浅谈江苏句容电站地下厂房顶拱无粘结端头预应力锚索施工技术

张俊阳

(中国葛洲坝集团第二工程公司，四川 成都 610091)

0 引言

在不良地质条件下的地下厂房中，顶拱往往设计预应力锚索作为深层支护形式。在顶拱预应力锚索施工中，因地质条件差、成孔困难，顶拱锚索上仰角度大，机械操作困难，各施工工序较常规边坡锚索施工复杂。本文以句容工程为例，针对上述施工难题，总结提炼了可行的解决方案。

1 工程概况

句容抽水蓄能电站地下厂房总长246.5 m，开挖宽度为25.5～27 m，最大开挖高度57.55 m，由副厂房、机组段、安装场三部分组成。根据揭露的地质情况，主副厂房顶拱层断层、岩脉、溶蚀裂隙、破碎带较发育，不稳定块体多。厂房顶拱层岩体主要为微风化白云岩，其饱和抗压强度为 47～69 MPa。围岩类别主要以Ⅲ、Ⅳ类为主，其中Ⅲ类围岩占49.6%，Ⅳ类围岩占50.3%，Ⅴ类围岩占0.1%。厂房顶拱共布置预应力锚索319根。

2 主要技术指标及要求

无粘结端头预应力锚索设计载荷为1 500 kN，即150 t，由10束1×7-15.2-1860钢绞线编制而成，锚索设计锁定荷载σ con=1 500 kN×0.6=900 kN，锚索与主副厂房洞轴线垂直方向间最小夹角为16°，无粘结端头预应力锚索施工结构具体如图1所示。

图1 1500 kN无粘结端头预应力锚索施工结构图

3 施工中存在的问题

1)锚索钻孔作业困难。该锚索孔为上仰角74°孔，必须采用特制钻具施工；地质条件差，成孔困难。

2)锚索灌浆困难，容易出现灌浆不饱满的情况。必须研究合适的止浆方法和灌浆方案。

3)锚垫板安装难度大。锚垫板由上下2块钢板组成，尺寸分别为50 cm×50 cm及30 cm×30 cm，厚度4.5 cm，总重约120 kg。安装时既要保证锚垫板安装角度，加固牢靠，又要克服高空作业、工作面狭小的困难。施工难度大。

4 施工准备

4.1 试验检测

试验检测内容主要包括锚索灌浆浆液及找平层砂浆配合比试验、锚索结构材料检测及张拉设备配套标定三部分，所有试验检测工作应由有相应资质的试验检测单位完成。句容电站锚索配合比设计技术指标要求及成果具体如表1、表2所示。

表1 锚索配合比设计技术指标要求

表2 锚索配合比设计成果表

4.2 工艺及生产性试验

在进行无粘结端头预应力锚索大规模施工前，应进行工艺及生产性试验，包括止浆包工艺性试验、超张拉试验等，以获取各种施工参数指导后续施工。

5 施工方案

5.1 钻孔

锚索钻孔采用定制钻具施工，固定在定制的钻孔台车上进行，钻机固定后，可根据设计角度适当调节仰角。钻孔采用YG-30/70 A锚固钻机，孔深20～25 m，孔径165 mm。锚索施工前，由测量人员准确放样定位。锚固钻机固定平稳后，按设计要求的方向角、倾角进行开钻。开钻时，应低压低速钻进。在钻进过程中，利用测斜仪每5 m检查偏孔情况，并做好钻孔过程记录。如钻进遇不良地质，出现塌孔、卡钻等现象，采用先孔道固结灌浆后重新扫孔的方式进行处理。若锚固段处于破碎带等软弱岩层，采用延长孔深、增加锚固段长度的措施进行处理。

5.2 锚索制安

5.2.1 锚索下料

锚索下料长度根据实际孔深(尤其是增加锚固段长度的孔深)、找平层厚度、锚具厚度、千斤顶长度等因素通过计算决定。下料时，钢绞线应采用砂轮切割机切断，要求切口整齐无散头现象。

5.2.2 编索

1)锚索编索在编索平台上进行，按照施工图纸要求依次完成钢绞线、对中支架、隔离架、进回浆管等安装，并编帘扎束。

2)锚索编制前将钢绞线锚固段去皮洗油，并用布料清水洗擦干净。对内锚固段和自由张拉段连接处应使用防水胶带进行捆绑密封处理，以防灌浆时浆液流入未去皮钢绞线内，影响锚索张拉效果。

3)止浆包制作。由于锚索孔大角度斜向上方，锚索灌浆时为防止浆液倒流，需在锚索自由张拉段距孔口约71 cm处设置30 cm长止浆包。止浆包采用400 g/m2无纺土工布制作而成，其两端土工布与索体钢绞线间空隙采用水泥砂浆填充密实，并用无锌铅丝绑扎牢固。在制作止浆包时，应严格控制止浆包中无纺土工布的宽度，确保锚索止浆包上部锚固段及自由张拉段灌浆时，在浆液自重及灌浆压力作用下，止浆包不会出现大的位移。

4)进、回浆管的设置。无粘结端头预应力锚索共设有5条进、回浆管，具体如图1所示。其中1#进浆管伸出止浆包外约50 cm，该进浆管在止浆包处应剖开截面的2/3；2#进浆管(兼回浆管)伸出止浆包外约70 cm，3#进浆管位于孔口处；1#回浆管设置在距离孔底约15cm处，2#回浆管设置在距离止浆包下部约15cm处。这5根管中，1#、2#进浆管及1#回浆管主要用于满足锚索止浆包上部灌浆需要，3#进浆管及2#回浆管主要用于满足锚索止浆包下部灌浆需要。锚索进、回浆管均采用φ20 mm塑料管，管道应与锚索索体绑扎牢固，管口通过涂刷不同颜色油漆或缠绕不同颜色胶布进行标识。

