装9锚墩浇注107.6锚索灌浆10X拉锁定118索承载力试验118.1试验准备118.2试验方法119试验结果整理1210试验人员安排与进度计划1311试验技术与质量、安全措施1312质量、安全保障与环境保护13施工质量13施工安全1412.3文明施工和环境保护141工程概况1.1工程介绍金沙江牛筋树河道整治与相关工程主要包括：导流明渠开挖、支护与纵向围堰工程；大坝一期开挖、支护与混凝土工程；花石崖2号挠曲工程，F22断层、牛筋树堆积体和冷轧厂堆积体防护治理工程；纵向围堰坝段、导流明渠坝段固结灌浆和根底帷幕灌浆工程，安全监测等。导流明渠为梯形断面，开挖的边坡布置锚杆、采用钢筋混凝土和素喷混凝土结合的方式衬砌，明渠右岸开挖边坡1026.7m高程布置2#施工道路。导流明渠总长度约，分为头部、上纵段、上纵渐变段、坝身段、下纵渐变段1、下纵消力池段、下纵渐变段2、下纵段和尾部共九个局部。底板高程m〜EL.mm。钢筋混凝土衬砌设计根据地质情况确定，喷混凝土支护厚度10cm〜12cm。沿纵向围堰中心施工防水帷幕。明渠布置于右岸，右侧开挖边坡较高，边坡全长约1040m，按岩性不同可分为丙南组砂岩边坡段与正长岩边坡两段。〔1〕丙南组、大养地组砂岩段即明渠上游段，边坡长约520m，开挖坡高一般60〜70m，最大90m左右，设计开挖坡比1：0.3，每高20m设置一级宽3.0m马道。上游段开挖边坡以大养地组T3dq1段泥质粉砂岩为主，明渠入口段边坡上部为大养地组T3dq2段粉砂岩；下游段开挖边坡岩体为丙南组T/〜Tj段砂岩为主；岩层均呈单斜构造，斜逆向坡，岩层倾角38°左右。全、强风化水平方向一般厚5〜12m，局部厚达15m，弱风化带水平方向一般厚20〜40m，局部厚达50m左右。开挖边坡以弱、微风化岩体为主，坡顶部为全、强风化岩体。花石崖1#挠曲分布于入口段明渠边坡上部至顶部大养地T3dq1段砂岩中，延伸长度约120m，宽20〜30m，挤压变形强烈，岩体破碎，性状较差，对开挖边坡稳定和施工安全影响较大。花石崖2#挠曲从右岸山坡高程1150〜1200m穿过，走向NE30。，分布于大养地组中段〔气曜地层中，挠曲宽高30〜50m,向坡里水平深度30〜55m。因挠曲内岩层倾向坡外，表部卸荷作用较强，另有倾坡外的层间剪切带、缓倾角断层、岩层面等不利边坡稳定的结构面发育，对边坡的稳定与变形不利；2,体积约72万m3。物质为崩坡积碎石夹土与块石，厚度一般5〜18m，钻孔揭露最厚达24m左右，结构松散至稍密，透水性较强。底界面为基岩面，前部底界面较平缓，倾角15°左右，中后部45°左右。下伏与外围基岩主要为大养地组下段粉砂质泥岩、页岩夹少量薄层岩屑砂岩，前缘正处于大养地组与丙南组交界处，岩层反倾坡里或上游，倾角30°〜40。，逆向坡或横向坡。堆积体上下外围山坡基岩裸露，逆向坡，除其上花石崖2#挠曲曾有塌滑现象外，未发现其它变形迹象，山坡稳定性较好，不会有大量物质崩塌或塌落进入堆积体。堆积体内山坡平整规如此，未发现变形迹象，其内分布少量小冲沟，有利于疏排地表水，堆积表现状稳定性较好。牛筋树堆积体主要处于明渠开挖边坡上部与以上，切坡开挖后A区前缘切脚，B区大局部将被挖除，上部剩余局部体积约43万m3,稳定性会变差，而且开挖形成的土质边坡稳定性较差，对下方开挖边坡施工和明渠运行影响较大，需进展处理。〔2〕正长岩边坡段明渠下游段，边坡长约520m，开挖坡高一般90〜100m，最大150m，设计开挖坡比1:0.3，每高20m布置一级宽3.0m马道。山坡表部正长岩裸露，多呈弱风化状，局部坡段表部厚2〜5m左右的强风化带岩体；弱风化水平方向一般厚20〜36m，强卸荷带水平向深度一般5m左右。地表发现5条NNW组陡倾角断层。裂隙不甚发育，多以NNE、EW组陡倾角裂隙为主。岩体完整性较好，以次块状结构为主，局部为镶嵌结构；微风化带岩体完整性较好，多为次块状与块状结构。