佛山水电站高边坡预应力锚索施工工艺应用与质量控制

1.工程概况

　　佛山水电站工程位于四川省芦山县大川镇境内，在四川青衣江左岸的一级支流大川河上游，厂址位于皂角湾水电站取水枢纽上游540m大川河左岸河滩上。该电站系径流引水式电站、地面式厂房。电站总装机2×1.1万kw，设计水头152.0m，设计引水流量16.5m3/s.电站厂房主体建筑物由主、副厂房、升压站、进厂公路大桥组成。

　　由于本工程电站厂房总体的布置要求，该电站厂区建筑面积2000m2，厂房后边坡▽1112～▽1172，设计开挖坡比1：0.3，开挖长度140m，导致厂房后边坡开挖控制范围大、边坡陡且高。

　　工程施工期间，经地质鉴定：厂房后边坡由第四系全新冲洪积层、崩坡积层、人工堆积和元古界黄水河群中部岩组上段、下部岩组、晋宁～澄江期第三期岩浆岩类、第四期花纲岩、震旦系灯影组、泥盆系上统、二迭系下统组成。基岩为晋宁～澄江期第三期岩闪长岩和蚀变闪长岩等三条不同规模的滑动断层破碎带，整个后边坡面基岩断层裂隙发育、岩石破碎、滑动稳定性相对较差。随着边坡的开挖的进行，边坡大的垮塌有3次。造成钢架管大面积的垮塌、各项机具设备损坏的也较多（无人员伤亡），严重的影响了厂区的正常施工和将来电站运行管理的安全。为了避免厂房后边坡的跨塌对厂区工程施工、厂区建筑物的安全及将来电站运行管理造成的影响，采取可靠的处理是必要的。为此，由建设单位牵头、设计、监理讨论研究，决定本工程采用先挂钢筋网喷砼（整个开挖边破）封闭，再采用预应力锚索对边坡进行加强、加固的方案进行施工。

　　佛山厂房边坡预应力锚索工程的施工过程由水电九局三分局长石坝佛山项目部负责施工，中葛项目管理公司大川监理部负责施工监理。

　　2.锚索的布置及技术要求

　　根据本工程厂后边坡地质地形条件以及工程建设实际情况，厂后边坡预应力锚索处理方案的原设计总体布置，是从厂房边坡▽1225.0高程开始布置预应力锚索至▽1240.0高程，其锚索孔纵向间距为4.0m、横向间距为7.0m，呈梅花状分布，共布有5层10列，锚索总数共50根。厂后边坡开挖基本成形后发现，有三条不同规模的滑动断层破碎带，整个边坡面基岩断层裂隙发育、岩石相对破碎、滑动稳定性相对较差，而且位置处于厂后边坡的中上部，对厂区工程施工、厂房建筑物以及将来电站运行管理的安全造成一定危害，为此，变更原设计，加大保护范围、提高保证系数，调整后的预应力锚索范围从厂房边坡▽1225.0高程开始至▽1270.0高程，共布有10层20列，增加锚索总数达104根。

　　2.1技术要求

　　（1） 在锚索施工过程中，严格按照设计要求及施工规范进行作业，为保证工程质量，对锚索配件质量及安装精度进行了全面的检查。

　　（2） 锚索规格采用Φ13.24㎜、KS1270K钢绞线，锚固长度25m.

