湖南省涔天河水库扩建工程中有粘结预应力锚索施工的应用

摘要：湖南涔天河水库扩建工程泄洪洞进口地质条件复杂，岩石层面和接力构成不稳定锲形体，边坡稳定较差。为确保泄洪洞进口的安全，经讨论确定采用预应力锚索进行支护加固。文章就有粘结预应力锚索的施工方法和工艺流程进行了详细的介绍，并就取得的成果进行总结。

关键词：高边坡 岩石节理与层面　有粘结预应力锚索 湖南涔天河水库扩建工程

湖南省涔天河水库扩建工程坝址位于湘水支流潇水上游雾江段，坝址位于永州市江华瑶族自治县东田镇境内，下距东田镇和江华县城分别为3km　和12km。本工程为扩建工程，主要为导流洞与2#泄洪洞组合。现涔天河水库大坝为双支墩大头坝，坝顶高程257.26m，水库正常蓄水位254.26m，死水位243.77m，总库容1.05亿m3。

泄洪洞进口地形高且较陡。基岩为中厚～厚层状石英砂岩，砂岩夹粉砂岩、含砾石英砂岩与细砂岩，强风化状态。岩层产状为N33°E·NW∠26°～50°。发育2组节理：①N75°E·NW∠75°，②N86°W·SW∠75°。进口右侧，岩层倾角小于开挖边坡角。隧洞出口之后，采用明渠跨越16号冲沟，在冲沟右侧山体形成高达90～100m的高陡边坡，由于明渠段岩层受F6断层影响，岩层倾角由34°变陡至58°。根据层面与节理组合分析，进口和明渠右侧边坡，由层面与节理①、②和节理①与②均构成不稳定楔形体，边坡稳定较差，为确保泄洪洞进口的安全，经讨论确定对不稳定体进行预应力锚索支护处理。

泄洪洞进口边坡上的有粘结预应力锚索，其型号为100t级别，长度均35m、40m间隔布置。采用YXZ60型锚索钻机进行钻孔，OVM锚具及YCW型张拉千斤顶和相应油泵进行张拉锚固。

根据开挖时的分区，利用初期支护的脚手架在系统锚杆、喷混凝土施工结束后施工。在预应力锚索施工前，先进行现场生产性工艺试验，然后按照试验提供的最优工艺参数进行施工。

（1）原材料控制

1）预应力锚索

预应力锚索使用的钢绞线采用高强度低松弛预应力钢绞线，其性能指标应符合图纸及规范的规定，每批预应力钢绞线均应有材质成份的质量证明书。

2）水泥

水泥采用水泥强度等级不低于42.5的普通硅酸盐水泥，不能使用受潮结块的水泥，出厂期超过三个月的水泥不得使用。

3）锚具

根据锚束的张拉力1000KN，根据设计图纸要求和《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》（GB/T14370-2000）选取相应的锚具。

4）运输和贮存

钢绞线在运输中防止磨损和免受雨淋、湿气或腐蚀性介质的侵蚀，存贮期间架空堆放，如储存时间过长，对未镀锌的钢绞线采取防腐措施。

（2）施工工艺流程

预应力锚索工程工序繁多、工艺复杂、技术要求严格。为确保工程施工质量，必须严格按工艺流程施工，每道工序经监理验收合格后，方可进入下道工序施工。首先对支护区的所有锚索进行编号，采用液压锚固钻机钻孔，分区施工，编好的锚索应按编号挂牌标识，孔位清理并验收合格后下索，可在下索后立即对内锚段灌浆，然后浇筑混凝土锚墩，按照规范规定的要求分级张拉，锚固力的损失大于设计值时应进行补偿张拉，锁定后切除过长的钢铰线，最后封锚。

采用锚固液压钻机钻孔，人工下索，三缸灌浆泵灌浆，电动油泵和穿心千斤顶张拉，其工艺流程见如下框图。

预应力锚索施工工艺流程

（3）施工方法

1）主要施工设备选型

①锚索张拉力1000KN，选用YCW150型千斤顶和ZB4×500型电动油泵及其配套机具进行锚索张拉。

②孔道灌浆选用SGB6—10型灌浆泵，JJS型制浆机制浆。

③钢绞线断料、切割选用砂轮切割机。

④多点照相测斜仪用于孔道测斜。

⑤钻机：主要选用YG-30型钻机造孔，100B钻机配合。

2）施工平台搭设

在施工部位沿具有锚索施工的边坡全长搭设工作平台。用钢管、扣件搭设承重排架，排架上铺设竹跳板或木板，形成工作平台，平台宽3～4m。排架钢管与马道及岩壁上设立的锚筋或锚杆相连，以确保其稳定与安全。