明渠出口段长约150m为第四系冲积物，上部为厚2m左右的细砂，下部为砂卵石；结构松散。该段山坡地形完整，基岩裸露，未见长大倾坡外结构面发育，自然边坡整体稳定性好。开挖边坡主要为弱微风化正长岩，岩体多较完整，倾向坡外的中缓裂隙不发育，未发现长大的不利结构面与其组合分布，边坡整体稳定性较好。明渠出口段150m边坡位于第四系冲积物中，边坡高度5〜10m,稳定性较差，且边坡后缘为冷轧厂堆积体，前缘边坡开挖对堆积体的稳定有不利影响，建议结合冷轧厂防护措施采取适宜的开挖支护方式。2编制依据《金沙江牛筋树河道整治与相关工程施工招标文件》〔合同编号：PZH-JS-ZB-03〕；《金沙江金沙水电站花石崖2#挠曲和导流明渠边坡预应力锚索施工技术要求》〔文件编号：长金设文〔2014〕第001号〕；《水电水利工程施工测量规X》〔DL/T5173-2003〕；《水工建筑物岩石根底开挖工程施工技术规X》〔DL/T5389-2007〕；《水电水利工程边坡施工技术规X》〔DL/T5255-2010〕；《水电水利工程锚索支护施工规X》〔DL/T5181-2003〕；《水电工程预应力锚固设计规X》〔DL/T5176-2003〕；《水电水利工程预应力锚索施工规X》〔DL/T5083-2010〕；《锚杆喷射混凝土支护技术规X》〔GB50086-2001〕；《水工混凝土施工规乂》〔DL/T5144-2001〕；《水工建筑物水泥灌浆施工技术规X》〔DL5148-2012〕；《混凝土结构工程施工质量验收规X》〔GB50204-2002〕；《水工混凝土外加剂技术规程》〔DL/T5100-1999〕；《预应力筋用锚具、夹具和连接器》〔GB/T14370-2007〕；《预应力混凝土用钢绞线》〔GB/T5224-2003〕；《无粘结预应力钢绞线》〔JG161-2004〕；《水电水利根本建设工程单元质量等级评定标准第 1局部：土建工程》〔DL/T5113.1-2005〕；《水电站根本建设工程验收规程》〔DL/T5123-2000〕；《水电水利工程施工测量规X》〔DL/T5173-2003〕；《水电水利工程施工安全防护设施技术规X》〔DL/T5162-2002〕；3试验内容与目的3.1试验内容本次试验内容预应力锚索试验主要内容如下：3.1.1原材料性能检测：包括水泥、外加剂〔早强剂等〕的材质检验，水泥浆与砼的配比试验，钢绞线的力学性能检测，锚夹具硬度检验与静载试验。3.1.2对无粘结预应力锚索进展承载力试验，在牛筋树堆积体和花石崖2#挠曲、导流明渠（高程1047m〜1087m）各试验1组。牛筋树堆积体和花石崖2#挠曲1000KN共4根〔含50m、45m、35m、30m各1根〕，导流明渠（高程1047m〜1087m）2000KN共3根〔含35m2根、30m1根〕。牛筋树堆积体和花石崖2#挠曲1000KN无粘结预应力锚索：A组：1000kN无粘结拉力集中型预应力锚索，锚索长度L=50m，锚固段长度8m，X拉段长度42m。B组：1000kN无粘结拉力集中型预应力锚索，锚索长度L=45m，锚固段长度8m,X拉段长度37m。C组：1000kN无粘结拉力集中型预应力锚索，锚索长度L=35m，锚固段长度8m,X拉段长度27m。D组：1000kN无粘结拉力集中型预应力锚索，锚索长度L=30m，锚固段长度8m,X拉段长度22m。导流明渠（高程1047m〜1087m）2000KN无粘结预应力锚索：A组：2000kN无粘结拉力集中型预应力锚索，锚索长度L=35m，锚固段长度8m，X拉段长度27m。B组：2000kN无粘结拉力集中型预应力锚索，锚索长度L=30m，锚固段长度8m,X拉段长度22m。3.1.3对穿斜孔预应力锚索的造孔方法〔钻孔选用设备与孔斜度测定、孔斜度保证措施〕、注浆工艺试验。