预应力锚索在达开水电站厂房中的应用

陈道绩

（宣威市革香河水电开发有限公司，云南 宣威655400）

1、工程概述：宣威市达开水电站位于云南省宣威市东边的革香河下游，是革香河梯级规划中的第三级水电站，水电站距离宣威市55km。电站采用混合式开发，以发电为单一开发目标。达开水电站装机容量60MW，保证出力9.1MW，年平均发电量2.5517×108Kw.h。

2、施工主材及工艺流程

2.1 主材：①钢绞线采用符合美国ASTMA416-87a标准的1860MPa15.24mm光面及无粘结钢绞线。②水泥采用P.O.42.5MPa普通硅酸盐水泥。③钢垫板钢垫板材质选用Q235钢板。④锚具采用要任柳州欧维姆建筑机械有限公司生产的OVM15系列锚具。

2.2 施工工艺流程：钢制锚墩预应力锚索工艺流程:锚索及钢垫板制作→造孔→钻孔检查、穿索→内锚段灌浆→钢垫板安装→千斤顶、油表率定→张拉、测试、锚固→张拉段灌浆→外锚头保护。

3、施工方法

3.1 钻孔

钻孔是锚索施工中的主要工序，锚索施工进度主要取决于钻孔速度。根据地质条件，本工程主要采用潜孔冲击钻进成孔。采用YG-60型锚固工程钻机，配VHP750型1.2MPa/21m3中风压空压机。对于φ1500kN锚索使用钻具为DHD350冲击器+直径φ131mm钻头，对于2000kN锚索使用钻具为DHD360冲击器+直径φ152mm钻头，钻杆直径φ89mm，钻杆长度1500mm。顶拱上仰锚索采用QZJ100轻型钻机进行造孔。

(1)钻机定位。根据设计孔口高程、倾角计算钻机实际工作高度，作为钻孔垫层高度及脚手架工作平台搭设高度参考依据;利用钻机前部准心和动力头上部准心是否与测量放样方位线重合作为确定钻机方位及钻机移动依据，并采用地质罗盘仪测量、水平尺校核、钻机微调螺杆调节;另外，为保证钻孔时钻机稳固及钻孔精确，可在地面打风钻孔，埋设锚筋或钢管，利用钻机支撑架加固钻孔。

(2)钻进过程控制。开孔时严格控制钻机开孔误差，对冲击器和钻头应有一个支撑和限制，使其达到设计控制点。由于钻杆自身重量及钻具由多根钻杆连接而成，钻孔时会对精度有很大影响;因此为提高钻孔精度，钻孔过程中加强钻具的导向作用，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。

(3)特殊地层钻进。当钻孔局部遇到极为破碎、基本无胶结能力破碎岩层时，钻孔很难自稳，容易塌孔，可采用局部固结注浆措施通过碎石层:第一步，正常钻孔，到遇到破碎层时再钻进1～2m后停钻，并记录破碎层开始的位置;第二步，在达到破碎层前安装止浆装置，仅对破碎层部分进行0.8～1.0MPa的压力注入速凝水泥浆，使注浆液体在破碎层内扩散范围尽可能大，以固结碎石。第三步，在注浆4～8h后再进行钻孔，通过碎石固结段后重复第一步和第二步，直到通过破碎岩层。

(4)洗孔。钻孔完毕后，应将水管深入孔底，通过大流量水流，从孔内向孔外进行冲洗，回水清后再延续5～10min，结束后应观察孔内的失水情况，若有较明显失水的钻孔应进行全孔固结灌浆。固结灌浆应采用全孔一次灌浆。扫孔作业在2d后进行，扫孔后应将钻孔清洗干净并进行简易的压水试验。压水试验合格后，对钻孔进行全孔高压风吹干吹净，做好孔口保护。

(5)钻孔资料。钻孔过程中应做好钻孔施工的原始记录，包括钻进速率、返风情况、返岩粉情况、地质情况等。钻孔完毕后应对钻孔资料进行收集、整理，以作为分析孔道质量依据。