　　（3） 重要的预应力工程应进行性能试验或生产性试验，以验证设计参数，完善施工工艺。

　　（4） 预应力工程所用的材料和设备必须是合格的产品。

　　（5） 在同一部位的预应力工程施工中，宜采用同一品种、型号、规格和同一生产工艺制作的预应力钢铰线，若需要代换预应力钢铰线，必须进行试验和论证。

　　（6） 预应力锚索施工应按规定的工艺流程进行作业。

　　（7） 预应力工程施工承重排架（含脚手架），应根据现场的实际情况和设计载荷进行设计。

　　2.2预应力锚固工程质量控制要点

　　（1） 结构预应力砼浇筑施工过程中，严禁振捣器触及无粘结锚索、防护套管的仪器引伸线。

　　（2） 岩体锚固的锚墩砼、结构砼强度应达到设计要求的强度等级，方能进行锚索的张啦，除非设计对砼的强度等级另有要求。

　　（3） 岩锚的内锚段及张拉段胶结体强度应达到设计要求，方能进行锚索的张拉。

　　（4） 锚索的张拉过程中如遇预应力钢铰线断丝、夹片出现可视裂纹、千斤顶严重漏油、油泵压力表反应异常等情况之一，应停机检查处理。

　　（5） 封孔灌浆应在锚索张拉锁定3d内进行。

　　（6） 封孔灌浆应采取有效措施排除孔内水、气，确保灌浆密实度，灌浆内应掺有微膨胀剂，其掺量应通过试验确定。

　　（7） 试验、施工纪录应及时整理、归档。

　　3.锚索施工过程

　　3.1造孔来源：考试大

　　3.1.1钻孔根据设计图纸，施工项目部在施工前用NIKON530全站仪进行测量放点，确定所有锚索孔位，经过监理工程师确认后才能进行钻孔。

　　该部位锚索孔采用的是地质潜孔钻机钻孔，孔径Ф115mm，孔深25.0m.钻头钻进20—30㎝后进行一次角度校核，在钻进过程中要工作一段时间、钻进一定深度后进行孔斜的测量，以确保钻孔倾角、方位角均能依照设计要求控制在5○以内。

　　但因为边坡岩层破碎，使得钻机钻进过程中，孔口0~15位置岩石破碎，多次遭遇塌孔和掉钻情况，影响到进一步钻进。对该种情况，采取先灌浆固结，待孔壁周围岩层固结后，重新钻孔。

　　为保证钻孔精度，要求项目部在钻孔过程中进行分段测斜，及时纠偏，钻孔完毕后再进行一次全孔测斜，这样一步一步地控制钻孔精度，监理全程旁站，使其完全能够满足设计要求。

　　3.2锚索的制作和安装

　　3.2.1锚索的材料设计单位最初拟采用直径为13.24㎜的KS1270K钢绞线。后设计修改为采用直径为15.2㎜的环氧全涂装PC钢绞线（OVM—S）。

　　3.2.2锚索的编制经检验合格的钢绞线在下料前，将有锈坑的清除不用，然后将表面无损伤，无死弯的钢绞线平放在厂房施工区外侧的专用工作平台上进行处理。根据《水电水利工程预应力锚索施工规范》，为避免使用电弧和乙炔焰切割时使钢铰线受高温加热而改变其物理力学性能，对钢绞线的切割必须采用机械切割。

　　受本地区空气湿度较大，降雨多的气候条件影响，要求项目部搭设专用工棚堆放钢铰线。对已切割好的外漏钢铰线用彩条布进行包扎保护处理，对已编制好的且漏天存放的锚索采用薄膜包扎防护，以防止已编制好的钢铰线生锈，影响预应力锚索的质量。

　　编制锚索时，将钢绞线和注浆管平摊于工作台上，对钢绞线进行编号，并在出口段（外端）用不同的颜色或挂牌区别。将注浆管、钢绞线捆扎成束。在钢绞线和注浆管之间用隔离支架分离，两对隔离支架间绑扎一道无锌铅丝成枣核状。在进行该步骤施工时，要求施工人员确保钢绞线平行，不产生交叉、缠绕的现象。支架间距在内锚固段为1.0米，自由段为2.0米。（后根据实际情况支架间距在内锚固段和自由段均为1.0m）