3.1.4检验设计的垫墩尺寸、垫板厚度、选用的锚具是否满足设计X拉力的要求以与锚固力损失测试；在1000KN和2000KN无粘结锚索中各选取一组锚索安设测力计，以校准锚索X拉吨位，监测锚索预应力的锁定损失和锁定后一定观测时间内的损失。3.2试验的目的为了检验预应力锚索施工所用主要材料的性能，确定开挖区所在场地条件下锚索的极限承载力，揭示影响锚索承载力的各种因素，验证并确定设计参数，熟悉、检验施工工序并优化施工工艺，并为大规模生产、施工积累经验，对此，需进展预应力锚索现场试验。4试验选址根据边坡开挖区施工情况，以与边坡岩层特点、支护形式。现场进展预应力锚索极限承载力试验、破坏性试验与工艺性试验现场部位，由我方会同业主、设计、监理根据现场条件共同协商可现场调整选定试验部位。5试验材料钢绞线：锚索材料为带PE套管的无粘结预应力钢绞线，预应力钢绞线采用1860级7①5高强度低松驰钢绞线，其力学指标见表5.1.1。表5.1.1 钢绞线主要力学指标设计锚固力〔KN〕钢绞线设计应力强度系数超拉应力强度系数使用标准级别〔MPa〕公称直径〔mm〕根数1000GB/T5224-2003186072000GB/T5224-2003186014备注：15.2mm为削皮洗油后的钢绞线直径，带PE钢绞线直径为18.2mm。每批预应力钢绞线和钢丝均应有材质成份的质量证明书。水泥：注浆用水泥采用42.5级普通硅酸盐水泥，边坡锚索锚墩采用普通硅酸盐水泥或中热硅酸盐水泥。外加剂：根据金沙江金沙水电站花石崖2#挠曲和导流明渠边坡预应力锚索施工技术要求，按施工图纸要求，在注浆水泥中添加的早强剂和其它外加剂，其品质不得含有对锚索体产生腐蚀作用的成分。所掺外加剂品质应符合DL5100-1999的规定，用量应根据配合比试验确定。锚具与隔离架：锚头采用塑料导向帽，锚具为HVM15-14或性能规格一样的其它锚具；内锚段每间隔设置一个对中支架与隔离架，两支架中间捆扎一道铁丝〔不应采用渡锌铁丝做绑扎材料〕；X拉段每间隔2.0m设置一个对中支架与隔离架，组装好的锚索钢绞线应顺直。波纹管：采用HDPE〔高密度PE〕单壁双波纹套管，壁厚不小于，波纹间距12mm，齿高不小于，严禁采用带色的再生塑料生产的波纹管。灌浆管路系统耐压值不低于灌浆压力的1.5倍，且不低于0・5MPa。波纹管的抗压强度尽量与灌浆材料抗压强度一样，且不得小于20MPa〜25MPa。6材料试验水泥、水泥浆、砂浆与混凝土强度试验在项目部实验中心进展水泥性能检验，并进展水泥砂浆M25〔28d〕、水泥浆M35〔7d〕和垫墩C35〔7d〕、二期砼C25〔28d〕的配比试验和3d、7d、28d抗压强度试验，作为试验使用的配比〔配合比如下表〕。预应力锚索锚头砼配合比强度等级塌落度〔mm〕W/C每方用量〔Kg/M3〕畚注WCSG小G中G大C3575~902155244821179//C25预应力锚索砂浆、净浆配合比强度等级W/CS/〔S+G〕容重类别、每方用量〔Kg/M3〕畚注WCS净浆速为8~10秒M25水泥砂浆1002300砂浆4601045795M35水泥浆/1914净浆5471367/钢绞线力学性能指标检验将试验用的钢绞线任意截取3段1.2m长的试件，送检验中心检测得出性能指标。锚夹具锚固性能检验随机抽取锚板与夹片组成一束组装件，并在试验台上作静态锚固试验。试验机具选择钻孔设备：根据工程区地质条件与施工环境，预应力锚索造孔设备选用某某某某探矿机械总厂生产的MD-50型锚固钻机，配ATLAS385高风压空压机钻孔，配置适宜的钻头和钻具以形成满足设计要求的钻孔。1000kN级锚索的孔径拟采用中150mm，2000kN级锚索的孔径拟采用165mm。灌浆机具:灌浆机使用3SNS灌浆泵和NJ-600制浆机。X拉机具:施工使用YCW250型穿心式千斤顶,配ZB4-500电动油泵。锚索测力、测位移器具：钢弦式SCA4000压力传感器1台，测量钢绞线位移使用百分表2只、带百分表的游标卡尺1只。7试验锚索施工工艺要点锚索施工的工艺流程如下：

