白鶴灘水電站泄洪洞預(yù)應(yīng)力錨桿生產(chǎn)性工藝試驗(yàn)成果分析

白鶴灘水電站泄洪洞預(yù)成力錨桿生產(chǎn)性工藝試驗(yàn)成果分析佚名【摘要】白鶴灘水電站左岸泄洪洞系統(tǒng)錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)采用了普通砂漿錨桿和預(yù)應(yīng)力錨桿兩種支護(hù)形式，其中預(yù)應(yīng)力錨桿施工技術(shù)要求高，工序銜接要求緊密。為保證施工質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，在預(yù)應(yīng)力錨桿施工前需進(jìn)行生產(chǎn)性工藝試驗(yàn)，以確定預(yù)應(yīng)力錨桿套件規(guī)格、錨固劑用量、工藝方法等施工參數(shù)。結(jié)合該泄洪洞施工實(shí)際，采用三組試驗(yàn)(錨固劑藥卷用量及注漿密實(shí)度試驗(yàn)、內(nèi)錨段長(zhǎng)度試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)工藝性試驗(yàn))確定了預(yù)應(yīng)力錨桿錨固段長(zhǎng)度為3m，錨固劑藥卷用量為73支，采用二次注漿施工工藝，取得了較好效果?！酒诳Q(chēng)】《四川水力發(fā)電》【年(卷)，期】2015(000)004【總頁(yè)數(shù)】4頁(yè)(P46-49)【關(guān)鍵詞】泄洪洞;預(yù)應(yīng)力錨桿;施工工藝;試驗(yàn);白鶴灘水電站【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類(lèi)】TV7;TV554;TV546白鶴灘水電站泄洪洞土建及金屬結(jié)構(gòu)安裝工程第H標(biāo)段洞身支護(hù)工程采用了預(yù)應(yīng)力錨桿作為漸變洞段、柱狀節(jié)理帶、IV類(lèi)圍巖的重要支護(hù)形式。預(yù)應(yīng)力錨桿設(shè)計(jì)規(guī)格為中32,L=9m,T=150kN，約1.1x104根。為確定預(yù)應(yīng)力錨桿的施工工藝，我部于2014年10月7日至10月17日開(kāi)展了預(yù)應(yīng)力錨桿生產(chǎn)性工藝試驗(yàn)。在借鑒其它類(lèi)似工程施工經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合白鶴灘水電站的實(shí)際情況，對(duì)本標(biāo)段預(yù)應(yīng)力錨桿內(nèi)錨段采用錨固劑藥卷，自由段采用緩凝水泥砂漿為錨固材料進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。按自由段注漿施作先后的不同，本次試驗(yàn)分兩種工藝進(jìn)行：①一次注漿工藝，即內(nèi)錨段錨固劑和自由段砂漿先后一次注入，然后再安插錨桿，待內(nèi)錨段終凝后、自由段初凝前進(jìn)行張拉鎖定；②二次注漿工藝，即先灌注內(nèi)錨段錨固劑，隨后安插錨桿，再?gòu)埨^固，最后對(duì)自由段進(jìn)行第二次注漿封閉。試驗(yàn)一(錨固劑藥卷用量及注漿密實(shí)度試驗(yàn)):3根中68(內(nèi)徑)、L=8.5mPVC管；3根中32、L=9m鋼筋。試驗(yàn)二(內(nèi)錨段長(zhǎng)度試驗(yàn)):6個(gè)中64錨桿孔：孔深分別為2m、3m、4m,各2個(gè)孔；6根中32鋼筋：長(zhǎng)度分別為L(zhǎng)=2.1m、L=3.1m、L=4.1m,各2根。試驗(yàn)三(現(xiàn)場(chǎng)工藝性試驗(yàn)):6個(gè)中64錨桿孔，孔深8.5m;6根中32、L=9m鋼筋。