　　其中的注浆管要求平顺，不得弯曲、破损。管道安装检查完毕，管口临时封闭，并挂牌编号。

　　封堵器由橡胶气囊、隔离对中支架、石棉、锚索体、灌浆管、环氧砂浆、捆扎铅丝等组成。灌浆段的排气管伸出封堵器4mm.封堵器在灌入环氧砂浆前，用石棉充填隔离架与钢绞线之间的间隙，然后在锚索下部兜一半径约100mm，长500mm半圆型铁皮，采用塑料刮板将环氧砂浆挤压入铁皮内，待浆体凝固后，再用无锌铅丝将锚索与铁皮绑扎。

　　在钢绞线外侧要安置成型的对中支架，以保锚索安装在钻孔中心，周围有均匀的间隙，便于锚索对中就位，并使锚索有均匀厚度的灌浆凝固体。对中支架间距在内锚固段为1.0米，自由段为3.0米。对中支架与锚索之间应牢固绑扎，防止锚索入孔时对中支架与锚索产生相对滑动。

　　3.2.3锚索入孔在锚索入孔前，需要对孔号、锚索编号、钢绞线是否顺直、封堵器和入浆管等项目作最后的一次检查。所有项目合格以后才正式进行本工序。

　　锚索穿索入孔时采用卷扬机牵引配合人工定位的施工方法进行。因该部位锚索孔最低处相对地面高度在10m以上，处60m.所以要求现场施工人员按照安全规范进行操作，所有高空作业人员必须配戴安全带，在脚手架上设置安，避免任何安全事故的发生。

　　在从工作平台向锚索施工现场进行锚索运输的时候，为防止在运输工程中使得锚索结构产生磨损和扭曲，施工单位在水平吊运锚索的过程中必须确保相邻的固定点之间的水平距离小于2m，弯曲部分的半径大于3m；垂直吊运时，吊点间距不宜大于3.0m.由于工地施工条件的限制，没有办法适用吊车来进行编制好的锚索的转运。所以经过监理工程师和现场管理人员的讨论，决定使用卷扬机来进行吊运。

　　在锚索穿入的时候不得过多的来回抽动锚索，且送入孔道的力度应均匀，避免损坏锚索、金属结构，包括钢垫板、钢套管、垫座钢筋等，都事前在加工场地按设计要求加工处理完毕，并且焊接组装完成。

　　在没有进入实际安装前，加工、焊接、组装完成后的外锚墩钢结构体在临时仓库内妥善保管，保证有良好的防水、防潮、防锈蚀的措施。

　　在安装、浇筑外锚墩前，项目部先清理锚索孔附近的松动块体，将基岩处理干净。严格按照设计图纸进行锚墩钢结构和模板的架立，导向管插入岩体的深度必须满足设计要求，孔口和轴线与钻孔轴线重合，钢垫板与孔口管轴线垂直。

　　锚墩采用一级配砼，标号为C30（28d），砼浇筑时要加强锚索下部的振捣，防止出现蜂窝麻面。施工项目部在进行该部位的施工时必须一次浇筑完成，保证锚墩的整体结构受力。

　　3.2.4锚索灌浆在锚墩拆模后，方可进行锚索灌浆。

　　在钢垫板上用螺钉固定灌浆定制锚板，厚2cm，锚板上开孔位与锚索张拉时的工作锚具一致，另增设一个Ф20mm的排气孔。

　　为保证施工顺利进行，项目部在定制锚板、钢垫板、外露钢绞线表面均涂抹一层润滑油，便于在灌浆后能够顺利的剥离表面粘结的水泥结石和残渣。

　　利用钢垫板加工过程中已钻设的6个M12螺栓孔（深30mm）固定灌浆钢罩。灌浆管与排气管延伸到灌浆钢罩，钢罩朝上的一侧开设Ф18mm的出浆管，钢罩与钢垫板之间须设置橡胶垫圈，防止灌浆时漏浆。

