试论预应力锚固技术在水利水电工程施工中的应用

刘发

【摘 要】作为我国水电工程施工中快速发展的一种新技术，预应力锚固技术主要用于加固与改善不稳定岩体结构物内部的应力条件。该技术的应用对锚固岩体与土体扰动较少，并通过锚固措施可提升锚固体的强度，达到施工便捷、安全及经济的效果。本文主要对水利水电工程施工中预应力锚固的概况、技术应用进行了分析与探究。

【关键词】预应力锚固 概况 水利水电工程 技术应用

上个世纪60年代预应力锚固技术开始应用到我国水电工程内，主要进行坝基加固施工，该技术的应用可以对水利水电工程施工中存在的基础稳定与应力超限问题进行有效处理。但因机具配套不合理、施工操作不规范等因素，导致预应力锚固技术无法满足水电工程施工的相关规定。80年代后，为满足大型水利水电工程的需求，相关部门加大了预应力锚固技术的相关研究，并取得了一定成绩。目前，应用预应力锚固技术的水利水电工程包含小浪底、三峡等。在加固三峡水利枢纽永久船闸高边坡施工中，应用的预应力锚索（1000KN＼3000KN）根数都达到了4000根左右，10000根为张拉锚杆。在加固雅砻江锦屏一级水电站左右岸坝肩1885米高程以上高边坡工程中，应用的预应力锚索（1000KN/2000KN/3000KN）根数为5000根左右，300000米为钻孔总进尺，其中180毫米为最大钻孔直径，100米为最大钻孔深度，穿越复杂地层的锚索孔达到50%以上。部分工程一根预应力锚索锚固力就达到了10000KN左右。目前在水利水电工程大型地下洞室、加固大坝基础等方面广泛应用了预应力锚固技术。这项技术的应用，推动了我国水利水电工程的高速发展，实现了工程项目的社会效益与经济效益。

1预应力锚固的概况

预应力锚固是用锚固方法增加支挡结构或岩土体稳定性的一种措施。锚头、锚束体与锚固段是预应力锚固的主要组成部分。外锚头、混凝土基座与垫板等都是锚头的重要构件，该部件的作用为锚索张拉与构件锁定。钢筋、高强钢丝束为锚束体的主要构件，其作用为内、外锚头连接与承受张拉力。在锚孔底部嵌固锚固段，该部位可将锚固力提供给张拉锚索，固定锚固段后，可利用千斤顶张拉锚束体，并加预压应力施加给基岩与建筑物，进而起到受力条件改善与加固的作用。如图1所示。

图1 预应力锚固结构

其施工原理为：打钻孔穿过可能滑动与已经滑动的滑动面，在孔底稳定岩土体内固定钢筋一端，随后拉紧钢筋，并确保一定回弹力的出现。在岩土体与支挡结构表面固定钢筋另一端，通过钢筋回弹力将滑动岩土体、支挡结构压紧，进而对滑动面抗剪强度进行提升，并实现岩土体与支挡结构稳定性提高的目标。预应力锚固技术在工程建设中的优势包括以下几点：

（1）应用于高边坡或隧洞洞口明挖施工中，可有效提升边坡的稳定性能，并降低开挖量，为进洞施工提供便利；

（2）在水库正常运行下，可在混凝土混凝土坝体及加固坝基施工中应用；

（3）在混凝土裂缝或缺陷修补中应用，可加大集中荷载分散的范围；

（4）洞室加固施工中，该技术的应用，可对洞室受力条件加以改善。

2水利水电工程施工中预应力锚固技术的应用

2.1施工案例

某水库枢纽工程的组成部分主要包含：大坝、泄洪闸等。15.5米为最大坝高，1135米为坝长，选用明渠导流的方式进行该工程施工。截流方式选择立堵法。其施工图纸如图2所示。

2.2施工工艺

（1）确定锚索技术。通过作业面开挖长度分析可确定预应力锚索施工技术，在搭建施工平台过程中，选用钢管、木材进行施工。并通过轻型钻机进行钻孔处理，保证孔径在150毫米左右。在加工厂进行锚索绑扎、锚索制作等工序，安装锚索中，一般选用卷扬机、岛链与人工的方式进行施工。预制锚墩作业应在预制场进行，孔口管、阻焊钢垫板与补浆管制作可在车间内进行。通过人工的方式将混凝土送入仓浇筑锚墩内，选用千斤顶单根重复的方式进行张拉施工，必须选用专业锚定工具锚定施工，封孔施工可利用灌浆机进行作业。