錨固劑藥卷：選用由鞏義市豫源建筑工程材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的MJK4型速凝卷狀高強(qiáng)錨固砂漿，產(chǎn)品規(guī)格為中32x225mm；緩凝減水劑：選用由江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的PCA-I型混凝土高性能緩凝型減水劑；緩凝砂漿：M30錨桿砂漿，配合比見(jiàn)《預(yù)應(yīng)力錨桿砂漿配合比試驗(yàn)報(bào)告》；扭力扳手：大小量程扭力扳手各1把：TG200-1000N-M型、NB-2000A型；⑸錨桿桿體：采用無(wú)銹、順直的整根鋼筋加工(中32、L=9m),桿端車(chē)絲長(zhǎng)度為50cm，在桿體上每間隔3m設(shè)置對(duì)中支架，對(duì)中支架采用3根中6.5短圓鋼筋品形分布點(diǎn)焊在桿體上，附件包括：200mmx200mmx8mm錨墊板及六角螺帽、中20/28mm進(jìn)漿管和中14/20mm回漿管；(6)其它器材：空壓機(jī)一臺(tái)、氣壓風(fēng)槍一把、浸泡錨固劑用水桶一個(gè)、注漿機(jī)一臺(tái)、托盤(pán)秤一臺(tái)、砂漿稠度儀一臺(tái)，袋裝水泥和經(jīng)預(yù)篩分的人工砂若干。錨固劑。本次試驗(yàn)所采用的錨固劑為鞏義市豫源建筑工程材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)的MJK4型速凝卷狀高強(qiáng)錨固砂漿，產(chǎn)品規(guī)格為中32x225mm,其主要性能檢測(cè)成果見(jiàn)表1。緩凝砂漿。本次試驗(yàn)采用由江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的PCA-I型混凝土高性能緩凝型減水劑拌制緩凝砂漿，其主要性能檢測(cè)成果見(jiàn)表2。2014年10月7日下午，在泄洪洞鋼筋加工廠進(jìn)行了PVC管模擬試驗(yàn)，以確定錨固劑用量并檢查注漿密實(shí)度。根據(jù)試驗(yàn)所采用材料規(guī)格經(jīng)理論計(jì)算得知3m試驗(yàn)管需注入MJK4型錨固劑藥卷數(shù)量N為：N=[(中1/2)2x3.14-804.2x3000/[(中2/2)2x3.14xL]N=[(68/2)2x3.14-804.2]x3000/[(32/2)2x3.14x225]必47(支)考慮到鉆孔尺寸偏差、藥卷浸水后體積變化和風(fēng)槍管路損耗等差異因素，參考類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)用4m長(zhǎng)PVC管試注，估算富余系數(shù)k取1.55，則N=47xk~73(支)現(xiàn)場(chǎng)取3根L=8.5mPVC管作模擬試驗(yàn)，采用風(fēng)槍分別注入83、73、63支錨固劑藥卷，再用綁好的L=9m的回漿管插入，然后注入緩凝砂漿并封堵管口。待7d齡期后，剖管驗(yàn)證實(shí)際錨固劑充填長(zhǎng)度并檢查注漿密實(shí)度，其檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。通過(guò)剖管驗(yàn)證實(shí)際錨固劑充填長(zhǎng)度，推算得出3m錨固劑需用量精確值：81支、76支、77支，取平均值，即為78支，由此可以確定：3m長(zhǎng)度中68內(nèi)徑PVC管的錨固劑藥卷用量為78支。PVC管與鉆孔的差異分析：3m長(zhǎng)度中68內(nèi)徑PVC管的錨固劑藥卷用量為78支，其填充體積為[(68/2)2x3.14-804.2]x3000=8476920(mm3)，而實(shí)際鉆孔的中64孑1徑3m長(zhǎng)的體積為[(66/2)2x3.14-804.2]x3000=7845780(mm3)(考慮多臂鉆鉆孔實(shí)際孔徑略大于鉆頭直徑，計(jì)算式取66mm），由此可知：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工的3m長(zhǎng)錨固段需用錨固劑藥卷量為：N’=7845780x78-8476920必73（支）。