在经设计、监理批准的部位，进展预应力锚索的钻孔、制作、安装、锚固与X拉工艺试验与承载力试验。7.1锚索钻孔预应力锚索钻孔的位置、方向、孔径与孔深，应符合施工图纸要求。钻孔的开孔偏差不得大于10cm，钻进20cm〜30cm后应校核角度，钻进中应与时测量孔斜与时纠偏，终孔孔斜误差不得大于孔深的2%，钻孔方位角的允许偏差为2钻孔孔径不应小于施工图纸和厂家产品说明书规定的要求，终孔有效深度不得欠深，终孔孔深大于锚索设计长度40cm。7.2洗孔与注水检查钻孔完毕，应将水管深入孔底，通过大流量水流，从孔内向孔外进展冲洗，直至回水清净延续5〜10分钟，完毕后应观察孔内失水情况，假如有较明显失水的钻孔应进展全孔固结灌浆。固结灌浆应采用全孔一次灌浆。扫孔作业在2d后进展，对钻孔进展全孔高压风吹干吹净，做好孔口保护。并对已验收的孔进展编号。7.3锚索制作7.3.1刚绞线下料：锚索钢绞线下料在锚索加工场内进展。钢绞线切断采用砂轮切割机，要求切口整齐无散头现象，下料长度一般为：L=s+1.4；〔s：实测孔道长度；1.4为考虑乂拉工作长度〕7.3.2锚索制作时将钢绞线按设计长度截断，根据图纸要求进展剥皮。采用电工刀锯口，人工拉拨方法剥皮，剥皮端部用塑料胶带缠绕密封。剥皮后的内锚固端必须除油，清洗干净才能组装制作。除油时采用专用工具将钢绞线松开，用汽油人工逐根清洗干净再用热水冲洗，干净棉纱擦干。组装时按图纸要组装灌浆管、钢绞线、内隔离支架。检查钢绞线编号位置和内隔离支架间距合格后在内锚固段两内隔离支架中间用14#无锌铅丝将所有钢绞线捆扎在一起。套入波纹管后对波纹管封堵器装置按图纸要求进展封堵。外对中支架弯曲成圆形用14#无锌铅丝捆扎在内隔离支架处的波纹管外。内锚段外端采用环氧砂浆封堵另增设一个620mm排气孔。对组装好的锚索应妥善存放，并登记、挂牌，明确锚索编号、长度等。存放点要求严格防潮、防水、防污染。7.4锚索安装锚索在向岩孔内安装就位前，要重新检查锚索各部的位置是否正确，捆扎是否结实，还要检查是否有损坏，对损坏的地方要进展修补。经检查合格的锚索方可向孔内安装。锚索安装前要求使用探孔器对岩孔重新检查，发现塌孔、掉块时应进展处理。锚索安装采用人工辅以机械方式进展，锚索曲率半径应大于3m，安装推送过程用力要均匀，以免损坏锚索配件和防护层。如果发现锚索送入岩孔内困难必须将锚索抽出时，要对抽出锚索的损坏局部进展修复。锚墩混凝土采用一级配，其配比由试验确定。混凝土拌和系统布置在左岸，混凝土熟料采用JZ90型拌合机拌制、斗车装载。提升机运至施工平台，小桶转运入模，振捣器振实。在混凝土浇筑前，先将混凝土面打毛，并冲洗干净，再安装孔口垫板、套管与网片钢筋等。安装模板并验收合格，即可浇筑混凝土。锚垫板安装时要保证与孔道轴线垂直，套管与孔道轴线对中，并将套管与孔道间的孔隙加以密封。混凝土浇筑完毕后与时洒水养护。7.6锚索灌浆锚索注浆是锚索施工的关键技术之一，锚固段注浆的饱满程度决定了锚索是否可施加设计承载力的预应力，X拉段注浆的饱满程度以与锚固段与自由段注浆的连续性决定了锚索的使用寿命。其主要工艺流程如下：在锚墩钢垫板固定灌浆定制锚板，注意定制锚板的孔位与工作锚具一致，在锚墩钢垫板、定制锚板、外漏钢绞线PE护套外表涂抹一层润滑油，以便灌浆后清理水泥结石。注浆采用底部注浆法，即注浆管延伸到钻孔底部，水泥浆由孔底下压入。注浆浆液应搅拌均匀，随搅随用，浆液应在初凝前用完，并严防石块，杂物混入浆液。注浆须一次完成。灌浆时灌浆管进浆，排气管上安装压力表，采用有压循环灌浆法。开始灌浆时，敞开排气管，以排出气体、水和稀浆，回浆时逐步关闭排气阀，使回浆压力达到0.3MPa〜0.4MPa，吸浆率小于1L/min时，再屏浆30min即可完毕。