预应力锚杆在山西小浪底引黄工程地下泵站工程中的应用

王俊卿

（山西省小浪底引黄工程建设管理局 山西运城043700）

泵站是水利工程领域重要的组成部分，尤其是在近几年，随着我国水利工程的逐步发展和进步，泵站工程受到越来越多的重视，而作为其中的关键环节，泵站厂房顶拱开挖支护是整座泵站尤其是地下泵站的关键工序，是确保后续施工的基础和保证，是参建各方非常重视的问题，对于地下泵站厂房施工，做好顶拱支护工作至关重要。

1 工程概况

山西省小浪底引黄工程地下泵站厂房由主机间、副厂房及安装间组成，主泵房长77.05 m，安装间长16 m，副厂房位于主泵房左侧，长16.95 m，泵房总长110 m。出水阀室平行布置于厂房下游出水侧，距泵房下游边墙净距17.05 m，出水阀室长85.27 m，宽7.5 m，高16.5 m。

地下泵站最大埋深240 m，泵站围岩以层状岩层为主，均一性较差，厂房顶拱岩层走向NE80°，岩层产状NE16°～39°SE∠22°～30°，为较平缓岩层。共发育4组组合裂隙，对顶拱稳定较为不利。围岩稳定性主要受岩性、长大结构面发育地段的影响，存在围岩结构差，涌水、溶洞等问题。

2 预应力锚杆施工

2.1 施工工艺流程

预应力锚杆施工工艺流程见图1。

图1 预应力锚杆施工工艺流程图

2.2 锚杆造孔

按照《水利水电工程锚喷支护技术规范》（SL 377-2007），锚杆孔径应大于杆体直径20 mm 以上；同时锚杆采取锚固段及张拉段两次注浆，锚固段注浆需设置止浆袋，孔内安装2 根注浆管、2 根排气管；预应力锚杆使用HRB400 钢筋，直径28 mm，加上绑扎的注浆管及排气管直径，确定锚杆造孔孔径约为60～65 mm，采用多臂钻台车进行造孔。

锚杆钻孔前，测量人员采用仪器按照设计图放出每根锚杆孔位位置，并用油漆进行标识，确保孔位严格按设计图纸布置。

根据已确定的孔位进行钻孔，开孔前，严格校验钻具的孔向，钻进过程中出现倾角偏差时应及时纠正；钻孔过程中保持孔向的稳定，并随时加以检测。

2.3 锚杆制作

1）预应力锚杆材料要求

锚杆杆体采用HRB400-500 级钢筋，锚杆在地下泵站安装间按设计要求进行制作，采用断钢机或切割机切断，切断的锚杆杆体端部需保持平整，然后采用钢筋剥肋滚轧直螺纹机在末节钢筋锚固端削肋加工螺纹、长18～25 cm，用于张拉锁定。螺母为M27 高强螺母，螺帽内径27 cm、外径50 mm、对边宽40 mm、长40 mm；垫板尺寸为Q235 钢板，长20 cm，宽20 cm，厚2.0 cm。

制作完成的预应力锚杆由监理单位按规范进行检验，应采购可以与杆体丝牙配套的螺（母）帽并经检验后投入使用。制作前应将锚杆清理干净，确保无锈、无油污、无损伤痕迹。

2）预应力锚杆安装要求

（1）预应力锚杆安装示意图见图2。

图2 预应力锚杆安装示意图

（2）灌浆管绑扎

预应力锚杆制作完成后绑扎排气管和注浆管。预应力锚杆注浆管及排气管共4 根，分别为锚固段注浆管、锚固段排气管、张拉段注浆管、张拉段排气管，在锚固段与张拉段中部设置布袋止浆塞。

在距锚杆底部2.5 m 处设止浆袋，止浆袋为一条直径75 cm、长25 cm 的布袋；锚固段注浆管在止浆袋内开一个直径10 mm×20 mm 的孔，在向锚固段注浆管注浆过程中，浆液首先从开孔部位流出，将止浆袋塞满后，浆液继续向上流动至锚固段进行灌注。注浆管、排气管绑扎过程中工人要随时进行吹气检查是否通气；锚杆安插好后，工人再次进行吹气检查，若出现不通气，立即将锚杆拔出，重新进行绑扎。

2.4 锚杆安插

1）锚杆安插

预应力锚杆采用多臂钻台车安装，根据现场实际情况也采用人工配合挖掘机推送入孔内。在推送过程中力度必须均匀一致，防止在推送过程损伤锚杆，同时，不得使锚杆杆体转动，并不断检查注浆管和排气管，使之保持通畅，当推送困难时，由监理工程师决定是否拉出锚杆，对抽出的锚杆要仔细检查，必要时应对钻孔重新进行清洗以及更换整个锚杆。

2）封口

预应力锚杆安装就位后，应立即把木楔打入孔内对杆体进行固定，防止锚杆从孔内滑出；并用锚固剂对孔口进行封堵密实，避免注浆浆液流出孔外。加固木楔必须完全打入孔口内，以免影响锚杆钢垫板安装及锚杆张拉。