5)波纹管设置。锚固段索体需要外包波纹管，以保护锚固段钢绞线防止腐蚀。波纹管周边钻孔形成花管，确保灌浆浆液能顺利流入管内包裹索体。安装波纹管时，一端插入导向帽中，另一端与索体间采用水泥砂浆填充密实，并用无锌铅丝绑扎牢固，以防穿索过程中，波纹管脱落。

6)锚索编索结束后，端部安装导向帽，其内充填环氧砂浆，并挂牌编号，其编号应与锚索孔号一致。

5.2.3 送索

锚索编索完成后，用自制小车人工配合运输至施工部位。

5.2.4 穿索

锚索索体入孔前，先用高压风再次洗孔，经复核无误后，利用自制台车作为操作平台，先由人工将索体扛抬至孔位附近，然后利用2台2 t手动葫芦辅以人工交替拉拽方式将锚索缓慢送入孔内。穿索过程中，手动葫芦挂在与拱顶系统锚杆或插筋焊接牢固的钢筋上，拉拽锚索体的绳索应采用软绳，以免拉拽过程中损伤索体。锚索穿索结束后，利用1台2 t手动葫芦，通过铁丝将索体牢牢固定在锚杆上。

5.3 找平层施工及锚垫板制安

找平层砂浆及锚垫板安装须在锚索止浆包上部锚固段及自由张拉段灌浆结束后24 h方能进行，以免扰动已灌浆液。锚垫板采用2块钢板，总重约120 kg。锚垫板安装前，首先将导向管与钢板间按要求焊接牢固，然后采用台车上的液压升降装置将钢板送到一定的位置后，通过人工将锚垫板及导向管托举至孔口并插入孔内至一定位置，及时安装工作锚板夹片。在锚垫板四周顶拱上采用手风钻造孔并安装4根锚杆，锚杆与锚垫板焊接牢固；锚垫板固定完毕后，在施工锚板与顶拱基岩间用预缩砂浆找平层。

5.4 灌浆

锚索采用水泥净浆灌注，浆液水灰比0.33:1，钻孔灌注的水泥浆7 d抗压强度不低于35 MPa。灌浆采用纯压式，灌浆压力0.3～0.5 MPa，当排浆比重与灌浆浓度相同时，封堵回浆管方可进行屏浆，屏浆压力0.5 MPa，屏浆时间30 min。

锚索分2次进行灌浆，第一次进行锚索止浆包上部锚固段及自由张拉段灌浆。该灌浆在穿索完成后进行，浆液由1#进浆管注入，当浆液从2#进浆管流出时，表明止浆包已完全灌满，等待15～20 min后，采用压力水将2#进浆管管内浆液冲洗干净，然后对2#进浆管进行灌浆，直至浆液从1#回浆管溢出。第二次进行锚索止浆包下部孔口段灌浆。该灌浆在已灌段浆液达到7 d设计强度且锚索完成张拉后进行，浆液由3#进浆管注入，2#回浆管溢出。

5.5 张拉机具安装

张拉机具安装前，应认真进行检查，确保锚垫板承压面、钢铰线、锚具夹片等表面洁净、无油污，工作锚具与钻孔已对中，锚锥孔内夹片已安装无遗漏，钢铰线已依次穿入锚具孔内且无交叉，方可开始进行张拉。

5.6 张拉

当锚索锚垫板找平砂浆达到设计强度后，即可开始进行锚索张拉。张拉采用应力应变双控，先单根预紧，后整体张拉，共分6级进行。分级张拉程序为：0—预紧0.2 σcon(单根18 kN)—0.25 σcon(整体225 kN)—0.5 σcon(450 kN)—0.75 σcon(675 kN)—1.0 σcon(900 kN)—1.1 σcon(990 kN，稳压30 min徐变量小于1 mm)—卸荷锁定—(48 h后损失超过10%进行补偿张拉)。

锚索单根预紧张拉按照“先中间，后周边，间隔对称分序”的原则进行，张拉过程中，对每一级在控制张拉力下的实测值与理论值进行比较，如两者差值超出10%或小于-5%，则应停止张拉，查明原因并采取相应措施。锚索张拉合格，卸荷并锁定48 h后如发现预应力损失超过10%(整体小于810 kN)时，实施补偿张拉。

5.7 封锚及外锚头保护

锚索张拉完成并验收合格后，端头仅预留15 cm长钢绞线，其余均予以切除。洗净工作锚具及留存钢绞线后，采用钢制保护罩进行保护，罩内充填防腐油脂，保护罩外涂刷防腐油漆。

6 实施效果评价

在主副厂房顶拱锚索施工过程中，业主单位委托第三方安全监测单位在顶拱处其中2根无粘结端头预应力锚索上安装了NVMS-1500型玄式锚索测力计，以监测锚索预应力变化情况，具体如表3所示。

表3 预应力锚索测力成果表

从表3中可知，锚索在张拉48 h后预应力损失率均小于10%，完全能够满足设计及规范要求，施工质量可靠。

7 结语

句容电站地下厂房在无粘结端头预应力锚索施工过程中，解决了钻具加固、成孔困难、垫板安装等问题，采用二次性灌浆法施工，锚索施工质量优良。自厂房顶拱无粘结端头预应力锚索施工完成一年多以来，通过厂房安装的锚索测力计监测数据显示，锚索应力损失在规范范围以内，施工质量可靠。