（2）施工准备。遵循预应力锚固施工对各种施工材料的质量要求，及依据桩体数量、桩体长度与配合比等条件对施工选用的材料数量及质量进行确定，施工企业应选用专人在材料进入施工现场后，及时检查与审核材料数量、质检报告等，避免质量不达标材料进入施工现场，每批材料应严格遵循相关技术指标进行抽样检测，确保符合施工要求后，才能进行施工。施工机械设备应在施工前期进行全方面的彻底质量检测，确保施工过程中施工机械能够正常运作，应做好调试与维护作业，避免机械运作中出现任何意外，造成工期延长与降低工作效率。

（3）钻孔施工。杜绝带水进行锚索钻孔钻进作业，这样可以避免锚索施工对边坡岩土工程地质情况造成极大影响。施工现场应对钻孔施工的孔地层变化情况、进尺速度及地下水情况等做好记录，当出现塌孔情况时，必须马上停止钻孔作业，进行固壁施工。锚索锚固段施工应确保入岩在10米以上，如具体施工地层情况与设计规定不符时，必须严格遵循现场施工情况对其进行调整。一般情况下，锚索最大孔径控制在150毫米左右。完成钻孔施工后，应选用高压空气全部清理孔内的岩粉与地下水，避免水泥砂浆与孔壁岩体粘结强度出现减少的情况。

（4）锚索制作与运输。将预应力锚固技术应用到水电站施工中，应对锚索制作、运输及安装等工序加以重视。下料施工中，应遵循相关设计规定，与张拉、孔深实际情况相结合，进行锚索施工。图纸分析工作应在钢绞线切割完成后进行，并与图纸要求相结合进行绑扎施工，如记录时可选用分根编号的方式。止浆环安装与标注进出浆管位置必须准确，在隔离架设置中，应保证张拉断之间的距离为1到2米。如将隔离板设置在锚固段上，在止浆环装安装过程中，应确保其符合设计规定。在锚索编制中，应保证钢绞线孔位的准确性，尽可能降低停放钢绞线的工作时间，并做好防污措施。应保护报好裸露在外的索体，避免损坏、扭转与压弯锚索等情况的发生，降低对施工进度的影响。

（5）内锚段注浆与锚墩浇筑施工。在内锚段注浆施工中，其冲洗工作主要选用压力风机进行。为防止孔内渗水等现象的出现，应对封堵装置的密封性进行详细检查，确保其管道的畅通性。为确保灌浆浆液配合比的精确性，应对其进行相关试验，以此确定其注浆用量。搅拌水泥浆与水泥砂浆时，可选用高速搅拌机进行施工，注浆液在搅拌后向注浆管内缓慢注入。在混凝土浇筑前孔道极易出现堵塞问题，其主要原因包括：孔道过长，胶带缠裹的不密实，具有较小前后过渡范围等。这种问题的产生将直接影响到水电工程的拉张力，进而延长施工工期。通过钢绞线自由伸长与缩放的有效利用可以对钢筋孔道堵塞情况进行处理，可以有效提高工程施工的整体质量。当气泡不存在于排气管进浆与浆液排出过程内，可结束注浆施工。完成注浆施工超过12小时后，应进行补浆作业。如产生渗水问题，必须与固结灌浆具体现状相结合，及时选用与之相适应的措施进行处理。一般选用立模现浇的方式进行锚墩混凝土施工，做好现浇锚墩支撑工作，避免变形等问题的出现，振捣施工中，为确保其密实度符合施工要求，可选用插入式振捣器进行施工。

3结语

综上所述，随着国民经济发展速度的不断提升，在水利水电工程施工中，只有根据工程施工的具体要求，选择与之相适应的新技术，才能更好地提升工程的质量，这也是施工的重点内容。将预应力锚固技术应用到水利水电工程施工中，不仅可以缩短施工工期，还可以提高工程质量，为工程经济效益与社会效益的实现提供了强有力的保障。

参考文献：

[1] 敬旭.预应力锚固技术在大渡河黄金坪水电站边坡支护中的研究与应用[D].成都理工大学，2011.

[2 赵宇飞.加锚结构面剪切特性及锚固岩体综合力学模型研究[D].中国水利水电科学研究院，2013.