3）造孔

①选用YG-30型钻机造孔，100B钻机配合。垂直移动采用提升架完成。

②锚索孔位按设计图纸定位放线。锚索孔开孔偏差控制在10cm以内。

③钻孔结束后，采用高压风和高压水轮换冲洗孔道，将孔道内的钻孔岩屑和泥沙冲洗干净，直至孔内返出清水为止。检查合格后封孔保护。

4）锚索制安

①断料：钢绞线加工在加工车间专用生产线上完成，部分锚索可按设计长度断料后，将钢绞线卷盘运至现场。

②锚索制作：由于钢绞线集束后，索体较重，且因施工现场的具体条件限制，部分锚索在现场搭设的临时工作台平台上进行锚索编制。

锚索编制前，对锚索附件进行检查。编制时将钢绞线与各种进、回浆管，平行堆放于施工平台上，钢绞线按顺序用铅丝编帘，对进、回浆管加以标识，然后安装架线环等附件。

钢丝或钢绞线两端与锚头嵌固端应牢固联结，两嵌固端之间的每根钢丝或钢绞线长度应一致。

锚索制作完毕后，应采取保护措施防止钢丝或钢绞线锈蚀。运输过程中应防止锚束发生弯曲、扭转和损伤。

③穿索：锚索验收合格后，采用人工扛抬，徐徐穿入锚孔内。穿索结束后，及时将锚索外露部分包裹起来，以防污损。

5）锚固段灌浆

①锚固段采用水泥砂浆和纯水泥浆进行灌注，浆液的配比应经试验确定，若采用纯水泥浆灌注锚固段，其水灰比应取0.4～0.45，浆液中应掺入一定数量的膨胀剂和早强剂，其28天的结石强度应不低于1MPa。

②锚固段灌浆采用先下索后灌浆的施工方法。根据施工图纸锚固段灌浆长度，计算需要注入的浆液量（考虑管路损失）。灌浆时，从一根灌浆管进浆，自下而上连续施灌，边灌边抽，直至锚固段灌满结束。

6）垫座及锚头混凝土浇筑

灌浆结束后，进行张拉垫座混凝土浇筑。

在混凝土浇筑前先清理岩面，使外露岩面清洁，然后根据施工图纸，安装孔口垫板套管及网片钢筋等，二期灌浆管留置于混凝土垫座顶面，并预埋1.5＂钢管作为回浆排气管。待支好模板并润湿混凝土接触面后即可浇筑垫座混凝土。

垫座混凝土标号根据施工图纸由试验室配比确定，由搅拌站集中拌制，砼运输汽车运至现场。提升架吊运，人工转运入仓，插入式振捣器振捣。混凝土浇筑完毕后及时养护。

7）锚束张拉

①待锚固段的固结浆液、承压垫座混凝土等的承载强度达到施工图纸的规定时，进行张拉，按照顺序逐级张拉。如下图所示：

②升荷速率：张拉时升荷速率每分钟不宜超过设计预应力值的10%；卸荷速率：每分钟不宜超过设计应力的20%。

③张拉时，认真记录压力传感器的读数、千斤顶的读数以及锚束在不同张拉吨位时的伸长值，记录成果及时报送监理。

④张拉力采用逐级增大，其最大值为锚索设计荷载的1.05～1.1倍，稳压10～15min。为了保证预应力锚固力效果，在正式封孔灌浆前，如果锚索锁定后保存的预应力低于设计张拉力的90%，必须补偿张拉。达到设计要求的锚固力后，方可封孔灌浆。

8）封孔回填灌浆

封孔回填灌浆在补偿张拉工作结束后28天进行，封孔回填灌浆前应由监理人检查确认锚索应力已达到稳定的设计值。封孔回填灌浆材料与锚固段灌浆的材料相同。封孔回填灌浆应尽量采用锚索中的灌浆管从锚具系统中的灌浆孔施灌，灌浆管应伸至锚固端顶面，灌浆必须自下而上连续进行，压力不小于0.8MPa。为保证所有空隙都被浆液回填密实，在浆液初凝前必须进行不少于2次补灌，当浆液凝固到不自孔中回流出来之前，应保持不小于0.4MPa的压力进行拼浆。

9）封锚

外锚具或钢绞束端头，应按施工图纸要求用混凝土封闭保护，混凝土保护的厚度应不小于10cm。

灌浆完成后，锚具外的钢绞束除留存15cm外，其余部分切除，要求采用机械切割。

至此，锚索施工工序全部完成，在以后的使用过程中，要注意保护锚头不被碰撞损坏。如有损坏应及时进行锚头防护处理。

湖南涔天河水库扩建工程预应力锚索的成功应用，去的了良好的工程效果。通过工程的成功应用，为今后类似工程积累了经验，广发开展技术创新和技术改革。不断提高预应力锚索的施工质量，使单位在复杂地质条件下高边坡支护加固方面能力进一步得以提高。

参考文献：

1、《预应力筋用锚具、夹具和连接器应用技术规程》（GB/T14370-2000）[S]

2、水电水利工程预应力锚索施工规范（DL/T5083-2004）[S]

3、水电水利工程预应力锚固设计规范（DL/T5176-2003）[S]

4、水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（DL/T5148-2001）[S]

5、预应力混凝土用钢绞线（GB/T5224-2003）[S]

辛春强，男，河南三门峡人，1979年出生，工程师，原工作于中国水利水电第十一工程局，从事水电工程建设工作十余年，现供职于南水北调中线干线唐县管理处。