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水电站料场边坡支护中预应力锚杆的施工技术

2024-01-26

北方建筑 2023年6期
关键词:药卷张拉锚杆

黄 田

(中国水利水电第七工程局有限公司,四川 成都 610000)

预应力锚杆在边坡加固、结构物抗浮加固、深基坑围护等领域得到了广泛的应用,不仅能达到加固效果,而且能显著提高工程效益。但由于预应力锚索的施工工艺涉及到许多细节问题,因此,为了使其充分发挥作用,必须加强施工工艺质量控制。

1 工程概况

杨房沟电站砂石项目水电站料场边坡坡率为1∶0.75,高度71.6 m,防护装置采用锚杆框架格构。边坡为九级边坡,每级坡高8.0 m,两级边坡间设置2.0 m 的平台,边坡较陡。地质勘察结果显示,边坡场区为一般第四系坡积层及燕山期基岩。为了确保在施工过程中边坡的稳定性,采用了混凝土护壁和预应力锚杆两种方法来对其进行加固,每一种方法都采用2 m×2 m 的排列来布置预应力锚杆,工程共使用117 根锚杆。

2 预应力锚杆施工工艺

2.1 施工方案

针对本项目提出的预应力锚杆采用末端锚固形式,结合具体施工条件,提出锚固施工方案:锚固段,喷入水泥泥卷锚固剂,张拉段喷入缓凝砂浆液,确保了内外段的无缝连接。预应力锚杆结构,如图1所示。

图1 预应力锚杆结构示意图

2.2 准备工作

2.2.1 材料准备

主要材料包括:根据《预应力混凝土用螺纹钢筋》(GB/T 20065—2006)的相关要求,采用Φ32 mm的PSB830 精轧螺纹钢筋;速凝锚固剂、缓凝锚固剂;强度等级为42.5 的普通硅酸盐水泥,辅以外加剂,用于改善浆液的性能,外加剂的用量根据配合比试验结果而定。

锚固附件由钢垫板、球形垫圈和螺丝组成,钢垫板的加工过程中,根据所购特殊螺丝的丝牙设计,车丝的长度为30 cm。为了减少插杆的阻力,杆的一端需要削尖,为了保证杆的错位保护,在杆的另一端设置对中支撑,从杆体两端开始,按2.5 m 的间距依次设置4 根Φ8 mm 的圆钢,均点焊至杆体,形成一处对中支撑。孔口钢垫板采用的是尺寸为25 cm×25 cm×2 cm 的普通铜板,梅花形布置,内径略大于锚杆的直径[1]。

2.2.2 设备准备

预应力锚杆的施工设备:DQY-1 地质指南针、徕卡TC1700 全站仪、IOOB 潜孔钻、螺纹滚丝机、空气压缩机、注浆机各1 台;MQ-30 锚固风枪1 把;TG-2000 扭力扳手2 把。

3 预应力锚杆施工

3.1 钻孔与锚杆安装

1)按设计图纸要求,在指定位置钻出预应力锚杆孔,孔位偏差≤10 mm,孔斜偏差≤2°,锚杆孔深要比设计长度增加40 cm,这样才能将不能被清理掉的岩屑和石渣保留下来。口径偏差≤口径的3%。在钻探时,若发现锚固区段处于强烈风化或断裂破裂的地带,及时与监理工程师就实际情况进行沟通,进行深钻,直至实际钻孔效果达到设计要求为止。

2)预应力锚杆孔的直径为110 mm,可使锚杆、注浆管及回浆管同步进入。

3)在钻进的同时,要对钻孔的斜度进行分段测量,并对钻孔后的斜度进行校正。

4)打孔结束后,应用高压风水设备交替冲洗打孔,使打孔的水变得清澈和干燥。当地层中有岩溶、断层、泥质充填时,为了避免地层失水,应使用高压空气对钻孔中的尘埃进行清除。

为防止井眼坍塌,应加大井眼检查力度,在井眼检查合格后,及时组织井眼的插眼和注水工作。

3.2 装水泥药卷

在给锚孔装药之前,施工人员应用一根长杆探知井深,并在其上作记号。以设计锚固段长度(2.6 m)和钻孔孔径(58 mm)为基础,通过体积法计算并与试验结果相结合,得到了速凝水泥药卷的用量为55 支。速凝混凝土药片的浸渍时间以60 s~70 s 为宜,缓凝混凝土药片的浸渍时间可适当延长10 s~15 s[2]。