錨桿無(wú)損檢測(cè)結(jié)果顯示，3根PVC管模擬錨桿密實(shí)度均大于90%，滿(mǎn)足預(yù)應(yīng)力錨桿的質(zhì)量要求。2014年10月13日，在1#泄洪洞邊墻位置進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)錨段長(zhǎng)度試驗(yàn)。試驗(yàn)為短錨桿，共6根，即內(nèi)錨段長(zhǎng)度分別為1m、2m、3m,各兩根，自由段均為1m。根據(jù)試驗(yàn)一，計(jì)算得錨固劑用量分別為25支、49支、73支。在邊墻布置水平錨桿孔中64，孔深2m、3m、4m,各兩個(gè)孔，內(nèi)錨段注漿采用風(fēng)槍?zhuān)L(fēng)壓為0.4~0.6MPa，錨固劑藥卷浸水時(shí)間為50-70，，錨桿中32,L=2.1m、L=3.1m、L=4.1m，各兩根，車(chē)絲長(zhǎng)度為50cm，螺帽、墊板配套，扭力扳手經(jīng)過(guò)率定。試驗(yàn)先用小量程扭力扳手、后用大量程扭力扳手逐級(jí)張拉，同步檢查錨桿是否松動(dòng)以判定最大錨固力。經(jīng)過(guò)張拉，內(nèi)錨段長(zhǎng)度為2m、3m的四根錨桿均達(dá)到225kN，大于超張拉力的要求，內(nèi)錨段長(zhǎng)度為1m的兩根錨桿張拉至120kN時(shí)，桿體被拉得松動(dòng)。由該試驗(yàn)可知，采用MJK4型錨固劑藥卷作內(nèi)錨段材料，內(nèi)錨段為2~3m時(shí)所承受的拉力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。結(jié)合類(lèi)似工程經(jīng)驗(yàn)，實(shí)際施工中推薦內(nèi)錨段的長(zhǎng)度為3m。（1）第一次試驗(yàn)（一次注漿工藝）:2014年10月13日13:59至15:05,在1#泄洪洞K0+740~K0+760頂拱位置進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn)，根據(jù)前兩次試驗(yàn)確定的參數(shù)，在頂拱用多臂鉆造3個(gè)錨桿孔。錨桿孔徑為64mm，孔深8.5m，錨桿中32,L=9m,車(chē)絲50cm，螺帽、錨墊板配套。采用一次注漿工藝：內(nèi)錨段長(zhǎng)度為3m,內(nèi)錨段采用風(fēng)槍注裝MJK4型錨固劑藥卷73支，自由段采用注漿機(jī)灌注緩凝砂漿，內(nèi)錨段和自由段注漿結(jié)束后，采用吊車(chē)平臺(tái)配合人工安裝錨桿。同日晚21:18至次日01:30對(duì)注裝完成的三根錨桿進(jìn)行了張拉，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)張拉要求。7d齡期后進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，一次注漿工藝三根錨桿的密實(shí)度均大于90%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。（2）第二次試驗(yàn)（二次注漿工藝）:2014年10月17日，在1#泄洪洞K0+740~K0+760頂拱位置進(jìn)行了生產(chǎn)性試驗(yàn)，根據(jù)前兩次試驗(yàn)確定的參數(shù)，在頂拱用多臂鉆造3個(gè)錨桿孔。錨桿孔徑為64mm，孔深8.5m，錨桿中32,L=9m,車(chē)絲50cm，螺帽、錨墊板配套。采用二次注漿工藝：內(nèi)錨段長(zhǎng)度為3m，內(nèi)錨段采用風(fēng)槍注裝MJK4型錨固劑藥卷73支，隨后即用吊車(chē)平臺(tái)配合人工安插錨桿，上午9:54至11:02完成了三根錨桿的錨固劑注入和錨桿安插。晚上18:20至22:57對(duì)三根錨桿進(jìn)行了張拉，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)張拉要求。