溪洛渡水电站右岸导流洞预应力锚杆快速施工的技术

溪洛渡水电站右岸导流洞预应力锚杆快速施工的技术 溪洛渡水电站右岸导流洞预应力锚杆快速施工的技术 溪洛渡水电站右岸导流洞预应力锚杆快速施工的技术

摘要:预应力锚杆施工技术要求高,工艺复杂,施工周期长,特别是在洞内施工,空间狭窄,施工干扰大,工期很难确保。溪洛渡右岸导流洞身闸室段预应力锚杆施工,从优化设计参数,采用合理施工手段,加强现场管理协调,充分利用现场先进的大型造孔设备等角度入手,有效地解决了施工难题,实现了机械化快速施工。

关键词:溪洛渡水电站 右岸导流洞 预应力锚杆 快速施工

1 工程概述 导流洞洞身闸室段顶拱及边墙岩性为含斑玄武岩、角砾集块熔岩。层内错动带及高、中、缓倾角裂隙较发育,部分岩性稍好,裂隙闭合、无充填、微风化,腰线以上围岩完整性及稳定性稍好,腰线以下围岩完整性及稳定性较差,局部部位沿长大裂隙渗、滴水。总体上4#、5#导流洞洞身闸室段属Ⅱ、Ⅲ1围岩。

由于闸室段洞径特大,部分位置岩性偏差,洞室结构安全至关重要,为确保右岸闸室段在施工期岩体稳定及建筑物结构安全,避免发生重大地质灾害,设计在原有锚喷支护的基础上,对闸室段顶拱共增设了460根15t预应力锚杆进行加强支护。

预应力锚杆沿闸室段顶拱梅花型布置,间排距长9m,材料采用精轧螺纹钢筋,直径φ32mm。锚杆孔设计钻孔直径为φ48mm,锚固段长3.0m,锚固段灌浆采用水泥浆、水泥砂浆或树脂材料,要求水泥浆或水泥砂浆抗压强度不小于M35,树脂材料抗压强度不小于50Mpa,锚杆孔口承压垫座尺寸为150mm×150mm×10mm,高强螺栓锁定。预应力锚杆采用自由段无套管预应力筋,灌浆分两次进行,锚固段灌浆及张拉锚固后,再对自由段进行二次灌浆。

2 施工手段的选择

预应力锚杆在导流洞洞身闸室段上层底板平台上进行,同时,要求必须在导流洞中层开挖推进至闸室段前,全部完成预应力锚杆施工,总工期要求在35天以内,以免影响导流洞中下层开挖;另外,预应力锚杆施工期间,闸室段交通不能中断。

预应力锚杆均布置在闸室段顶拱部位,距底板高差9.5~14.5m,若按常规采取搭设脚手架施工平台,排架搭拆周期长,对闸室段交通干扰大,快速钻造孔洞内环境污染严重,且效率低下,工期不能确保。若现场临时加工简易移动式平台,成本增加,搬移不便,不能形成规模化施工,同样效率低下。经综合比较,决定采用现场已有的大型液压凿岩台车造孔,利用吊车液压升降平台作为锚杆安装、张拉等作业施工平台,省略了固定施工平台,顺利解决了施工手段问题,灵活方便,实现了规模化施工,并确保了洞内交通畅通。

3 设计的优化调整

预应力锚杆施工结构图如图1所示。

图1 预应力锚杆施工结构图 (尺寸单位:cm)

首先,设计要求锚杆钻孔直径为φ48mm,而锚杆直径就达φ32mm,造孔直径仅大于锚杆直径16mm,进浆管与回浆管无法埋设;另外,三臂凿岩台车钻杆最大长度为6m,造9m深孔必须进行钻杆套接后才能完成,钻杆安装连接套后,造孔直径不能小于φ65mm,为了满足施工要求,在征得监理工程师与设计同意下,将孔径优化调整为φ65mm。

锚固段若采用水泥浆或水泥砂浆锚固,施工难度大,不易控制,锚固段张拉前待凝时间长,无法实现快速施工。为此,借鉴龙滩及拉西瓦等工地预应力锚杆施工成熟经验,锚固段采用速凝型锚固药卷,在确保设计要求强度的情况下,锚固段在灌浆完毕24小时后即可进行张拉,实现了快速施工。 4 施工过程简述

4.1 施工程序

预应力锚杆主要施工程序如下:施工准备?钻孔?清孔?内锚段速凝型锚固药卷灌注?杆体安装?封口?孔口垫座安装?张拉?自由段注浆?外露锚杆杆体保护

4.2 机械化造孔

预应力锚杆采用现场正在进行导流洞开挖支护施工的H175三臂液压台车造孔,造孔前应根据设计图纸要求对锚杆孔孔位测量放样,定出孔位,并用红油漆标识。钻孔时要求钻杆垂直岩面,钻孔平直,孔轴方向偏差不大于1°~3°。由于多臂钻钻杆仅6m长,钻杆钻进5m深左右时,安装钻杆连接套,再连接一根3m长钻杆继续钻进至终孔,多臂钻钻进速度为0.5~0.8m/min, 造孔完成后,加大钻臂水阀,边冲边退钎,冲洗钻孔。钻机就位后,在15分钟左右,就可以完成单孔造孔,造孔效率相当高,