速凝混凝土在达到使用要求后,首先用清水浸渍。在对药卷进行浸泡的过程中,可以使用送药卷的风枪,用高压风对锚孔进行清理,将孔洞中的灰尘和积水排出,确保孔洞的清洁。当药卷被浸泡好之后,马上用专用水泥药卷风枪将其送入到孔洞中的指定位置。在输送速凝混凝土时,输送管不能直接插入孔底,需选择在距离孔底50 cm 处(避免输送后撞到孔底反弹),输送到所需1/3 时,将输送管拔出1 m,然后再输送1/3;物料管道向外延伸约1 m 至锚定区的外侧,在此期间,完成剩余1/3 的速凝药卷筒。在输送速凝水泥药卷后,将输送管拔出1 m后马上输送缓凝剂(由于缓凝剂的初凝时间是45 min,为了确保锚杆的质量,需要在一定时间内完成)。在输送缓凝混凝土药卷时,同样采取在输送过程中边输送边退管的方法,直到输送完毕。在输送水泥药卷过程中,风枪风压对其性能有很大的影响。当风压太高时,进给的药卷将因压力太大而从孔道中吹出;如果风压太低,会导致管道堵塞。因此,在一定的风压下,只有保持一定的稳定性,才能确保锚杆的施工质量。通过多次的测试和比较,空气压力宜控制在0.35 MPa~0.4 MPa(输料管道的长度约为20 m)。

3.3 锚杆及其附件安装

缓凝水泥药卷输送完毕后,必须马上进行锚杆的安装(如果延迟时间太长,将增加安装的难度)。杆体的安装由手动完成,首先将杆体内的一端放入孔中,找到合适的夹角,手动缓慢将杆体推进到预定的位置。在推动过程中,应缓慢地旋转木棒,以保证木棒和胶粘剂的接触均匀。因水泥药卷为风送型,所以孔隙中气体较少,为了避免因气体排出而造成胶凝材料损失,必须在插入时对孔隙进行防护。当球杆被推进到指定的位置时,球杆就会停止推进。但在实际施工过程中,胶凝材料会有小部分溢出,且洞口部分的充填也有一定缺陷,因此,在洞口部分的缓凝水泥药卷充填和锚杆临时锚固都需要人工完成。在安装时,要注意防护好线头,以免弄脏或损坏[3]。

在安装完杆体之后,开始安装锚杆配件(托板,螺丝帽等)。在工程实践中,因受锚固段胶结物性质的制约,张拉时段内需要有足够的强度,否则可能会在张拉时发生破坏,导致其失效,不能正常张拉。因此,在该工程中,采用与锚固段同一种速凝水泥药卷(8604-K3),并进行了现场生产。为了防止桩基材料将桩基暴露段锚固得过紧,导致桩基张拉时不能发挥应有的作用,在桩基暴露段上涂上锂脂,套上橡皮管,将桩基暴露段与桩基材料隔绝开。在垫墩初凝之前,需及时对垫墩初凝过程中的托板进行调整和安装。支架需平放,并且要保证支架与支架的轴心相垂直,以保证支架在张拉时,支架应力方向正确。在支架安装完毕后,需安装螺丝以固定支架。

3.4 锚固段注浆

使用MQ-30 特制的锚固风枪,利用风的力量,通过插在孔底的Φ40 mmPVC 注料管道,将锚固风枪与主管道及注料管道相连,按照锚孔的深度和锚固段的长度,在注料管道上贴一块胶布以便控制其入孔的深度,采用风水联合法清洗钻孔,待钻孔清洗干净后将注料管从孔底向外拔出35 cm,用风枪将锚固剂注入孔内。注浆采用的是水灰比为0.35∶1的水泥浆,水泥结石体7 d 强度为C35,配合比根据室内试验结果而定,制定的配合比必须通过监理工程师审批。外加剂可用于改善浆液的性能,但不可含有腐蚀锚杆的成分。锚固段注浆采用压力注浆的方法,在进浆管、回浆管上安装压力表,进浆压力设定为0.5 MPa,开始注浆前需要将回浆管中的水、稀浆和气体清理干净,连续注浆,回浓浆时根据实际注浆情况逐步关闭排气阀,回浆压力稳定在0.2 MPa~0.4 MPa,吸浆率<0.4 L/min,保持该状态30 min,使浆液饱满填充锚固段,即可结束注浆。

3.5 张拉段注浆

张拉段注浆在预应力锚杆安装就位后进行,按比例配制缓凝砂浆,本工程采用的是粒度为2.5 mm以下的中细砂,搅拌时间至少需3 min,以保证砂浆稠度适中,使注浆管缓慢地向外挤压,在距离孔口段1 m 左右时,需放慢速度,避免孔口段的注浆不充分,注浆结束后,及时用棉线封堵孔口。