3.2 锚索制作

本工程所设计的锚索有1500kN和2000kN两种，分别由10根和14根φ15.24mm、1860MPa钢绞线制成。钢绞线采用砂轮切割机切断，要求切口整齐无散头，下料长度为L=L孔深+L钢垫座厚+L顶长+L锚厚+20cm。组装时，按图纸要求组装钢绞线，对中隔离支架、灌浆管和充浆膨胀式止浆环。检查钢绞线编号位置和隔离支架间距合格后在内锚固段两隔离支架中间用14号铅丝将所有钢绞线捆扎在一起。对组装好的锚索应妥善存放，并登记、挂牌，表明锚索编号、长度等。存放点要求严格防潮防水防污染。

3.3 钢垫板制作

1500kN锚索钢垫板采用400mm×400mm、δ=40mm钢板，2000kN锚索钢垫板采用500mm×500mm、δ=50mm的钢板。垫板材质选用Q235钢板，中心孔内壁光滑平整、无毛刺，外侧孔口倒角，采用氧气线动割加工技术。

3.4 锚索安装

锚索安装就位前，要重新检查锚索各部的位置是否正确，捆扎是否牢固，是否有损坏，对损坏的地方要进行修补，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、掉块时应进行处理。锚索安装采用人工辅以机械方式进行，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。如果锚索送入岩孔内困难而必须将锚索抽出时，要对抽出锚索的损坏部分进行修复。对于上仰锚索，在穿索过程中需要上顶的外力包括锚索自重和穿进过程中的孔壁摩擦力，因此必须选用机械设备进行送进。为了确保安全，可采用1.5t卷扬机做为吊运设备，但必须固定好卷扬机反力设施。另外，用的锚索导轨支架，每5m安装一个牵引索箍连接在卷扬机钢丝绳上，对准孔口，牵引一段用插销固定，解开孔口的索箍，用下一个索箍牵引。依次进行直到最后一段时，用专用的锁紧夹片配合手动葫芦使，锚索"倒吊"锚孔中。

3.5 锚索灌浆。锚索灌浆是锚索施工的关键技术之一锚固段灌浆的饱，满程度决定了锚索是否可施加设计承载力的预应力。自由段灌浆的饱满程度以及锚固段与自由段注浆的连续性决定了锚索的使用寿命。灌浆采用普通硅酸盐水泥，浆液P.O.42.5采用纯水泥浆，浆液标号M35(7d)，水灰比为0.35～0.4，掺适量的早强剂和膨胀剂。

对下倾锚索，一期注浆采用底部灌浆法。亦即，进浆管在钻孔底部，水泥浆由孔底压入。灌浆浆液应搅拌均匀，随拌随用，浆液应在初凝前用完，并严防石块、杂物等混入浆液中。灌浆压力0.3～0.5MPa，灌浆须一次完成。回浆管置于孔口或止浆环处，开始灌浆时敞开回浆管，排出气体、水和稀浆，当设置于锚索止浆环前端回浆管排出的浆液与注入浆液的稠度一致时，关闭出浆口，屏浆30min即可结束。

3.6 钢垫板锚墩安装。钢制锚墩在安装过程中，一定要严格控制好以下几个工艺环节:

(1)孔口段必须保证锚索周围的空间，在钢板下加钢套管或PVC管，保证锚索不偏心，与孔轴线一致，以保证张拉过程中钢绞线不出现剪断丝。(2)钢板采用φ12～14插筋点焊固定或采用螺杆配螺母固定，钢板与砂浆贴紧采用在钢板上设键槽，增加调节余地可解决螺杆对中时精度不够的问题。(3)板下松动或破碎岩层必须清除干净，以免发生岩块压碎破坏而影响锚索的整体锚固效果。(4)采用7dM40水泥砂浆，且层厚应不小于50mm。这样既可保证钢筋网的保护层，也可起到应力调整的作用。(5)孔口段埋设二次进回浆管进行封孔注浆，回浆管必须布置在孔口上部，进浆管布置位置可根据孔口岩面情况进行调整，以保证孔口段砂浆饱满。

3.7 张拉锁定。安装工作锚具时锥形孔及夹片表面应保持清洁，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，不允许在千斤顶内出现钢绞线交叉现象。

结束语：利用钢垫板刚性锚墩代替混凝土锚墩是安全可靠的，而且完全满足规范和设计要求，采用钢垫板刚性锚墩对原侧墙岩层扰动小，有利于保证岩壁的整体稳定性，且施工简便，安全性高，而且可明显节约工期，实用性较高。

[1]赵兴安，杜宜兵，陈国平.自由式拉压复合型预应力锚索在金河水电站厂房后边坡处理中的应用.四川水力发电，2003年3期.