3）孔口承压垫座

孔口承压垫座采用22×22×2 钢垫板，钢垫板面应与锚孔轴线垂直，承压垫座必须平整、牢固。若钢垫板面与锚孔轴线不垂直，孔口外侧用M30 快速凝固砂浆找平，找平层厚为3～5 cm；或根据钢垫板与岩面间缝隙间距，采用钢板及钢筋将垫板底部垫平。

2.5 孔内注浆

锚杆水泥采用P.O.42.5 普通硅酸盐水泥。砂浆用砂细度模数在2.4～2.8 范围内、最大粒径小于2.5 mm的中细砂。使用前对锚杆材料、砂、水泥、外加剂（膨胀剂及缓凝减水剂）等进行检查，满足规范要求才能使用。预应力锚杆浆液等级可以为M50 或更高强度浆液。

注浆分两次注浆完成，锚固段采用砂浆或纯水泥浆进行灌注，张拉段采用缓凝砂浆或纯水泥浆灌注，强度等级均为M50。灌浆采用锚杆注浆机，灌浆压力随浆液上升逐渐增大，一般为0.2～0.5 MPa。待排气管有浆液流出，且流出浆液浓度与注浆浓度相同时停止注浆。

2.6 张拉锁定

预应力锚杆的张拉锁定应在锚固水泥浆终凝强度超过20 MPa 后进行张拉。施工前，对锚固水泥浆进行试验，确定张拉时间参数，初拟张拉时间为锚固段注浆3 天后且锚固浆液达到20 MPa 后进行张拉。张拉段砂浆灌注完后，立即安装垫板、上螺帽进行张拉，并调整垫板位置使之与锚杆轴线垂直。

3 预应力锚杆施工质量控制

预应力锚杆施工工序复杂，技术要求严格，每道工序完成经检查验收后方可进入下道工序施工，施工过程中的质量控制要点如下：

1）对锚杆杆体使用的螺纹钢、水泥、外加剂等材料，要求采购、报验资料齐全，并有监理单位进行抽检，以确保使用的材料合格。

2）钻孔是保证质量的重点，孔位必须经测量人员放点并做明显标识。开始钻孔前应确认多臂钻台车工况良好，各岗位施工人员就位。钻孔时应确保孔向与岩面垂直，匀速钻进，应不间断加水冲洗。多臂钻台车的高效使用使钻孔成孔质量高、位置准、施工进度快。

3）预应力锚杆内锚固段水泥浆液是否灌注密实，是确保张拉成功的关键环节，灌注水泥砂浆时，砂浆必须送至孔底，锚杆插入时也必须插至孔底。

4）注浆管与排气管是否通气，是浆液能否注入孔内的关键，施工过程中，工人必须随时进行吹气检查，若存在不通气的管道，要及时进行检查并重新进行绑扎。

5）注浆砂浆是预应力锚杆的关键材料，必须将配合比报监理工程师审批后方可实施，注浆过程中进行抽样检测，确保注浆质量受控。

6）严格控制砂浆的拌制及注浆工艺，防止锚固段灌注不密实，或是锚固段砂浆进入到张拉段。

7）张拉是预应力锚杆施工成败的决定性因素，张拉作业必须在张拉段砂浆凝结之前完成。应采用分级张拉，监理人员应全程旁站，做好各项数据的记录。扭距扳手的使用应由工作经验丰富的工人完成，预设刻度应根据率定曲线准确设定，张拉时保证张拉力的方向与杆体一致。扭距扳手使用前应进行率定，率定合格后再用于张拉施工，施工过程中应根据实际情况及时率定，确保张拉精度。

4 预应力锚杆质量检测

预应力锚杆主要通过张拉力对其抗拉拔力进行检测，同时也采用无损检测对其锚杆长度、密实度进行检测。同一规格、长度的锚杆，检测抽样率不应低于总锚杆数的8%，且不宜少于18 根，重要部位或重要功能的锚杆应全部检测。

对于杆体长度大于等于设计长度的96%、且不足长度低于0.3 m 的锚杆，可评定锚杆长度合格。锚杆锚固密实度应按《锚杆锚固质量无损检测技术规程》（JGJ/T 182-2009）中规定进行评定，并应符合下列规定：当锚固密实度达到C 级以上，且符合工程设计要求时，应评定锚固密实度合格。

单根锚杆锚固质量无损检测应根据现场实际情况及工程规模制定分级评判标准。单元或单项工程锚杆锚固质量全部达到C 级密实度且长度合格可评定为合格，否则应评定为不合格。

5 结语

山西省小浪底引黄工程地下泵站厂房顶拱使用预应力锚杆支护应用效果良好，使地下泵站厂房顶拱稳定安全，为厂房后续施工奠定基础。相关技术人员在施工过程中严格按照规程进行施工，保证工程的施工质量以及施工安全，除此之外，业内施工技术人员还应对药卷锚杆或者其他新型预应力锚杆技术加以研究和推广，使得地下泵站厂房顶拱支护技术更加完善和高效。