3.6 垫板、垫圈和螺帽的安装

张拉段注浆后,应立即安装孔内钢片、球形垫片及螺丝,并将垫片的位置调整至与锚杆轴心垂直,如果岩石表面平整,即便使用球形垫片也很难将螺丝调整至与垫片平行的状态,可选择用手锤锤击将岩石部分凿平,或者在岩石表面涂上适量的速凝错固剂,使其平整[4]。

外锚头垫座可作为预应力的承载结构和传递结构,属于重要的预应力锚杆施工辅助装置,施工人员需规范制作外锚头垫座。在注浆后、张拉前设置外锚头垫座,采用混凝土浇筑成型或用钢板制成,要求垫座表面与拉杆轴线垂直,垫座有足够的强度。混凝土浇筑环节,需合理设计混凝土的配合比,拌制后随机抽样进行抗压强度试验;充分浇筑,有效振捣,以提高混凝土的密实度;浇筑后采取养护措施,避免开裂。若采用钢板制作外锚头垫座,应在压浆垫平后再设置垫座,防止垫座倾斜、失稳。锚固张拉锁定和封孔注浆均结束后,及时防护外锚头。若锚杆在后续需补充张拉,暂时用帽盖封闭锚头,避免锚头部位腐蚀。若锚杆无需补充张拉,将垫座周边混凝土凿毛,用细集料混凝土包封。

3.7 锚杆张拉与封闭锚头

1)内、外锚墩达设计龄期3 d 后,锚杆宜张拉。

2)在正式张拉前,先用设计轴向张力值的10%~20%大小的张力对锚杆进行1 次~2 次预拉,使杆体保持平直。

3)根据设计方案,预应力锚杆拉力设计值为300 kN,超张拉力为330 kN,张拉等级及位移观察时间见表1,达到张拉力的末级,并在10 min 内达到稳定状态即可锁紧。

表1 锚杆张拉分级和位移观测时间

4)如果锚索的预紧力超过了设计图纸规定的105%,但不超过97%,则应在48 h 之内完成补偿性张拉。

张拉顺利完成,达到设计张拉力后,自工作锚外端处预留40 mm 钢筋,将剩余的钢筋切断,并对锚头进行永久性的防锈。

4 施工质量控制

1)钻孔期间出现缩孔、塌孔等问题时,暂停钻进,采取固壁注浆措施,保障孔壁的稳定性。注浆采用的是水泥砂浆和水玻璃的混合液,注浆压力为0.4 MPa,注浆完成24 h 后,重新扫孔钻进。

2)遇渗水问题时,按如下方法进行处理:钻孔期间或钻孔完成后吹孔时,若孔内无粉尘但吹出小石粒或团粒,表明岩粉由于孔内渗水而粘附在孔壁上,存在渗水问题,若此时钻孔深度达到设计要求,向孔中注入清水并用高压风清理干净;若实际钻孔深度未满足孔深设计要求,暂停钻进,取出钻具,清理孔内各类不利于钻孔的杂物后,继续钻进;遇孔内严重渗水的情况时,由于水的流动较强而吹出泥浆和碎石,此时岩粉不再粘附至孔壁上,具备钻进的条件,但过量渗水会导致淹没钻机,需要拔出钻机进行压力注浆。

3)全面清理锚孔内的岩粉和石屑后才可向孔中放入锚杆体,其插入孔内的深度应达到设计规定的95%及以上。精准安装锚杆,布设到位后加强防护,禁止随意敲击。钻孔的各项参数均需达标,钻孔深度不宜比规定值大200 mm,钻头直径不应比钻孔直径小3.0 mm。

5 边坡监测结果分析

监测项目包含x,y,z三个坐标方向位移,测点布置在坡顶,坡顶测点各方向位移监测结果见图2。

图2 坡顶位移监测结果

根据图2 可知:x坐标方向位移量普遍不超过2 mm,基本不存在影响,可忽略;y坐标方向,虽然前期有1 mm~2mm 的位移增量,但随着监测时间的推移而逐步减小,趋于稳定;z坐标方向,沉降变形量约为5 mm,无明显的波动。总体上,坡顶各测点x,y,z三个坐标方向位移变形量均较小,监测结果显示坡顶基本维持稳定状态。

6 结语

综上所述,水电站料场边坡区极易存在较差的施工地质情况,很难保证其稳定,易发生滑塌。因此,需要根据路基边坡滑塌病害的特征制定科学可行的处治方案,妥善解决边坡滑塌问题,保障出行安全。本文以具体工程为实例,详细探讨了边坡支护中预应力锚杆的施工技术要点,施工人员应根据实际情况优化施工技术,依据规范做好装药、注浆、张拉等各项施工作业,以防止高边坡出现滑坡的情况,进而提高高边坡使用的安全性和稳定性,降低安全事故的出现概率。

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