浆体终凝后卸下灌浆装置，冲洗干净，清理钢绞线水泥结石。灌浆达到规定强度，即可进展X拉。X拉前要计算每个锚索的理论伸长值。为保证X拉控制力准确性，在X拉前对X拉设备系统进展率定。安装工作锚具时锥形孔与夹片外表应保持清洁，工具锚夹片可涂少量润滑剂以便卸锚。工具锚与工作锚的孔位必须一致，不允许在千斤顶的穿心孔中发生钢绞线交叉现象。锚索正式X拉前，先单根预X拉，预紧力为设计应力20%，对钢绞线逐根对称X拉，以使各部位接触严密，每根钢绞线完全平直。分级X拉过程分别设计值的：0.25、0.5、0.75、1.0、1.15（锁定）。8索承载力试验8.1试验准备〔1〕对选定的孔位周围场地进展平整；〔2〕作好钻孔、注浆、X拉等施工机具进场准备工作，施工用水、电接到试验现场；〔3〕将经率定的测力环和百分表、三脚架与各种记录表格准备好；〔4〕锚索注浆养护7天后，待注浆水泥浆、孔口抹平砂浆与孔口垫墩的抗压强度均达到35MPa后，开始进展加荷试验。8.2试验方法〔1〕加荷分级：锚索试验均采用分级循环加、卸荷载法。先加载至设计应力的20%，做为初始应力值的起点，以调直钢绞线，在此荷载下，拉伸率读数设为零。然后进展分级循环X拉。分级X拉力分别为设计值的P、0.5P、P、P、1.15P倍。第五循环后对锚索进展锁定，锚索试验过程由现场试验员填写锚索试验记录表。〔2〕试验数据测量：在每级加荷等级后，每5min测读一次锚头位移，假如在20分钟内伸长值变化不超过2mm，如此可继续加载，否如此应再保持荷载45分钟，继续观测进一步的位移读数。工程师应检查荷载与位移与时间与位移的关系。安装了测力计的锚索还须进展测力环的读数。锚索试验形式见如下图：锚索试验示意图〔3〕对C组锚索进展预应力的锁定损失和一段时间内损失的观测。〔4〕锚索X拉合格评判标准A到达控制拉力，未发送断丝和滑丝，锚索实测伸长值不大于计算值的10%或小于5%时，视为合格锚索；BX拉过程中，出现滑丝、断丝，实测伸长值超出规定X围时，应通知监理人，分析原因，研究处理措施。〔5〕锚索破坏判定标准：A后一级荷载产生的锚头位移增量达到或超过前一级荷载位移增量的2倍时。B锚头位移不收敛。〔6〕如锚索未发生破坏，如此加荷到最大试验荷载值时停止。9试验结果整理〔1〕提供原材料检测成果报告。〔2〕试验结果按循环荷载与对应的锚头位移读数列表整理，并要求绘制锚索荷载一位移〔Q-S〕曲线，锚索荷载一弹性位移〔Q-Se〕曲线，锚索荷载一塑性位〔Q-Sp〕曲线。〔3〕预应力损失观测成果报告。〔4〕试验成果整理，编写试验成果与分析报告。10试验人员安排与进度计划〔1〕试验人员安排：技术负责人1名，现场技术员2名，记录员2人，工人5〜10人。〔2〕试验进度计划：锚索试验时间待定11试验技术与质量、安全措施〔1〕试验所用锚夹具、X拉机具与施工工艺与工程实际采用的一样。〔2〕试验的X拉力值应以测力环读数为准。试验前，测力环必须与千斤顶、压力表三者配套标定，并给出“油压值一X拉力〃相关曲线。标定应有监理工程师参加并报监理工程师批准后方可使用。〔3〕锚索试验所使用材料性能应满足设计与规X要求。〔4〕试验锚索的造孔、锚索编束、锚束运输、安装和锚固按照规X中有关预应力锚索的施工要求执行。试验锚索的X拉严格按本大纲的分级加荷要求进展。〔5〕X拉时，不得碰撞千斤顶；千斤顶正前方450角X围内严禁站人。12质量、安全保障与环境保护〔1〕在职工心目中树立质量第一的观念。〔2〕成立专门的质量小组。施工现场配置专职质量检验员，负责现场施工质量的控制、监视和检查。〔3〕施工时必须严格按照监理工程师批复的施工技术措施进展，严格控制施工程序过程，一道工序不合格，不能进展下一道工序施工，实施验收“三检制〃。发现问题与时整改。〔4〕施工工艺、各项工序必须严格按技术要求