最后用注漿機(jī)實(shí)施了自由段砂漿灌注，結(jié)束試驗(yàn)。7d齡期后進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，二次注漿工藝三根錨桿的密實(shí)度均大于90%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。⑶張拉。預(yù)應(yīng)力錨桿張拉執(zhí)行《白鶴灘水電站泄洪洞洞身開(kāi)挖及支護(hù)施工技術(shù)要求》，先預(yù)緊再正式張拉，結(jié)合《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》，采取分級(jí)張拉工藝，分級(jí)張拉力為：20%t（預(yù)緊張拉力）-50%L75%L100%L110%t（t為設(shè)計(jì)張拉力，150kN）。試驗(yàn)時(shí)增加了兩級(jí)超張拉：-130%tT150%t，張拉時(shí)扭力板手力矩分級(jí)則按照扭力板手“力矩-張拉力”率定曲線和預(yù)應(yīng)力錨桿分級(jí)張拉力進(jìn)行確定，每張拉一級(jí)持荷穩(wěn)定10min。⑷張拉伸長(zhǎng)值。預(yù)應(yīng)力錨桿的檢查驗(yàn)收以張拉力為主，伸長(zhǎng)值為輔。根據(jù)《錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范》（GB50086-2001）要求，〃從50%拉力設(shè)計(jì)值到最大試驗(yàn)荷載之間所測(cè)得的總位移量，應(yīng)當(dāng)超過(guò)該荷載范圍自由段長(zhǎng)度預(yù)應(yīng)力筋理論彈性伸長(zhǎng)值的80%,且小于自由段長(zhǎng)度與1/2錨固段長(zhǎng)度之和的預(yù)應(yīng)力筋的理論彈性伸長(zhǎng)值?！庇刹牧狭W(xué)公式計(jì)算理論伸長(zhǎng)值：則〃從50%拉力設(shè)計(jì)值到最大試驗(yàn)荷載之間的”理論伸長(zhǎng)值A(chǔ)L1=80%x(165x5500)/(804.2x200)=4.5(mm),“小于自由段長(zhǎng)度與1/2錨固段長(zhǎng)度之和的”理論伸長(zhǎng)值A(chǔ)L2=(165x7000)/(804.2x200)=7.2(mm),得出桿體理論伸長(zhǎng)值允許范圍為4.5~7.2mm。經(jīng)檢查，以上一次注漿工藝和二次注漿工藝試驗(yàn)的張拉伸長(zhǎng)值均滿(mǎn)足驗(yàn)收要求。試驗(yàn)一在進(jìn)行MJK4型錨固劑藥卷用量確定時(shí)，采用8.5m長(zhǎng)度、中68PVC管與現(xiàn)場(chǎng)鉆孔工況近似，取三根剖管后的換算值的平均值找出3m錨固長(zhǎng)度用量，該方法能夠真實(shí)地反映出各方面因素、比較準(zhǔn)確。試驗(yàn)得出的3m長(zhǎng)度、中68內(nèi)徑PVC管的錨固劑藥卷用量為78支，與理論計(jì)算量47支相差較大，返算富余系數(shù)k=78-47?1.66o分析其中66%的損耗因素主要包括：(1)MJK4型錨固劑藥卷浸水后漿液化，體積收縮較大；(2)風(fēng)槍注漿管的管路較長(zhǎng)，損耗較大，考慮到泄洪洞洞內(nèi)施工作業(yè)空間，需要一定長(zhǎng)度的注漿管路。從對(duì)PVC管進(jìn)行剖管的結(jié)果看，三根模擬錨桿注漿飽滿(mǎn)度均達(dá)到90%以上，滿(mǎn)足《白鶴灘水電站泄洪洞洞身開(kāi)挖及支護(hù)施工技術(shù)要求》第5.3.10項(xiàng)的錨桿質(zhì)量檢查要求。試驗(yàn)二對(duì)比了不同長(zhǎng)度錨固段的張拉力。由對(duì)比結(jié)果可知：采用MJK4型錨固劑藥卷作內(nèi)錨段材料，內(nèi)錨段為2~3m時(shí)所承受的拉力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求?？