4.3 内锚段灌注及锚杆安装

利用吊车液压升降平台作为内锚段灌浆及锚杆安装作业平台,速凝型水泥锚固剂药卷使用锚固剂风枪将锚固剂打入内锚段,锚固剂药卷经锚固剂风枪打入输送管(1″PE管),再经输送管打入内锚段孔底(锚固剂输送管插入孔内距孔底50cm左右),每打入一卷锚固剂,输送管向孔外拉出 5cm左右,直至打入锚固剂药卷60支左右或孔内锚固剂距离孔底3.0m处(内锚段长度为3.0m)结束。

锚固剂药卷在打入前现在水中浸泡,浸泡时间控制在2.5分钟左右,浸泡直观效果原则上以药卷中心留有黄豆颗粒大小的白蕊,或药卷在水中不冒或冒少量气泡为止。锚固剂风枪工作风压控制在0.5~0.6MPa左右,在风枪的风管输入端安装压力表进行风压控制。

在锚固段速凝水泥药卷打入结束后立即进行预应力锚杆杆体安装,采用吊车液压升降平台上人工插杆,可利用人工扶杆的情况下,吊车液压升降臂将锚杆缓慢顶入,减轻了作业人员劳动强度,锚杆杆体端部加φ40mm钢管辅助送杆。

插杆前对锚杆杆体加工:预应力锚杆朝向孔底的一端应削尖。在距锚杆底部3.0m处设止浆环,每3m设对中环一个,对中环采用φ6.5mm圆钢与锚杆杆体焊接。外露端长度50cm,端头用砂轮切割机切平(套丝长度50cm),以便于安装与精扎螺纹钢筋配套的螺母。在锚杆杆体自由段安装进浆管(内径φ15mmPVC管)和回浆管(内径φ8mm硬质塑料管),回浆管应牢固绑扎在杆体上,管口端部距止浆环15cm处。进回浆管在孔口通过钢垫板预留孔口引出。

锚杆杆体插入内锚段后,立即采用木楔(长度6~10cm)进行锚杆孔口封口,防止锚杆从孔内滑出。木楔应完全打入孔内,不得留出孔外,以免影响锚杆孔口钢垫板安装和锚杆张拉。

孔口承压垫座钢垫板面与锚孔轴线垂直,承压垫座必须平整、牢固。若钢垫板面与锚孔轴线不垂直,孔口外侧可用快凝砂浆找平,砂浆强度增长应满足12小时承载15t张拉力的要求。 4.4 张拉与锁定

在内锚段锚固剂灌浆完毕后24小时左右开始进行锚杆张拉。

张拉设备采用TG-2000型扭力扳手。锚杆张拉前,对扭力扳手进行率定。施工中扭力扳手易损坏,要求每周率定一次。 张拉力施加值顺序依次为:第一次张拉力为设计值的25%(3.75t),持荷5分钟后进行第二次张拉,张拉力为设计值的50%(7.5t),持荷5分钟后进行第三次张拉,张拉力为设计值的75%(11.25t),持荷5分钟后进行第四次张拉,张拉力为设计值的100%(15t),最后一级张拉力达到设计值后稳压30min结束张拉平锁定。每张拉一次均应量测锚杆杆体的伸长值,并作好原始记录。张拉工效为2根/40~50min左右。

锚杆锁定后48小时内,若发现预应力损失大于锚杆拉力设计值的10%时,应进行补偿张拉。

4.5 自由段注浆

张拉结束后开始对锚杆自由段回填灌浆施工,灌浆采用纯水泥浆,2SNS型灌浆泵注浆。确认排气管畅通后,才能进行孔内自由段注浆,自由段注浆应饱满,当排气孔不再排气,并有浆液溢出时,可结束自由段注浆。浆体凝固前,不得敲击、碰撞和拉拔杆体。

自由段灌浆在一批(30~50根)锚杆张拉完成后集中进行,可实现规模化施工,单根锚杆自由段灌注平均在3~5min即可完成。

5 施工的合理组织 6 质量控制措施

预应力锚杆施工工序复杂,技术要求严格,为确保施工质量,施工过程中严格按照施工程序施工,每道工序完成经检查验收后方可进入下道工序施工。除了严把程序检查验收关,对如下几个质量重点做了严格的控制:

(1)对锚杆精轧螺纹钢、锚固剂药卷、水泥等重要材料,要求相关资料齐全,并进行进场抽检,以确保材质优良。张拉前首先对扭力扳手进行率定,率定合格后再用于张拉施工。施工过程中中扭力扳手极易损坏,要求每周率定一次,确保张拉精度。

(2)造孔是质量控制的关键环节之一,孔位必须经测量放样,并用红油漆标识。液压凿岩台车要选用经验丰富,责任心强的操作手,开钻前要认真调整好钻臂方向,确保孔向垂直岩面在开钻,钻杆匀速钻进,并不断加水冲洗岩粉。钻孔准确度高,不但确保了锚固效果,且确保插杆及承压垫板安