　　灌浆水泥采用425#普通硅酸盐水泥，水泥浆标号为M35（28d）。灌浆采用水泥浓浆灌注，水泥浆水灰比为0.35~0.4：1.灌浆时灌浆管进浆，排气管上安装压力表，采用有压循环灌浆法。开始灌浆时，敞开排气管，以排出气体、水和稀浆、回浓浆时逐步关闭排气阀，使回浆压力达到0.2~0.3Mpa，吸浆率小于0.4时，再持浆30min即可结束。

　　3.3锚索的张拉

　　3.3.1张拉过程中的机具的校验（略）

　　3.3.2张拉的依据所浇筑的锚墩经过28天龄期已达到设计强度，张拉部位的砼强度也能满足规范和设计要求。为防止锚索的锈蚀，按照规范要求，先进行单根钢铰线的预张拉。为保证施工质量，项目部进行单根钢铰线预张拉时，依照对称钢铰线逐根进行。待所有钢铰线预张拉结束后，经现场检查合格，再按照规范要求对锚索进行整体张拉。

　　因为该部位锚索的张拉力较大，为避免发生安全事故，使预应力锚索张拉作业不受到干扰，在进行锚索张拉的全过程中，作业区范围内所有与张拉操作无关的材料、设备进行撤离。同时与张拉作业有干扰的其他施工项目也停止施工，以确保锚索张拉工作顺利进行。

　　因该部位锚索施工属于高空作业，张拉作业前还要对原有的脚手架、作业平台的稳定性、可靠性进行全面检查，同时对安、防护栏杆、动力、照明电源线路及其控制开关进行全面检查，消除安全上的隐患。

　　除必要施工人员以外，张拉区不得有无关人员驻留，特别是千斤顶出力方向上严禁站人。

　　3.3.3张拉施工的流程逐根预紧 500kN 1000kN 1050kN（超载锁定）

　　3.3.4安装张拉端锚具首先安装OVM型工作锚具、限位板、夹片、YCW250型穿心式千斤顶及工具锚，安装前工作锚具上的锥形孔及夹片表面应保持清洁。为便于卸下工具锚，工具夹片可涂抹少量润滑剂。工具锚具孔位的排列与前端工作锚的孔位一致，绝对不允许钢绞线在千斤顶穿心孔内发生交叉。张拉时应记录每一级荷载伸长值和稳压时的变形量，且与理论伸长值和规定的变形量进行比较，如果实测伸长值大于计算值的10%或小于5%时，应查明原因并作相应的处理。

　　3.3.5锚索张拉锁定锚索张拉时，先对单根钢绞线进行预紧，预紧时单根张拉达30KN，再将所有锚索一起分级张拉至100KN时进行超载锁定。在张拉过程中，升荷速率每分钟不宜超过设计应力的1/10，当达到一级控制后稳压5min即可进行下一级张拉，达到后一级张拉稳压10min即可锁定。

　　在施工中要求施工项目部进行锚索张拉时要及时准确的记录好油压表的读数、千斤顶伸长值，夹片外露段长度等。

　　施工过程中，根据DL/T 5083—2004《水工预应力锚固施工规范》规定，选取有代表性锚索进行验收试验。

　　3.3.6锚索锚头的保护锚索张拉锁定完毕后，卸下工具锚及千斤顶。从工作锚外端量起，留60mm钢绞线，其余部分用砂轮切割机截去，露出的锚索头必须作永久除锈处理。

　　二期砼浇筑之前，应将锚具、钢绞线外露头、钢垫板表面泥浆及锈蚀等清理干净，并将一、二期砼结合面凿毛、涂刷一道环氧基液，二期砼为一级配C25（28d）。

　　4.效果分析

　　经过施工单位和监理单位的密切配合，佛山边坡锚索施工十分顺利，未发生任何人身安全事故和质量事故，各项指标完全达到了设计要求。通过锚索处理的厂房高边坡经过了2005年雨季的考练具有较好的稳定性，再没有发生落石、滚石和滑坡等现象。使得厂房的施工环境和施工人员的人身安全得到了有效的保证，更好的保障了佛山厂房发电后的生产运行安全。