紤]到實(shí)際施工中的圍巖軟弱程度變化、圍巖裂隙造成錨固劑流失等其它不利因素，實(shí)際施工選擇內(nèi)錨段為3m較為合適。試驗(yàn)三驗(yàn)證了各項(xiàng)工藝參數(shù)，并經(jīng)無(wú)損檢測(cè)密實(shí)度滿(mǎn)足質(zhì)量要求。為保證密實(shí)度，在施工過(guò)程中應(yīng)特別注意操作細(xì)節(jié)：①在用風(fēng)槍注入錨固劑藥卷過(guò)程中，注漿管拔出速度不能過(guò)快，否則會(huì)造成后注入的錨固劑藥卷與先注入的錨固劑藥卷之間摻入氣泡，影響密實(shí)度。為了盡可能減小氣泡的產(chǎn)生，一方面可調(diào)整風(fēng)壓，一般將風(fēng)壓控制在0.4~0.6MPa較為合適；另一方面在錨固劑藥卷注裝過(guò)程中，每注裝一節(jié)錨固劑藥卷，注漿管需退出4~5cm。②預(yù)應(yīng)力錨桿桿體安裝采用人工配合吊車(chē)安裝，只要吊車(chē)頂推和人工輔助操作協(xié)調(diào)配合，保證錨桿穿插角度與孔向一致、緩慢順直插入，即可避免錨桿被推彎曲變形、孔內(nèi)漿體劇烈擾動(dòng)流失或桿頭錯(cuò)誤頂壓造成孔壁坍塌，從而導(dǎo)致安裝失敗，否則將重新清孔返工。本次工藝試驗(yàn)成果證明：針對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)格為中32,L=9m,T=150kN的預(yù)應(yīng)力錨桿，選用MJK4型錨固劑藥卷作內(nèi)錨段材料完全能夠滿(mǎn)足張拉力要求，建議內(nèi)錨段長(zhǎng)度按3m用于實(shí)際施工。實(shí)際施工中，預(yù)應(yīng)力錨桿采用多臂鉆造孔，采用中64鉆頭?？紤]到實(shí)際孔徑略大于鉆頭直徑，將錨固劑藥卷用量定為73支。內(nèi)錨段采用風(fēng)槍注裝錨固劑藥卷、自由段采用注漿機(jī)注入砂漿的工藝，經(jīng)PVC管模擬試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)效果檢查，密實(shí)度均超過(guò)90%，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)技術(shù)要求，說(shuō)明該注漿工藝有效可靠。⑷當(dāng)采用一次注漿工藝時(shí)，必須控制內(nèi)夕卜凝結(jié)時(shí)間差。通過(guò)對(duì)MJK4型錨固劑藥卷及緩凝砂漿的室內(nèi)試驗(yàn)，內(nèi)錨段采用的MJK4型錨固劑藥卷初凝時(shí)間為38min,終凝時(shí)間為61min,6h抗壓強(qiáng)度達(dá)24.4MPa;而緩凝砂漿的初凝時(shí)間大于9h,因此建議實(shí)際施工中錨桿安裝后7~9h張拉，可滿(mǎn)足張拉錨桿的施工要求及有關(guān)技術(shù)要求。當(dāng)采用二次注漿工藝時(shí)，只需控制錨桿安裝后8h以上張拉即可，但須考慮在柱狀節(jié)理區(qū)、IV類(lèi)圍巖區(qū)及時(shí)形成預(yù)應(yīng)力，確保預(yù)錨支護(hù)效果，而不宜放置過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，應(yīng)適時(shí)張拉錨固并灌注自由段砂漿。將兩種工藝相比較后得知：一次注漿工藝張拉時(shí)間區(qū)間較窄，因此，從有利于工序銜接控制、確保施工質(zhì)量角度考慮，建議優(yōu)先采用二次注漿工藝?！ㄊ濉逼陂g，國(guó)家電網(wǎng)新疆電力公司將投資354億元，把天山北坡的昌吉打造成新疆最大的〃疆電外送”基地，加快包括特高壓在內(nèi)的各級(jí)電網(wǎng)建設(shè)。國(guó)網(wǎng)新疆電力公司日前與昌吉回族自治州人民政府簽署電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展合作備忘錄，規(guī)劃在〃十三